DE1165303B - Optisches Bilduebertragungssystem - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WMW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G02d

Deutsche KI.: 42 h -38

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

N 20313 IX a/42 h
10. JuH 1961
12. März 1964

Die Erfindung betrifft ein optisches Bildübertragungssystem, bei dem auf der Senderseite von einem zu übertragenden flächenhaften Gegenstand ausgehendes Licht auf die Empfängerseite in der Form eines Spektrums übertragen wird, in welchem jedem Flächenelement, in das der Gegenstand eingeteilt wird, ein bestimmter Spektralbereich zugeordnet ist, und bei dem auf der Empfängerseite jedem Spektralbereich wiederum das zugehörige Flächenelement des Bildes zugeordnet ist.

Systeme dieser Art, bei denen zur Übertragung der einzelnen Flächenelemente des Gegenstandes von der sehr großen Anzahl einzelner Spektralbereiche Gebrauch gemacht wird, die in dem Spektrum des natürlichen Lichtes unterschieden werden können, sind bereits bekannt.

Bei einer bekannten Anordnung, welche zur Übertragung von Informationen dient, wird der flächenhafte Gegenstand, z. B. in Form eines durchsichtigen, mit Informationen beschrifteten Bandes, mit einem den Gegenstand beleuchtenden, linienförmigen Spektrum zeilenweise abgetastet, z. B. indem der Gegenstand über das Spektrum bewegt wird. Es werden also sämtliche Bildzeilen nacheinander übertragen. Dieses Verfahren bedingt die Aufrechterhaltung einer entsprechenden Synchronisierung der Abtastvorgänge auf der Sender- und der Empfängerseite und einen gewissen Zeitaufwand zur Übertragung des gesamten Gegenstandes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Systeme in solcher Weise zu verbessern, daß die gleichzeitige Übertragung eines flächenhaften Gegenstandes ermöglicht wird. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß

a) bei Beleuchtung des Gegenstandes mit spektral zerlegtem Licht der Gegenstand mit einem gefalteten Spektrum beleuchtet wird oder

b) von jedem Flächenelement des Gegenstandes spektral zerlegtes Licht ausgeht, von dem ein gefaltetes Spektrum erzeugt wird, und daß die gefalteten Spektren sämtlicher Flächenelemente mit an sich bekannten Mitteln gegeneinander seitlich versetzt entsprechend der Lage der Flächenelemente im Gegenstand auf die in ihrer Abmessung nur einem Flächenelement entsprechende Zutrittsöffnung eines Übertragungskanals geworfen werden, derart, daß von jedem Flächenelement der ihm zugeordnete Spektralbereich durch die Öffnung hindurchtreten kann.

Unter einem an sich bekannten gefalteten Spektrum wird im folgenden verstanden, daß nicht wie üblich Optisches Bildübertragungssystem

Anmelder:

N. V. Optische Industrie »De Oude Delft«,

Delft (Niederlande)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Hoffmann und Dipl.-Ing. W. Eitle,

Patentanwälte, München 8, Maria-Theresia-Str. 6

Als Erfinder benannt:

Percy Norman Kruythoff,

Sipko Luu Boersma, Delft (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 9. Juli 1960 (Nr. 253 627)

das Licht nur in einer Richtung spektral zerlegt ist, so daß ein einziges mehr oder weniger breites, gerades Band emisteht, in welchem die Farbe sich in Längsrichtung des Bandes ändert. Vielmehr wird der gesamte Spektralbereich in mehrere Bänder unterteilt. Diese Bänder sind derart über die zu beleuchtende Fläche verteilt, daß sie zusammen diese Fläche im wesentlichen ausfüllen. Eine solche Verteilung kann z. B. in der Weise erzeugt werden, daß eine Anzahl identischer, kontinuierlicher, streifenfÖrmiger Spektren benachbart übereinander auf die zu beleuchtende Fläche geworfen werden.

Die Erfindung wird an Hand einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung, diese Figuren gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung,
F i g. 3 eine erste Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 3a, 3b Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 3,

F i g. 4 eine Einzelheit eines abgeänderten Senders, F i g. 5 eine Einzelheit eines anderen abgeänderten Senders.

In F i g. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein kontinuierliches Spektrum von sichtbarem Licht, wie man es in einem üblichen Spektrographen erhält. Es wird angenommen, daß das Spektrum von R (rot) nach V (violett) läuft. Es ist als schmales Band dargestellt und kann als eine Ansammlung von einer großen Anzahl kleiner Flächenelemente, die je einen schmalen Spektralbereich des Lichtes umfassen, angesehen wer-

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schwierig, einen Gegenstand mit einem Spektrum im Auflicht oder im Durchlicht zufriedenstellend zu beleuchten, wenn der Gegenstand sehr große Abmessungen hat oder weit entfernt von der Senderstation 5 ist. Es ist in solchen Fällen wohl vielfach möglich, den Gegenstand mit natürlichem weißem Licht oder mit künstlichen Lichtquellen hoher Spektralbandweite und hoher Intensität zu beleuchten. Weiter können sich Gegenstände zur Übertragung darbieten, die

auf den Gegenstand geworfen. Das Ergebnis ist, daß jedes Flächenelement, in das der Gegenstand aufgeteilt gedacht ist, wie z. B. 2', mit Licht eines für die-

den wie jenes, das bei 2 angedeutet ist. Bei der Bildübertragung, auf die sich die Erfindung bezieht, werden solche Spektralbereiche zur Darstellung von Bildpunkten in einem einzigen Lichtbündel verwendet, das auf eine Empfangsstation übertragen wird. Praktische Lösungen für die Zuordnung derartiger Spektralbereiche an den einzelnen Flächenelementen oder »Punkten« dieses flächenhaften Gegenstandes, werden später erörtert. Zunächst soll das Grundprinzip des

gefalteten Spektrums in Anwendung auf ein System io selbstleuchtend sind und bei denen eine Aufbeleuchzur momentanen Übertragung flächenhafter Schwarz- tung mit einem künstlichen Spektrum deshalb nicht weiß-Gegenstände erläutert werden. in Betracht kommt.

In F i g. 1 ist davon ausgegangen, daß der zu über- In F i g. 3 wird der Gegenstand 10 von rechts mit

tragende Gegenstand eine derart grobe Struktur auf- weißem Licht beleuchtet und von einem besonderen weist, daß nur ein geringes optisches Auflösungsver- 15 optischen System 13,14,15, das unten noch weiter mögen erforderlich ist. Es sind z. B. insgesamt nur beschrieben wird, auf eine Blende 16 mit zentraler fünfundzwanzig Flächenelemente oder »Bildpunkte« öffnung 17 scharf abgebildet. Bei dieser Abbildung aufzulösen. Demgemäß ist das kontinuierliche lineare wird aber das von jedem Flächenelement des Gegen-Spektrum 1 in fünfundzwanzig Spektralbereiche glei- Standes 10 zurückgestrahlte weiße Licht gleichzeitig in eher Frequenzbreite aufgespalten gedacht. Wie 20 ein gefaltetes Spektrum zerlegt. Dadurch, daß die Fig. Ib darlegt, wird nun zur Bildung eines gefalte- Flächenelemente in bezug auf das optische System 13, ten, den ganzen flächenhaften Gegenstand 3 beleuch- 14,15 verschiedene Lage haben, sind die gefalteten tenden Spektrums das lineare Spektrum 1 in so viele Spektren auf der Blende 16 auch seitlich zueinander Teile gleicher Länge aufgeteilt, als der Gegenstand verschoben, und zwar derart, daß z. B. die zu unaufzulösende horizontale Bildzeilen aufweist, und 25 mittelbar nebeneinanderliegenden Flächenelementen diese Teile werden dicht neben- bzw. übereinander gehörigen Spektren auch um den einem einzigen Flächenelement entsprechenden Abstand zueinander verschoben sind.

In F i g. 3 ist auf der Blende 16 nur ein einziges ses Element charakteristischen Spektralbereiches 2 30 Spektrum 20 schematisch angedeutet, das dem Mittelbeleuchtet wird. Dabei ist die Reihenfolge der einzel- punkt 18 des Gegenstandes zugehört. F i g. 3 a, welche nen Spektralbereiche bei ihrer Verteilung über den ebenfalls die Blende 16 darstellt, zeigt zusätzlich zwei Gegenstand nicht von wesentlicher Bedeutung und nur weitere Spektren 21 und 22, die auf die Flächendurch die verwendeten Mittel zur Bildung des Spek- elemente 23 bzw. 24 des Gegenstandes zurückzufühtrums bedingt. Insbesondere kann in den verschiede- 35 ren sind.

nen Bildzeilen die Spektralwellenlänge sowohl in der- Die Blendenöffnung 17 entspricht in ihrer Abmesselben Richtung als auch in entgegengesetzten Rich- sung nur einem Flächenelement des Gegenstandes, tungen zunehmen. Dadurch wird aus jedem der gefalteten Spektren nur

Der Gegenstand 3 in Fig. Ib besteht z. B. aus ein einziger Spektralbereich von der Blendenöffnung einer durchsichtigen Platte, die das gezeichnete un- 40 durchgelassen zum Eintritt in eine lichtleitende Faser durchsichtige Kreuz 4 trägt. Wenn auf diese Platte 25, deren Endfläche unmittelbar hinter der Blende andas gefaltete Spektrum geworfen wird, treten alle geordnet ist. Diese Faser stellt den Übertragungskanal Spektralbereiche, die durchsichtigen Flächenelemen- der gezeichneten Vorrichtung dar. Die übrigen Spekten zugeordnet sind, ungeschwächt hindurch, wogegen tralbereiche werden von der Blende aufgehalten und die Spektralbereiche die den Flächenelementen des 45 nicht zur Übertragung benutzt. Aus der seitlichen VerKreuzes, z. B. 2', zugeordnet sind, im durchgelasse- Schiebung der Spektren geht nun hervor, daß der in

den Ubertragungskanal eingelassene Spektralbereich für jedes der Flächenelemente des Gegenstandes ein anderer ist, so daß eine Zuordnung der Spektral-50 bereiche zu den Flächenelementen stattgefunden hat. In dem von der Faser 25 auf die Empfängerseite übertragenen Licht gehört folglich jeder Spektralbereich einem Flächenelement des Gegenstandes zu, und seine Intensität entspricht dem Reflektionsvermögen des In Fig. 3 ist ein vollständiges Übertragungssystem 55 betreffenden Flächenelements.

nach der Erfindung zur Übertragung von flächenhaf- Das optische System zur Abbildung des Gegen-

ten Gegenständen perspektivisch dargestellt. Es ist Standes in der Form von seitlich versetzten, überlagerhier angenommen, daß der flächenhafte Gegenstand ten, gefalteten Spektren besteht im dargestellten Bei-10 undurchsichtig und deshalb im Auflicht zu ver- spiel aus dem Hohlspiegel 13, dem Echelettegitter 14 wenden ist. In Analogie zu F i g. 1 könnte dieser Ge- 60 und dem konkaven Beugungsgitter 15. Echelettegitter genstand mit einem gefalteten Spektrum beleuchtet 14 und Beugungsgitter 15 sind beide spiegelnd ausge- und das von ihm reflektierte Licht zur Übertragung führt und gekreuzt aufgestellt, d. h. ihre Dispersionsbenutzt werden. Es wird aber in F i g. 3 ein anderer richtungen stehen senkrecht aufeinander. Der HoM-Weg verfolgt, der zwar einen geringeren Wirkungs- spiegel 13 kollimiert das vom Gegenstand 10 zurückgrad als das System mit direkter Beleuchtung des 65 gestrahlte Licht und richtet es auf das Echelettegitter Gegenstandes mit einem Spektrum hat, jedoch unter 14. Ein Echelettegitter zerlegt bekanntlich das auf ihn Umständen die Übertragung von Gegenständen er- auftreffende parallele Licht in eine große Zahl von laubt, die sonst nicht dazu geeignet wären. So ist es Spektren (Ordnungen) die in Dispersionsrichtung des

nen Licht fehlen. Das durch den Gegenstand fallende Licht wird in später zu erörternder Weise hinter der Platte aufgefangen, gesammelt und einer im Abstand befindlichen Empfängerstation zugeleitet.

Obgleich das lineare Spektrum in den Beispielen nur das Gebiet des sichtbaren Lichtes umfaßt, können unter Umständen auch die anschließenden ultraroten und ultravioletten Bereiche herangezogen werden.

Gitters, d. h. in Längsrichtung der Spektren, zueinander verschoben sind. Die Aufgabe des gekreuzten Beugungsgitters 15 besteht darin, die verschiedenen Ordnungen in Seitenrichtung auseinanderzurücken, unter gleichzeitiger Fokussierung der einzelnen Spektralbereiche auf die Blende 16, so daß auf letzterer die Ordnungen als scharfe, nebeneinanderliegende Spektren 19 erscheinen. Sämtliche angedeuteten Spektren 19 entsprechen dem Flächenelement 18 des Ge-

der Längsverschiebung der Ordnungen zueinander kein Spektralbereich mehr als einmal vorkommt. Diese Fläche 20 stellt also ein gefaltetes Spektrum dar.

Wie oben bereits beschrieben, bildet das optische System 13,14,15 ein solches gefaltetes Spektrum aus jedem Flächenelement des Gegenstandes, wobei diese Spektren entsprechend der Lage der Flächenelemente

als an die Punkte 32 und 33 gelangen, die solchen Flächenelementen entsprechen. Das auf den Schirm 29 geworfene Bild mit den Bildpunkten, auf die Bezug genommen wurde, sind in Fig. 3b dargestellt. 5 Das Bild 30 kann direkt auf einer Mattscheibe in der Ebene des Schirmes 29 betrachtet oder auf einem panchromatischen lichtempfindlichen Film aufgenommen werden.

F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung, um ein linienförmi-

genstandes. Es kann nun auf der Blende 16 eine etwa io ges Spektrum, wie es durch einen üblichen Prismenrechteckige Fläche 20 gefunden werden, in der wegen oder Gitterspektrographen gebildet wird, zu einem

flächenhaften Spektrum zu »falten«. Sie besteht aus einem Bündel von lichtleitenden Fasern 34, die an einem Ende des Bündels in einer Ebene liegen, so daß 15 auf dieses Ende ein lineares Spektrum geworfen werden kann. Am anderen Ende sind die Fasern in Gruppen zusammengefaßt, die der Höhe des Gegenstandes entsprechen und so angeordnet sind, daß aufeinanderfolgende Fasergruppen nebeneinanderliegen und zuseitlich zueinander verschoben sind. Die Wirkungs- 20 sammen beispielsweise ein quadratisches Format einweise von Spektrographen nach dem hier erörterten nehmen, wie es Fig. 4 zeigt. Das Ende des Bündels Prinzip ist übrigens ausführlich beschrieben worden wird durch eine Linse 35 auf einem transparenten von Harrison, Archer und Camus im Journal of the Gegenstand 36 abgebildet, dessen Flächenelemente die Optical Society of America, Bd. 42, Nr. 10, S. 706, einzelnen Spektralbereiche entsprechend der im Geso daß es hier keiner eingehenden Erörterung der 25 genstand vorhandenen Kontraste modulieren. Alle Einzelheiten bedarf. Es sei nur noch bemerkt, daß Spektralbereiche werden von einer Linse 37 auf das das Beugungsgitter 15 als gekreuztes dispergierendes Ende der diesem Bereich entsprechenden Faser eines Element durch ein Prisma ersetzt und zur Fokussie- Faserbündels 38 fokussiert. Das Bündel 38 ist in der rung der Lichtbündel eine Linse eingeschaltet werden gleichen Weise wie das Faserbündel 34 eingerichtet kann. Das durch die Öffnung 17 hindurchtretende 30 und breitet das gefaltete Spektrum zu einem linien-Licht wird durch die lichtleitende Faser 25 auf die förmigen Spektrum aus, das nun auf die Empfänger-Empfängerseite des Systems übertragen. Der Emp- Seite übertragen werden kann. In dem Empfänger fänger ist mit einem Echelettespektrographen ver- kann ein Faserbündel gleicher Konstruktion zum Zusehen, der dem soeben in Verbindung mit dem Sen- sammensetzen des flächenhaften Bildes verwendet der beschriebenen stark ähnelt und aus einem Hohl- 35 werden.

spiegel 26, einem Echelettegitter 27 und einem kon- F i g. 5 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zur

kaven Beugungsgitter 28 besteht. Die Endfläche der Bildung eines gefalteten Spektrums, welches darin beFaser 25 ist im Brennpunkt des Hohlspiegels 26 auf- steht, ein Anzahl von Spektren, die in der Längsrichgestellt. Der Spiegel 26 koUimiert daher das Licht- rung zueinander verschoben sind, aus einer Reihe von bündel, das die Faser 25 verläßt und reflektiert es zu 40 getrennten »weißen« Punktquellen zu bilden. Dies dem Echelettegitter 27 hin. Dieses wiederum wirft das kann mit Hilfe eines Spektrographen erreicht werden, Licht zurück zu dem konkaven Reflektionsgitter 28, z. B. mit einem Prismenspektrographen nach Fig. 5, das es auf den Schirm 29 wirft. Das Echelettegitter 27 der aus Linsen 39 und 41 und einem Prisma 40 beteilt das Licht auf in eine Anzahl gleichartiger Spek- steht. Die Reihe der Lichtquellen, die als kleine OfE-tren verschiedener Ordnung, die gegeneinander um 45 nungen in dem Schirm 42 dargestellt sind, liegt nicht einen bestimmten Abstand in ungefähr waagerechter parallel zur Brechungskante des Prisma 40, sondern Richtung versetzt sind. Das gekreuzte Beugungsgitter ist in hinreichendem Maße hierzu schräg gestellt. Die 28 rückt diese Ordnungen in senkrechter Richtung Reihe von Spektren 43, die man dadurch erhält, beauseinander, so daß sie auf dem Schirm 29 als neben- deckt nicht eine rechteckige Fläche, hat aber die einanderliegend erscheinen. Wie für den Sender er- 50 Form eines Parallelogramms, bei dem Linien, die läutert wurde, kann man auf dem Schirm 29 eine gleiche Spektralbereiche verbinden, parallel zu einer etwa rechteckige Fläche 30 finden, auf der jedes Seite des Parallelogramms verlaufen. Von diesem Par-Flächenelement mit einem anderen Spektralbereich allelogramm kann eine Fläche derart ausgewählt werbeleuchtet wird. In diesem Bereich wird ein Bild des den, daß jedes Flächenelement hiervon mit einem Gegenstandes reproduziert, da der Strahlengang in 55 verschiedenen Spektralbereich beleuchtet wird. In diedem empfangsseitigen Spektrographen im wesent- ser Fläche kann ein zu übertragender Gegenstand auflichen der gleiche wie in dem senderseitigen Spektrographen ist, wobei das Rechteck 30 sich an der Stelle
des Rechteckes 20 befindet. In der gleichen Weise,
wie beispielsweise von dem Punkt 18 des Gegenstan- 60
des nur ein gewisser Spektralbereich im Gelben auf
die Öffnung 17 gelangt, ist es dieser Spektralbereich
allein, der auf den Punkt 31 der Fläche 30 auftrifft,
welcher dem Punkt 18 entspricht. Ebenso können die
blauen und orangen Spektralbereiche, die beispiels- 65
weise den Flächenelementen 23 und 24 des Gegenstandes in dem ausgesandten Licht zugeordnet sind,
nicht an andere Stellen innerhalb des Rechteckes 30

gestellt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Optisches Bildübertragungssystem, bei dem auf der Senderseite von dem zu übertragenden flächenhaften Gegenstand ausgehendes Licht auf die Empfängerseite in Form eines Spektrums übertragen wird, in welchem jedem Flächenelement, in das der Gegenstand eingeteilt wird, ein bestimmter Spektralbereich zugeordnet ist, und bei dem auf der Empfängerseite jedem Spektralbereich wiederum das zugehörige Flächen-

element des Bildes zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) bei Beleuchtung des Gegenstandes mit spektral zerlegtem Licht der Gegenstand mit einem gefalteten Spektrum beleuchtet wird oder

b) von jedem Flächenelement des Gegenstandes spektral zerlegtes Licht ausgeht, von dem ein gefaltetes Spektrum erzeugt wird, und daß die gefalteten Spektren sämtlicher Flächenelemente mit an sich bekannten Mitteln gegeneinander seitlich versetzt entsprechend der Lage der Flächenelemente im Gegenstand auf die in ihrer Abmessung nur einem Flächenelement entsprechende Zutrittsöffnung eines Übertragungskanals geworfen werden, derart, daß von jedem Flächenelement der ihm zugeordnete Spektralbereich durch die Öffnung hindurchtreten kann.

2. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines gefalteten Spektrums aus spektral zerlegbarem Licht in an sich bekannter Weise ein Satz von zwei gekreuzt aufgestellten dispergierenden Elementen angeordnet ist, von denen das eine eine Anzahl identischer streifenförmiger Spektren erzeugt, die in Längsrichtung mindestens über eine einer Abmessung der zu beleuchtenden Fläche entsprechende Strecke zueinander verschoben sind, und das andere Element diese Spektren derart in der Querrichtung verschiebt, daß aufeinanderfolgende Spektren Seite an Seite nebeneinanderliegend auf die zu beleuchtende Fläche geworfen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2443 258;
»Journ. of the Opt. Soc. Amer«, 45 (1955), S. 259 bis 269.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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