DD157037A1

DD157037A1 - Anordnung zur uebertragung und verarbeitung optischer bildstrukturen

Info

Publication number: DD157037A1
Application number: DD22692881A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Hesse; Richard Kowarschik; Wolfgang Schmidt
Original assignee: Gerhard Hesse; Richard Kowarschik; Wolfgang Schmidt
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1982-10-06

Abstract

Die Anordnung zur Uebertragung und Verarbeitung optischer Bildstrukturen durch Wellenlaengenkodierung ist vorteilhaft in der integrierten Optik einsetzbar. Sie kann zur Nachrichtenuebertragung, zur Bildauswertung und in der optischen Informationsverarbeitung angewendet werden. Ziel der Erfindung ist die simultane Uebertragung der Zeilen einer optischen Bildstruktur und eine gleichzeitige Bildverarbeitung mit der Moeglichkeit zur selektiven Beeinflussung einzelner Bildteile. Die Anordnung besteht aus einer polychromatischen Lichtquelle, einer Einheit zur Wellenlaengenkodierung, einem Wellenleiter, einer Dekodier- u. einer Empfaengereinheit und ist durch einen planaren Schichtwellenleiter gekennzeichnet. Fuer die Uebertragung farbiger Bilder ist die Herstellung von Farbauszuegen und deren Umsetzung in Schwarz-Weiss-Bilder vor der Uebertragung sowie ein entsprechender Farbdekoder vor der Empfaengereinheit vorgesehen. Zur Frequenz- und/oder Ortsfrequenzselektion enthaelt der Schichtwellenleiter einen abstimmbaren Fabry-Perot-Resonator oder Bragg-Reflektor. Zur Selektion und Verarbeitung von Substrukturen sind steuerbare Bragg-Gitter oder passive integriert-optische Bauelemente vorgesehen.

Description

(Eitel der Erfindung .

Anordnung zur Übertragung und Verarbeitung optischer Bild« strukturen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung und Verarbeitung optischer Bildstrukturen durch Wellenlängen- !codierung« Eine derartige Vorrichtung ist vorteilhaft in der integrierten Optik einsetzbar und ist anwendbar in der optischen lachrichtenübertragungί in der Bildauswertung und in der optischen Informationsverarbeitung,»

Charakteristik der bekannten technischen,Lösungen

Bekannt sind Vorrichtungen, zur Übertragung optischer Bilder mittels eines Bündels geordneter Pasern (N₀ S. Kapany "Fiber Optics* Principles and Applications" New York 196?)· Weiterhins sind Vorrichtungen zur Übertragung und Rekonstruktion von Zeilen optischer Bilder bekannt (M₀ L* Polanyi JOSA 56(66), 1454 und D* K_e Sattarow "Wolokonaja Optika" Leningrad 1973). Alle diese Vorrichtungen zeichnen sich durch das Vorhandensein einer großen Zahl von Lichtleitern in einer entsprechenden gegenseitigen Anordnung aus« Der technologische Aufwand zur Herstellung solcher Vorrichtungen ist erheblich« Ihr räumliches Auflösungsvermögen ist j bedingt durch die endliche Zahl der räumlich getrennten Übertragungskahäle, begrenzt.

Weiterhin sind Vorrichtungen zur Übertragung und Rekonstruktion von optischen Bildern bekannt, die eine Zeile eines optischen Bildes wellenlängenkodiert mittels eines einzigen

Übertragungskanals übertragen und rekonstruieren (A_e I« -Gud~ senko, L_e N₈ Derjugin, A. W. Tschekan SU-Patent 566398 und L«. N. Perjugin, W₀ P. Demtschenkow, A₀ W. -Tschekan Optika i Spektroskop! j a 48(80), 336)«, Yon Heckteil ist, daß die einzelnen Zeilen des Bildes nacheinander übertragen und auf der Empfängerseite zum Bild zusammengesetzt werden müssen«

Bekannt sind weiterhin Vorrichtungen zur gleichzeitigen Übertragung und Rekonstruktion 2-dimensionaler Bilder mittels eines Übertragungskanals (P. ·Ιϊ· Kruythoff, S_e L* Boersma US-patent 3,191,487 und H· 0« Bartelt Optics Communications 28(79), 45)« lachte ilig ist, daß .'sich diese Anordnung einer komplizierten Wellenlängenkodierung der 2-dimensionalea Bildstruktur mittels abgestufter Farbfilter, gekreuzter dispersiver Elemente, komplizierter Einkoppelmechanismen oder Modulation des Objektes bedienen«, .·'

Besonders vorteilhaft ist es,, die optische Signalübertragung mit einer optischen Signalverarbeitung zu verbinden. In der konventionellen Optik werden dafür Verfahren zur ^:Frequenz- und Ortsfrequenzselektion,'zur Korrelationsfilterung, zur 'Fouriertransformation u, a. eingesetzt (J. W. Goodman "Intro~ duction to Fourier Optics" San Francisco 1968 und B. Menzel, V/, Mirande, J. .Weingärtner "Fourier-Optik und Holographie" Berlin 1973)· Wünschenswert ist eine Verbindung dieser Verfahren mit den bekannten Vorteilen der integrierten Optik. Allerdings liegt der Schwerpunkt der Anwendung der integrierten Optik gegenwärtig bei der 1-diinensionalen Signalübertragung und -verarbeitung für die nachrichtentechnik. Bekannt sind dabei insbesondere Modulatoren, Filter, Resonatoren, Multiplexer und Demultiplexer u. a. (P. K» Tien Review of Modern Physics 49(77), 361 und T. Tamir "Integrated Optics" Berlin 1979). Als Anordnung für eine 2-dimensionale optische Signalverarbeitung ist der Spektrumanalysator bekannt, der eine 2-dimensionale optische Fouriertransfor-

iaation ausführen kann (D, B* Anderson IEEE Spectrum 15(78), 12 und B· Chan, T. R_e Ranganath, T. R. Joseph, J» Y«, Lee OSA Topical Meeting Fibers and Integrated Optics Nevada 1980 ME 3)«

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Zeilen einer optischen Bildstruktur im Unterschied zu bisher bekannten Anordnungen simultan zu übertragen und durch Einsatz geeigneter Elemente dar integrierten Optik zu verarbeiten«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine simultane Übertragung, verbunden mit einer gleichzeitigen Bildverarbeitungs von optischen Bildstrukturen mit Hilfe eines optischen Wellenleitersystems durch Wellenlängenkodierung zu realisieren und damit die Geschwindigkeit der Bildübertragung bei gleichzeitiger räumlicher Begrenzung des Übertragungskanals wesentlich zu steigern und die Möglichkeit zur selektiven Beeinflussung von Teilen des Bildes zu haben» ·

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Übertragung optischer Bildstrukturen, bestehend aus einer polychroma- ' tischen lichtquelle, einer Einheit zur Y/ellenlängenkodierung der 2-dimensionalen schwarz-weißen Objektstruktur, einem Wellenleitersystem, einer der Kodiereinheit analogen Dekodiereinheit und einer Empfängereinheit erfindungsgemäß dadurch gelöst» daß die Kodiereinheit aus dem schwarzweißen Objekt mehrere, räumlich gegeneinander versetzte und sich zum Teil überlappende spektrale Bilder erzeugt, das Wellenleitersystem Teile der spektralen Bilder als Bildzeile überträgt bzw. selektiv beeinflußt und die Dekodiere inlieit diese spektralen Bildzeilen räumlich trennt und so nebeneinandersetat, daß im Idealfall der Empfängereinheit ein Bild der Objektstruktur zugeleitet werden kann·

Die Kodier- bzw,, die dazu analoge Dekodiereinheit kann aus einem Prismenspektralapparat, einem Gitterspektralapparat $ einem Geradsichtprisma oder ähnlichen Dispersionsgeräten bestehen. Die Ein- und Auskopplung der spektralen Bildzeilen in das Vfellenleitörsystem erfolgt erfindungsgemäß durch beliebige Koppler der integrierten Optik«, Die Empfängereinheit kann erfindungsgemäß aus beliebigen bekannten Detektoren (DetektormatriXj Fotoplatte, Fernsehkamera, Schirm u,· a.) bestehen.»

Die Verarbeitung von optischen Bildstrukturen wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß das Wellenleitersystem bekannte aktive und passive Bauelemente, der integrierten Optik wie z. B. Fabry-Perot-Resonatoren, Bragg~Gitter, Wellenleiterlinsen u. a. enthalten kann, die zur Frequenz- und Ortsfrequenzselektion, Selektion · und anschließenden Verarbeitung einzelner Zeilen oder Substrukturen einzelner Zeilen eingesetzt werden. Zur Steuerung der abstimmbaren Bauelemente kann eine Regelstrecke, die sich an die Empfängereinheit anschließt, eingesetzt werden. Eine Bildverarbeitung unter Ausnutzung optischer bistabiler Effekte ist z. B» mit Fabry-Perot-Resonatoren mit geeigneten nichtlinearen optischen Elementen und einer Rückkopplungsstrecke möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert v/erden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Übertragung und Verarbeitung optischer Bildstrukturen mit einem planaren Schichtwellenleiter und

Fig. 2 die räumliche lage von drei spektralen Bildern des Objektes relativ zueinander und zum Wellenleitersystem*

Mit einer polychromatischen Lichtquelle 1 wird ein zu übertragendes Schwärz-Weiß-Bild 2 beleuchtet« Das Objekt 2 wird

durch eine Kodiereinheit zur Wellenlängenkodierung 3 in mehrere (in den zugehörigen Fig. 1 und Pig. 2 sind jeweils drei angegeben), räumlich gegeneinander versetzte und sich zum Teil überlappende spektrale Bilder 4 zerlegt und in die Eingangseben.8 5 eines Wellenleitersystems 6 abgebildet. Hier erfolgt die Einkopplung in eine wellenleitende Schicht 7j die sich auf einem Substrat 8 befindet, über geeignete Koppler der integrierten Optik (im vorliegenden Aus-= führungsbeispiel .durch Stirnflächenkopplung). Dabei wirkt die Apertur des Wellenleitersystems 6 als Feldblende_} sofern in seiner Eintrittsebene 5 nicht eine andere Blende als Feldblende angeordnet ist· Eine vollständige Übertragung der Objektstruktur 2 ist dabei nur möglich, wenn die Breite

. der wellenleitenden Schicht 7 mindestens so groß ist wie die laterale Ausdehnung der Objektstruktur 2. In der Austrittsebene 9 der v/ellenleitenden Schicht 7 werden mehrere überlagerte spektrale Bildzeilen 10 ausgekoppelt. Eine zur

Kodiereinheit 3 analoge Dekodiereinheit 11 übernimmt die räumliche !Trennung der spektralen Bildzeilen 10 und ihre Abbildung in die Ebene einer Empfängereinrichtung 12, in der ein Bild des Objektes 2 entsteht« Dieses Bild besteht aus den räumlich nebeneinander gesetzten spektralen Bildzeilen 10e Die Umsetzung in ein Schwärz-Weiß-Bild kann dann erfolgen_e

Sollen farbige Objektstrukturen übertragen werden, so kann das seriell in der Weise erfolgen_s daß die den Farbauszügen zugeordneten Schwarz-Weiß-Bilder durch eine zwischen 1 und angeordnete zusätzliche Kodiereinheit erzeugt, nach dem oben beschriebenen Verfahren übertragen und durch e'inen zwischen 11 und 12 angeordneten Farbdekoder zu einem farbigen Bild zusammengesetzt werden.

Als ein Beispiel der Bildverarbeitung zeigt Fig. 1 eine Anordnung zur Filterung der Bildstruktur mit einem Fabry-Perot-Resonator, der aus den beiden Gitterreflektoren 13 und 14 besteht«. Als Gitterreflektoren eignen sich sowohl Struk-

türen mit parallelen als auch in geeigneter V/eise gekrümmten Gitterebenen, die mit den bekannten Verfahren der integrierten Optik hergestellt werden können* Ein derartiger Resonator kann sowohl zur Frequenz» als auch zur Ortsfrequenzselektion der zu übertragenden Bildstruktur verwendet werden« Eine Ab- und Durchstimmung des Resonators ist mit Hilfe zweier Elektroden 15 und 16 und einer elektronischen Ansteuereinheit 17 möglich, wenn der Wellenleiter aus einem geeigneten elektrooptischen Material (z, B„ LiHbOo) besteht« Dieser Vorgang kann durch eine mit der Empfängereinheit 12 und der Ansteuereinheit 17 verbundene Regelstrecke 18 in geeigneter Weise gesteuert werden. Die Regelstrecke 18 bildet auch die Voraussetzung für einen optisch bistabilen Betrieb, wenn geeignete nicht™ lineare Bauelemente (z, B. ein sättigbarer Absorber im Resonator) in das System eingebracht werden*

Claims

Erfindungsanspruch

1. Anordnung zur Übertragung und Verarbeitung optischer Bildstrukturen, bestehend aus einer polychromatischen Lichtquelle 5 einer Einheit zur Wellenlängenkodierüng_s einem Wellenleiter, einer Dekodiereinheit und einer Empfängereinheit5 dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter zur simultanen Übertragung der Bildzeilen ein planarer Schichtwellenleiter ist. .
2. Anordnung nach Punkt 1 zur Übertragung farbiger Bildstrukturen, dadurch gekennzeichnet j daß eine Einrichtung zur Herstellung von Farbauszügen und deren Umsetzung in

Schwarz-Weiß-Strukturen zwischen polj^chromatischer lichtquelle und Einheit zur Wellenlängenkodierung einerseits und ein entsprechender Farbdekoder zwischen Dekodier- und Empfängereinheit andererseits vorgesehen sind«

3*. Anordnung zur Verarbeitung optischer Bildstrukturen nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenz- und/oder Ortsfrequenzselektion der Schichtwellenleiter einen vorzugsweise abstimmbaren Fabry-Perot-Besonator oder einen vorzugsv/eise abstimmbaren Bragg-Reflektor enthält.

4· Anordnung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Selektion und Verarbeitung von Zeilen oder SubStrukturen einzelnder Zeilen vorzugsweise steuerbare Bragg-Gitter oder passive integriert-optische Bauelemente«, wie z, B« Wellenleiterlinse.?!, Wellenleiterprismen usw. vorgesehen sind. _:w

5e Anordnung nach Piinkt 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Übertragung und Verarbeitung ein mit der Empfängereinheit verbundener Regelkreis vorgesehen ist« ·
6. Anordnung nach Punkt 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein optisch bistabiler.Fabry-Perot~Resenator vorgesehen ist*

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