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Vorrichtung zur Vermeidung von Fehlern bei Bildübertragungssystemen
Bei den üblichen Bildübertragungssystemen wird jeder Teilbereich des Bildes immer
auf demselben Wege übertragen, d. h. also im Falle einer Faseroptik durch dieselbe
Faser und im Falle eines Fernsehübertragungssystems durch den horizontal und vertikal
jeweils um dieselben Winkel abgelenkten Elektronenstrahl. Wenn nun beispielsweise
eine oder mehrere Fasern irgendwie schadhaft ist bzw. sind oder die Elektronenstrahlablenkung
in einem bestimmten Teilbereich des Bildes ungenau arbeitet, so wird der betreffende
Teilbereich nicht oder nur sehr schlecht und verschwommen wiedergegeben. Es ist
aber in der Praxis fast unmöglich, eine Faseroptik-Bildübertragungseinrichtung so
genau und gleichmäßig herzustellen, daß sie in allen Teilbereichen eine gleichmäßig
gute Bildübertragung ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, mittels
derer derartige grobe Fehler bei der Übertragung einzelner Bildbereiche eines Bildes
vermieden werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Prinzip, die einzelnen Teilbereiche
des Bildes über dauernd wechselnde Elemente des Bildübertragungssystems zu übertragen,
im Falle einer Faseroptik also über dauernd wechselnde Einzelfasern des Faserbündels.
Erfindungsgemäß wird das einfallende Lichtbündel mittels an sich bekannter optischer
Ablenkungsmittel vor der Aufnahmeseite periodisch bewegt, so daß von dem Lichtbündel
nacheinander verschiedene Bereiche des Bildübertragungssystems getroffen werden;
gleichzeitig wird mittels gleichartiger Ablenkungsmittel das Lichtbündel nach Verlassen
des Bildübertragungssystems in gleicher Weise bewegt, wodurch auf der Wiedergabeseite
ein feststehendes Bild erzeugt wird. Diese periodische Bewegung des ein- und ausfallenden
Lichtbündels kann beispielsweise linear oder aber auch kreisförmig erfolgen. Beispielsweise
kann als optisches Ablenkungsmittel ein lichtbrechendes Mittel mit veränderlicher
Dicke vorgesehen werden, so daß eine Parallelversetzung des Lichtbündels erfolgt.
An Stelle dessen kann als optisches Ablenkungsmittel auch eine planparallele Platte
vorgesehen werden, die schräg zur optischen Achse angeordnet ist und um diese optische
Achse rotiert.
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Ferner ist es möglich, als optisches Ablenkungselement eine lichtbrechende
Kreisscheibe zu verwenden, die eine über den Umfang periodisch schwankende Dicke
aufweist und um eine zur optischen Achse schräg stehende Drehachse rotiert.
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Außer lichtbrechenden Elementen können auch lichtreflektierende Elemente
für die optische Ablenkung verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Möglichkeit hierzu
besteht aus der Verwendung eines die Innenfläche eines Kegels bildenden Spiegels,
der um eine spitzwinklig zur Kegelachse durch die Kegelspitze verlaufende Drehachse
rotiert und eine periodische lineare Ablenkung des Lichtbündels bewirkt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat die Wirkung, daß infolge der
das einfallende Lichtbündel bewegenden Ablenkungsmittel vor der Aufnahmeseite das
abgelenkte Lichtbündel nacheinander auf verschiedene Bereiche des Bildübertragungssystems
auftrifft und jeder Teilbereich des Bildes durch wechselnde Elemente des Bildübertragungssystems,
im Falle einer Faseroptik also durch wechselnde Fasern bzw. Faserbündel, übertragen
wird. Dadurch, daß das Lichtbündel nach Verlassen des Bildübertragungssystems wiederum
durch optische Ablenkungsmittel gleicher Art in gleicher Weise abgelenkt wird, entsteht
auf der Wiedergabeseite ein feststehendes Bild. Dabei werden die beispielsweise
durch eine defekte Faser einer Faseroptik entstehenden Fehler zwar nicht ausgeschaltet;
ihre Auswirkungen werden aber auf einen wesentlich größeren
Teil
des Gesamtbildes ausgedehnt und dabei erheblich abgeschwächt. Infolgedessen ist
es nicht mehr möglich, daß einzelne Teilbereiche des Bildes Überhaupt nicht oder
nur so undeutlich übertragen werden, daß in dem betreffenden Bildbereich keine Einzelheiten
erkennbar sind.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungs- und Anwendungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Fig.1 zeigt die Anwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf eine Faseroptik, auch Fibroskop genannt.
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Fig.2 ist eine stirnseitige Draufsicht auf das eine Ende der Faseroptik
nach der in Fig. 1 eingetragenen Linie 2-2.
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Fig.3 ist eine vergrößerte Ansicht der einzelnen Fasern des Faserbündels
nach Fig. 2 in dem in Fig. 2 mit einem strichpunktierten Kreis angegebenen Teilbereich.
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Fig. 4 zeigt die Anwendung einer anderen Ausführungsforen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf eine Faseroptik.
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Fig. 5 zeigt das sämtlichen Ausführungs- und Anwendungsbeispielen
der Erfindung zugrunde liegende Prinzip als Schema.
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Fig. 6 zeigt schematisch die Anwendung eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung auf ein Fernseh-Übertragungssystem.
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Fig. 7 zeigt schematisch eine andere, für die Zwecke der Erfindung
verwendbare optische Abienkeinrichtung, die auf Reflexion beruht.
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Die Fig. 1 und 4 zeigen Faseroptiken, bei denen als Bildübertragungssystem
ein Bündel von lichtdurchlässigen Fasern verwendet wird. Wie die Fig. 2 und 3 deutlich
erkennen lassen, besteht das Faserbündel 10 bzw. 10' aus einer großen Anzahl von
Fasern, deren gegenseitige Relativlage an den beiden Enden des Bündels dieselbe
ist. Das Faserbündel ist flexibel und kann daher in beliebiger Form verlegt werden.
Sein Durchmesser kann verhältnismäßig gering sein, so daß es durch kleine Öffnungen
hindurchführen kann. Im allgemeinen werden für diese Faseroptiken Bündel von Hunderten
von Glasfasern verwendet, in deren jeder ein kleiner Teilbereich des Gesamtbildes
durch Totalreflexion an der Innenseite der Faserwand über die gesamte Faserlänge
übertragen wird.
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Der abzubildende Gegenstand ist in den Fig. 1 und 4 mit 12 bzw. 12'
bezeichnet. Die Linse 13 bzw. 13' erzeugt am Eintrittsende 14 bzw.
14' des Faserbündels 10 bzw. 10' ein Bild des Gegenstandes
12 bzw. 12'. Dieses Bild wird durch die einzelnen Fasern in eine Mehrzahl
von Bildteilen aufgelöst, die am Austrittsende 15 bzw. 15' wieder
erscheinen, von wo aus sie beispielsweise durch Linsen 16
bzw. 16'
auf eine geeignete Fläche projiziert werden können, wo dann das Bild 11 bzw.
11' entsteht. Natürlich kann das Bild auch unmittelbar durch die Linse 16
bzw. 16' beobachtet werden.
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Wenn eine der Fasern des Faserbündels 10
bzw. 10' beschädigt
ist, so wird der dieser Faser zugeordnete Bildbereich nicht oder nur sehr schlecht
übertragen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine Verteilung der Auswirkung
dieser Schadhaftigkeit über einen größeren Bildbereich und damit eine erhebliche
Abschwächung der Auswirkungen erzielt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 befindet
sich zwischen der Linse 13 und dem Eintrittsende 14 des Faserbündels 10 eine
insgesamt mit 18 a bezeichnete optische Ablenkungseinrichtung, und zwischen dem
Austrittsende 15 und der Linse 16 ist eine hiermit identische, zweite Ablenkungseinrichtung
18 b angeordnet. Jede dieser Ablenkungseinrichtungen besteht aus zwei lichtdurchlässigen
Scheiben 19 a, 20 a bzw.19 b, 20 b, deren gegenseitiger Abstand
veränderlich ist. Zu diesem Zweck ist die eine Scheibe 20 a bzw.
20 b in der metallischen Fassung 21 a bzw. 21 b verschiebbar gelagert; die
in der Fassung 21 a bzw. 21 b vorgesehene Gleitfläche für die verschiebbare Scheibe,
die zweckmäßig kreisförmig ausgebildet ist, ist mit 22 a bzw. 22 b
bezeichnet. Die Bewegung der Platten 20 a und 20 b und damit die Veränderung der
wirksamen Dicke dieser lichtbrechenden Einrichtung erfolgt durch eine Flüssigkeit,
die durch Leitungen 23 a und 23 b in die mit dieser Flüssigkeit gefüllten
Zwischenräume zwischen den Plattenpaaren 19 a, 20 a bzw. 19 b, 20 b
eingeleitet
oder aus diesen Zwischenräumen herausgesaugt wird. Diese Flüssigkeitsbewegung erfolgt
durch eine Pumpe mit Zylinder 24 und Kolben 25; die Kolbenstange der Pumpe ist mit
27, die antreibende Kurbel mit 26 bezeichnet. - Der Brechungsindex der verwendeten
Flüssigkeit soll möglichst nahe dem Brechungsindex der durchsichtigen Scheiben 19
a, 20 a bzw. 19 b, 20 b liegen. Bei Aufwärtsbewegung des Kolbens
25 werden die einzelnen Scheiben 19 a, 20 a bzw.19 b, 20 b
jeder Ablenkungseinrichtung auseinandergeschoben, so daß das von der Linse 13 kommende
Lichtbündel um ein großes Maß parallel nach unten verschoben und das aus dem Austrittsende
15 des Faserbündels 10 austretende Lichtbündel um das gleiche, große
Maß parallel nach oben verschoben wird. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens 25 verschieben
sich die beiden Scheiben 20 a und 20 b in die strichpunktiert dargestellten
Lagen, so daß die optische Ablenkung des Lichtbündels entsprechend geringer ist.
Bei periodischer Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 25 werden die Lichtbündel
auf der Ein- und Austrittsseite des Faserbündels 10 periodisch parallel nach
unten und nach oben verschoben. Da die Wirkung der beiden Ablenkungseinrichtungen
18 a und 18 b entgegengesetzt gerichtet ist und die
Bewegungen der beiden Ablenkungseinrichtungen miteinander synchronisiert sind, entsteht
auf der Wiedergabeseite des Systems ein feststehendes Bild 11 des abzubildenden
Gegenstandes 12.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Ablenkungsmittel insgesamt
mit 25 a und 25 b bezeichnet. Sie bestehen aus planparallelen Platten
26 a und 26 b, vorzugsweise aus Glas oder einem anderen durchsichtigen, eine Brechungswirkung
aufweisenden Material. Diese planparallelen Platten sind so angeordnet, daß ihre
Ebenen schräg zur optischen Achse liegen. Die beiden Platten 26 a und 26 b sind
in Fassungen 27 a bzw. 27 b gehalten, die um die optische Achse des
Systems oder eine zu dieser parallelen Achse drehbar gelagert sind; diese Lager
sind nicht dargestellt. Die Fassungen 27 a, 27 b sind
mit Zahnkränzen 28 a, 28 b versehen, mit denen Ritzel 29 a, 29 b im Eingriff
stehen. Diese beiden Ritzel sind über eine Welle 30 drehfest miteinander verbunden
und werden von einem Motor 31 mit gleicher Drehzahl angetrieben. Bei Antrieb der
beiden Fassungen 27 a,
27 b verlagern sich die durch die planparallelen Platten
26 a, 26 b hindurchgehenden Lichtbündel kreisförmig. Da die beiden planparallelen
Platten
26 a und 26 b in Umfangsrichtung um 180° gegeneinander versetzt
angeordnet sind und mit derselben Drehzahl angetrieben werden, erscheint ein feststehendes
Bild 11' des abzubildenden Gegenstandes 12'.
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Fig. 5 zeigt das Prinzip, auf der sämtliche Ausführungsformen und
sämtliche Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruhen. Der abzubildende
Gegenstand ist mit 41, das erzeugte Bild mit 42 bezeichnet. Vor dem eigentlichen
Bildübertragungssystem 40 befindet sich eine optische Ablenkungseinrichtung43, hinter
dem Bildübertragungssystem 40 eine entsprechende Ablenkungseinrichtung 44. Die beiden
Ablenkungseinrichtungen 43 und 44 müssen synchron miteinander bewegt werden, was
durch die gestrichelt eingezeichnete Verbindung 45 angedeutet ist. - Es bedarf keiner
näheren Erläuterung, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung selbstverständlich bei
der Übertragung stillstehender wie auch sich bewegender Bilder in gleicher Weise
verwendet werden kann.
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Fig.6 zeigt die Anwendung einer anderen Ausführungsform der Erfindung
auf ein Fernseh-Übertragungssystem. Der abzubildende Gegenstand ist mit 51, sein
Bild mit 52 bezeichnet. Die Fernsehkamera 53 ist mit dem Sender 54, der Fernsehempfänger
56 mit einer Empfangsantenne 55 verbunden. Als optisches Ablenkungsmittel ist zwischen
dem Gegenstand 51 und der Fernsehkamera 53 sowie zwischen dem Fernsehempfänger 56
und dem gewünschten Wiedergabeort des Bildes 52 je eine Scheibe 57 bzw. 58 aus durchsichtigem,
lichtbrechendem Werkstoff vorgesehen. Jede dieser beiden Scheiben hat auf jeder
beliebigen Radiuslinie eine gleichbleibende Dicke; ihre Dicke ändert sich aber in
Umfangsrichtung von einem Kleinstwert auf einen dem gegenüber um 180° versetzten
Größtwert und von diesem wieder über weitere 180° bis zum Kleinstwert. Die beiden
kreisförmigen Scheiben 57 und 58 werden von zu den jeweiligen optischen Achsen auf
der Aufnahme- bzw. Wiedergabeseite schräg stehenden Wellen 59 bzw. 60 getragen
und um die Achsen dieser Wellen kontinuierlich gedreht. Selbstverständlich müssen
auch hier die Antriebe der beiden Scheiben 57, 58 miteinander synchronisiert sein.
Die beiden Scheiben bewirken wiederum eine periodische, in sich parallele Verschiebung
des jeweiligen Lichtbündels nach oben und nach unten.
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Gemäß Fig.7 ist als optisches Ablenkungsmittel ein Spiegel an Stelle
eines lichtbrechenden Elementes vorgesehen. Der Spiegel 62 hat die Form eines Kegels,
der um eine zur Kegelachse spitzwinkelige, durch die Kegelspitze verlaufende Drehachse
in Form der Welle 63 kontinuierlich verdreht wird, so daß das Bild des Gegenstandes
61 periodisch auf-und abwärts, in sich parallel, verschoben wird. Die gleiche Einrichtung
ist selbstverständlich auch wieder auf der Wiedergabeseite vorgesehen; beide Spiegel
müssen miteinander synchron angetrieben werden.