DE2719206A1

DE2719206A1 - Anordnung und verfahren zur verarbeitung eines abbildenden strahlenbuendels und erzeugung einer abbildung

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Publication number: DE2719206A1
Application number: DE19772719206
Authority: DE
Inventors: Ronald S Hershel
Original assignee: University Patents Inc
Current assignee: University Patents Inc
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-10
Also published as: JPS52133228A; GB1577763A; US4105289A

Description

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Meine Akte: U-4233

University Patents Inc. Stamford, Con, USA

Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung eines abbildenden Strahlenbündel· und Erzeugung einer Abbildung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur Verarbeitung eines abbildenden Strahlenbündels und Erzeugung einer Abbildung.

In verschiedenen optischen Systemen ist es wünschenswert, ein kontinuierliches Bild so abzutasten, daß dessen Einzelbestandteile in eine diskrete Form fUr eine nachfolgende Verarbeitung gesetzt werden können. Mehrere Einrichtungen zur Bilderfassung

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und Bildverarbeitung würden von einem wirksam abgetasteten Bild Vorteile haben; Beispielsweise ergibt sich eine erhöhte Verfügbarkeit von Festkörper-Bilddetektoren, bei denen nur ein Teil jeder elementaren Flüche der Detektorreihe "aktiv" ist, während das auf die nicht aktiven Bereiche auffallende Licht effektiv nicht genutzt wird. Bei anderen Anwendungsmöglichkeiten ist es nützlich, eine Vielzahl von Bildern in einer einzigen Bildebene, beispielsweise einer photoempfindlichen Fläche vorzusehen. Beispielsweise kann der "Bild-Multiplexbetrieb" die Speicherung einer Vielzahl von Bildern auf einem einzigen Bildrahmen eines photographischen Filmes umfassen, zum Beispiel für einen Farb-Multiplexbetrieb auf einem Schwarz-Weiß-Film. Auch die optische Datenverarbeitung oder Daten-Analyse kann das Auffallen einer Vielzahl von Bildern auf eine Kameraröhre beinhalten.

In einem System zur Bild-Abtastung oder fUr den Bild-Multiplexbetrieb ist es wünschenswert, Parameter wie beispielsweise die Auflösung und den Wirkungsgrad der Lichtsammlung zu optimieren; es wurde jedoch häufig festgestellt, daß feste bzw. unveränderliche Kompromisse vorliegen, welche die Qualität einer oder mehrerer bedeutsamer Durchfuhrungsfaktoren betreffen· Eine einfache Darstellung einer Möglichkeit zur Abtastung eines Bildes besteht darin, eine Reihe kleiner Löcher Über dem Bild anzuordnen, so daß das durch jedes Loch hindurchgehende Licht ein Maß fUr die Bilddichte an den Löchern ist. Bei einer derartigen Anordnung ist der Wirkungsgrad der Lichtsammlung sehr gering, da der größte Teil des Lichtes durch den lichtundurchlässigen Teil der Lochreihe blockiert wird. Eine Möglichkeit zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines der-

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artigen Systems besteht darin, die Löcher zu vergrößern. Dies beeinträchtigt jedoch die Auflösung des Systems dadurch, daß eine Unscharfe oder Unsicherheit hinsichtlich der Stelle der abgetasteten Bildwerte eingeführt wird. Sowohl der Wirkungsgrad als auch die abgetasteten Werte werden wesentlich dadurch verbessert, daß eine kleine Linse an der Position jedes vergrößerten Loches angeordnet wird, wodurch die Lochreihenanordnung in eine Linsenreihe nach Art eines "Fliegenauges" umgewandelt wird. In diesem Fall sammelt jedes einzelne Linsenelement (lenslet) Licht Über seine gesamte Fläche und fokusiert das Licht auf einen Punkt in der Detektorebene. Ein Problem der ^NFliegenaugeⁿ-Anordnungen besteht jedoch darin, daß es schwierig ist, LLnsenanordnungen herzustellen, deren Elemente klein genung sind, um eine Abtastung mit Werten bzw. Beträgen auszufuhren, die fUr die optischen Abbildungen erforderlich sind. Oa außerdem die Linsen immer kleiner gemacht werden, werden die Erfordernisse fUr den Zwischenraum oder Abstand zwischen den einzelnen optischen Elementen, beispielsweise der Abstand zwischen der Linsenanordnung und dem Detektor, zu groß, d.h. diese Abstände werden zu klein und in der Praxis nicht durchfuhrbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen.

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Die Erfindung schafft eine Anordnung und ein Verfahren zum Empfang optischer Strahlung, d.h. zum Empfang von Strahlenbündeln, welche eine Szene oder dergleichen abbilden, sowie zur Erzeugung einer "aufbereiteten" Abbildung, d.h. einer Abbildung, die nach einer Verarbeitung erhalten wird und periodische räumliche Amplitudenmodulationen aufweist; die erhaltene Abbildung weist praktisch keinen wesentlichen Verlust an der Gesarot-Beleuchtungsstärke auf. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Abbildungen einer Szene mit mehreren Ordnungen vorgesehen, von denen Abbildungen wenigstens einer Ordnung gegenUber den Abbildungen anderer Ordnungen phasenverschoben werden. Zur Ausfuhrung der Phasenverschiebung ist ein Phasenschieber vorgesehen, der Abbildungen wenigstens einer Ordnung bezUglich der Phase verschiebt, so daß diese Abbildungen phasengleich sind mit Abbildungen anderer Ordnungen. Zum Sammeln der Abbildungen verschiedener Ordnungen dient eine Fokusierungseinrichtung, die das "aufbereitete" bzw. verarbeitete Bild liefert. Vorzugsweise Überlappen sich die Abbildungen verschiedener Ordnungen praktisch nicht. Zur Erzeugung der Abbildungen verschiedener Ordnung dient ein Phasengitter, neben dem eine Linse angeordnet ist. Zur Ausfuhrung der Phasenverschiebung kann eine eine Phasenverzögerung hervorrufende Platte vorgesehen sein, die vorzugsweise den Abbildungen 0-ter Ordnung eine Phasenverschiebung verleiht. Es ist ferner wünschenswert, daß das Phasengitter ein Tastverhältnis von etwa 25 % hat.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bildabtastung im Vergleich zu den zur Zeit verfügbaren Techniken mit relativ hoher Auflösung und höherem

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-y-

Signal/Rauschverhältnis erfolgen. Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren arbeiten derart, daß "dunkle" Bereiche der verarbeiteten Abbildung, die neben den konzentriert abgetasteten Bereichen liegen, relativ hohe Beleuchtungsstärke — werte haben, was sich besonders vorteilhaft bei dem Multiplex-Betrieb oder bei einer Speicherung von einer Vielzahl von Bildern auswirkt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch inkohärentes Licht in einen relativ breiten Spektralbereich verwendet werden. Bei einer speziellen Anwendungsmöglichkeit wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine zufriedenstellende Konzentration eines schwachen Bildes für eine sinnvolle Belichtung von Filmbereichen gewährleistet, wenn das Originalbild im allgemeinen nicht zufriedenstellend ist und den Belichtungsschwellwert des Filmes nicht überschreitet. Außerdem ist eine entsprechende Verbesserung der Empfindlichkeit eines photografischen Filmes bei kräftigen Bildern oder kräftigen Bildabschnitten festzustellen, die normalerweise den Film "sättigen" würden. Insbesondere ist anzunehmen, daß die Dämpfung in den räumlichen Abschnitten zwischen konzentrierten Spitzen (peaks) den beobachteten Effekt erreicht. Die auf diese Weise erreichte Verbesserung an beiden Seiten eines Bereichs liefert eine erhebliche Erhöhung in dem wirksamen dynamischen Gesamtbereich, wenn die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird.

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Im folgenden werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 ein Phasengitter zur Anwendung bei der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Durchlaßcharakteristik des Gitters nach Fig. 2,

Fig. 4 die Fouriertransformation der in Fig. 3 gezeigten Durchlaßcharakteristik,

Fig. 5 die Funktion der Modulation der Beleuchtungsstärke, die mit einem gleichmäßigen Feld erreicht wird,

Fig. 6 eine Platte zur Phasenverzögerung, die bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbar ist, und

Fig. 7 eine abgewandelte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der ein zusätzliches Element zur Streuung bzw. Verteilung von Farbkomponenten vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt. Eine Szene bzw. ein Bild, von der bzw. von dem ein aufbereitetes Bild erhalten werden soll, ist durch den Pfeil 21 dargestellt. Der im folgenden benutzte Ausdruck "Szene" soll dabei jedes beleuchtete oder leuchtende Objekt oder Bild umfassen, von dem ein sog. auf-

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bereitetes Bild erhalten werden kann. Bei der dargestellten AusfUhrungsform kann das Objekt bzw. der Pfeil 21 ein mit inkohärentem Licht bestrahltes Objekt sein, jedoch kann auch eine kohärente Beleuchtung erfolgen. Die im folgenden benutzten Begriffe "Licht" oder "optische Strahlung" bzw. "Strahlenbündel" beziehen sich sowohl auf sichtbare, als auch auf nicht sichtbare Infrarot- und Ultraviolettstrahlung. An einer mit P. bezeichneten Eintrittsöffnungsebene ist eine Linse 30 angeordnet und dient dazu, ein Bild des Objekts 21 an einer ersten Abbildungsebene zu liefern, die mit P- bezeichnet ist. In der Ebene P« ist ein Phasengitter 36 vorgesehen, welches bei der dargestellten AusfUhrungsform und zum Zwecke der Beleuchtung aus einer eindimensionalen periodischen Reihe von erhabenen bzw. geprägten Mustern besteht, wie dies noch nachstehend näher erläutert wird. Eine Linse 35 bildet die Eintrittsöffnung in einer Ebene P₃ fUr eine Austrittsöffnung ab. In der Ebene P_ treten mehrere Abbildungen der Eintrittsöffnung infolge des Beugungsgitters auf. Dabei werden eine Vielzahl von abgebeugten Strahlenbündel·! verschiedener Ordnung durch das Phasengitter 36 erzeugt; in Verbindung mit diesem Phasengitter 36 dient die Linse 35 dazu, eine Vielzahl von sich praktisch nicht Überdeckenden Bildern verschiedener Ordnung von dem Objekt in der Ebene P„ zu erzeugen.

Bei der dargestellten AusfUhrungsform ist in der Ebene P_ eine Blende 37 vorgesehen, welche Strahlenbündel höherer Ordnung sperrt, so daß nur die Strahlenbündel 0-, -hl-ter Ordnung durch die Blende bzw. Ebene P₃ hindurchgehen können. Das Strahlenbündel bzw. die Strahlen 0-ter Ordnung haben gegenüber den Strah-

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-ζ-

lon +1-ter Ordnung entgegengesetzte Phase, wie dies noch näher beschrieben wird. Eine transparente, phasenverzögernde Platte 38 ist in der Ebene P- angeordnet und bewirkt eine Phasenver-Schiebung von 180 Grad der Strahlen 0-ter Ordnung gegenüber den Strahlen +1-ter Ordnung. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in den Gebieten, durch welche die Strahlen +1-ter Ordnung hindurchgehen, Bereiche größerer Dicke (vgl. Fig. 1) vorgesehen werden, so daß eine Verzögerung um eine halbe Wellenlänge auftritt. Eine Linse 39 liegt etwa in der Ebene P- und bewirkt die Abbildung des Gitters 36 auf die ■it P. bezeichnete Ebene, wodurch das gewünschte, aufbereitete bzw. verarbeitete Bild erhalten wird. Dieses aufbereitete Bild ist hinsichtlich seines Gehalts dem Bild an den Gitter (Ebene P₂) ähnlich, jedoch enthält es eine periodische Modulation derart, daß beispielweise ein gleichmäßig beleuchtetes Feld in der Ebene P- eine Reihe von engen Linien relativ hoher Intensität ergeben würde, die mit relativ breiten Flächen von relativ geringer Intensität vermischt sind. Im zweidimensionalen Fall ergibt sich ein Muster von relativ intensiven Punkten auf einen relativ dunklen Hintergrund. Diese "Lichtkonzentration¹¹ ohne einen begleitenden Beleuchtungsverlust, der zum Beispiel bei der Bildabtastung unter Verwendung eines Amplitudengitters (Amplitudenbegrenzungsgitter) auftritt, ist insbesondere bei der Anwendung zur Erfassung verschiedener Bilder und einem Bild-Multiplexbetrieb (Aufteilung in mehrere Bilder) nützlich. Die Mitte in der Ebene P. kann beispielsweise durch einen photografischen Film oder ein anderes geeignetes optisches System, beispielsweise das Eingangssysten für ein Kanerasystem gebildet sein.

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Um die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zu analysieren, wird nUtzlicherweise die Fouriertransformation angewandt; die positiven Linsen in jeder Ebene sind derart angeordnet, daß sich zwischen benachbarten Ebenen ein Verhältnis entsprechend der Fouriertransformation ergibt.

Die Öffnungskoordinate ergibt sich zu

^xAd (1)

wobei χ die Koordinate fur die Entfernung,X die Wellenlänge des betreffenden Lichts und d die Entfernung bzw. der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Ebenen sind. Die Fouriertransformationskoeffizientenpaare werden im folgenden durch große und kleine Buchstaben angegeben (zum Beispiel G (O :F (g (x)^ ).

Die Eingangsöffnung der Anordnung wird mit einem quasimonochromatischen Licht von der Objektszene 21 her beleuchtet. Die vorliegende komplexe Amplitude am Punkt N=^₀ in der Eintrittsebene P. wird mit A (ΐ _Q) bezeichnet; die Zuordnung dieses Punktes gegenüber der ersten Bildebene ergibt sich dann wie folgt:

a (XZj₀) _SAy_e ^i2i>V. (2)

Werden Zeitmittelwerte durch das Symbol \\ '+ ^οβζβ*^οηηβ* ^uno< erfolgt eine Integration Über die Eingangsöffnung, dann erhält man eine entsprechende Verteilung der spezifischen Lichtausstrahlung:

In der ersten Bildebene P. ist ein periodisches Filter bzw. das Gitter 36 vorgesehen. Die komplexe Amplitude des Gitters wird als Faltung einer komplexen Funktion g(x) mit einer Reihe von Delta-Funktionen ausgedruckt, die als Funktionen "comb" oder

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■/is

"shah" bezeichnet sind; diese Funktionen sind in dem Buch "Introduction to Fourier Optics", J. W. Goodman, McGraw-Hill-Verlag, N.Y., 1968) und in dem Buch "The.Fourier Transform And Its Applications", R. Bracewell (McGrav-Hill-Verlag, N.Y., 1965) boschrieben.

g_p (χ) = g(x)*comb (χ). (4)

Die Gitterperiode wird als Einheit für die Entfernung fUr χ benutzt. Die komplexe Amplitudenverteilung unmittelbar auf der rechten Seite des Gitters 36 ergibt sich zu

a· (x_;y = A (^_o)eⁱ²ⁿ5o^X tg(x)₊comb(x)3.

In der Ebene P~ der Ausgangsöffnung läßt sich dann die Amplio

tude folgendermaßen ausdrücken:

Die Menge A¹ (\,^₀) wird entsprechend einer Funktion F (ί) ausgefiltert, wobei diese Funktion F K) in der Ebene P« (Verzögerungsplatte 38) ausgeführt wird. Um hinsichtlich des Filters F (i) den gleichen Effekt für die zugelassenen Werte von ^₀ zu haben, muß folgende Bedingung erfüllt werden:

F (J₀) comb {y y = F (^ -^₀) comb (^ -$_Q). (5 Nach der Filterung ergibt sich

α·· «.ρ = a

■^A

dabei ist

ο· φ = G (j) F φ

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Die Verteilung der komplexen Amplitude in der behandelten Bildebene ergibt sich dann zu

a" (x;J₀) = A ($_o)e^i2T15o^x [comb (x)*g'(x)l

A q_o)e^i2iTk^x _Lg_p (χ)}.

Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die Verteilung der Bestrahlungsstärke in der letzten Ebene entsprechend der folgenden Gleichung

I(x) = I₀(x) lcomb (x)*g'(x)j *. (7)

Aus Gleichung (7) ist ersichtlich, daß die erste Bild-Bestrahlungsstärke mit einer periodischen Funktion multipliziert bzw. moduliert ist. Wenn die Funktionen g und F reine Phasenfunktionen sind, dann wird theoretisch die Abtastung ohne Lichtverlust erreicht. Wenn jedoch eine reine Amplitudenausfilterung in der Ebene P^ durch das Gitter erfolgt, würde die Übertragung dieses Relais- oder Übertragungssystems bzw. Zwischensystems von dem Tastverhältnis des Gitters abhängen, wobei das Tastverhältnis von dem Verhältnis zwischen der Linienbreite und der Gitteroder Filterperiode abhängt.

Die Verwendung von Phasengittern ergibt zwei getrennte Effekte, wenn Breitband-Beleuchtungsquellen benutzt werden: (1) Es ergibt sich eine wellenlängenabhängige Phasenverzögerung in der ersten Abbildungsebene und in der Austrittsöffnung. Werden Maßstabsänderungen (Indexänderungen) vernachlässigt, dann ist die Phasenverzögerung gleich 2η(η - i)t/X , wobei t die Dicke und η der Brechungsindex des .phasenverzögernden Elementes sind. Die Variablen Sund ^. hängen gemäß Gleichung (1) von x, x_Q und ab. Die

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Streuung bzw. Dispersion der Abbildungen in der öffnung der Ebene P₃ ist proportional X.

Da Phasenverzögerungen um π bei einer HauptwellenlängeX~ sowohl in den Gitter als auch in dem Filter auftreten, ergibt sich eine relative Unempfindlichkeit des Systems bei Breitbandbeleuchtung. Der Effekt der Dispersion oder Streuung in der Ebene P~ wird kompensiert, wenn die Filterfunktion die Gleichung (5) fUr alle in Betracht zu ziehenden Wellenlängen erfüllt. Die Teilung der Vielzahl von Bildern in der Ebene P, in der Ebene P₃ ist proportional zur Wellenlänge. Die Filterung jeder abgebeugten Ordnung ohne Beeinträchtigung der nebenliegenden Ordnungen, d.h. ohne wesentliche Uberdeckung, verleiht der Gitterperiode und dem Wellenlängenbereich eine (zeitliche) Abhängigkeit, falls die Gleichung (5) erfüllt werden soll.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrungsform wird durch die Filterfunktion nur ein Bild bzw. eine Abbildung 0-ter Ordnung verändert. Das Gitter 36 soll vorzugsweise fUr die kleinste Wellenlänge eine Trennung zwischen der 1-ten und 0-ten Ordnung bewirken. Die vorstehend erläuterte Bedingung wird in Ausdrucken der f-Zahl der ersten Abbildungsoptiken erfüllt, wenn die Gitterperiode < λ . · (f-Zahl) ist.

Für den eindimensionalen Fall nach Fig. 1 kann das Phasengitter die in Fig. 2 gezeigte Form haben ; zum Beispiel kann es ein Glas-Phasengitter mit einem 25 &gen Tastverhältnis und einer relativen Phasenverzögerung vonn sein. Die übertragung, d.h. die Transaission des Gitters ist in Fig. 3 gezeigt. Die komplexe Anp-

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""ir

litude ergibt sich zu

G (χ) = 2 [rect(4x)*comb(x)3 - 1. (8)

Wegen des Phasenveränderungswertes sind die realen und imaginären Teile dieser Funktion relativ unempfindlich auf Unterschiede der Wellenlänge. Die Transformation der Gleichung (8) fuhrt zu der Gleichung

G_p φ = £ sine (J₁A) · comb ty -(T(^);

diese Fouriertransformation ist in Fig. 4 dargestellt. Die Phase der Strahlen 0-ter Ordnung wird durch die Platte 38 in der Ebene P- υιηττ verschoben, so daß

= ι ^sinc V⁴⁾ *^comb

Die Transformation auf die Bildebene P, fuhrt zu der Gleichung

G¹ (x) = 2 rect (4x)*corab (x). P

Die Modulationsfunktion fUr die Bestrahlungsstärke ist M(x) = 4 rect (4x)*comb (x).

Die Funktion M(x) ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Linien eine Höhe 4 und die Grundlinie 0 sind. Das Ergebnis liefert eine Verstärkung der Beleuchtungsstärke von 4 gegenüber derjenigen, die mit einem binären Amplitudengitter erhalten werden kann·

FUr eine zweidimensional Ausfuhrungsform eignet sich das Gitter nach Fig. 6, obgleich auch andere Formen verwendet werden können· Die komplexe Amplitude in diesem Fall ist

G (x) s 2 [rect(2x)*corab(x)] (_rect(2y)*co«b(y)] - 1,

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Eine Transformation vorstehender Gleichung fuhrt zu der nachstehend angegebenen Gleichung

G (έ) = ^ sine (f/2)comb(r) · sinc(n/2)corab(n)- /(j)J (n).

In den zweidimensionalen Fall wird die Phase 0-ter Ordnung umgekehrt, wobei eine Phasenverzögerungsplatte verwendet wird, um folgende Gleichung zu erreichen:

G¹ (O = ~ sinc(y2)comb(0 · sine (n/2)comb(n).

Die Amplitudenverteilung in der Abbildungsebene P, ergibt sich dann zu

g¹ (x) = 2 Lrect(2x)*comb(x)j ·[rect(2y)»comb(y)).

Die Modulationsfunktion fUr die Bestrahlungsstärke erhält man dann zu M = 4 [rect(2x)*comb(x)] · Lrect(2y)*comb(y)3

Auch hier wird eine Verstärkung der Bestrahlungsstärke von 4 gegenüber einem Gegenstück mit binärer Amplitude erhalten.

In Fig. 7 ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt, in welcher die erhaltene räumliche Modulation von der Wellenlänge abhängig ist, so daß beispielsweise ein Farb-Multiplexbetrieb oder eine -Kodierung erreichbar ist. Die in Fig. 7 gezeigte Anordnung ist der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ähnlich, jedoch ist ein streuendes Element bzw. Dispersionselement wie beispielsweise ein gekerbtes Gitter 45 in dem Lichtweg angeordnet, beispielsweise zwischen der Linse 39 und der "bearbeiteten" Abbildungsebene P-. Die Tiefe der Kerben oder Rillen des Gitters 45 ist so gewählt, daß sie dem zu erwartenden Wellenlängenbereich entsprechen, so daß in der Ebene P. der gewünschte Grad der farbabhängigen Querver-

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Setzung erhalten wird. Bekanntlich streut oder spreizt das Gitter-45 die Farbkomponenten des auf es auffallenden Lichtes. Dieser Effekt in Verbindung mit der periodischen räumlichen Amplitudenmodulation der Anordnung gemäß vorstehender Beschreibung gestattet es, in wirksamer Weise den Farb-Multiplexbetrieb zu erhalten. Als Beispiel sind in Fig. 7 unterschiedliche Farbkomponenten eines Bildes durch X,, \. undX₃ dargestellt und sind um unterschiedliche Beträge gegeneinander versetzt, so daß die Vielzahl der sich ergebenden Abbildungen entsprechend derjenigen Position, an welcher sie auftreten, bezüglich der Farbe "kodiert" sind. Diese Methode eignet sich fUr verschiedene Anwendungszwecke, beispielsweise fUr eine hinsichtlich der Farbe kodierte Aufzeichnung auf einem monochromen Film oder zur Verwendung in einer Farbkamera mit einer Röhre. Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung kann ersichtlicherweise das Gitter 45 oder ein geeigneter Ersatz dafUr mit einem anderen optischen Element der Anordnung kombiniert werden. Beispielsweise kann dieses Gitter oder ein entsprechendes Element in der eine Phasenverzögerung hervorrufenden Platte 38 als integraler Bestandteil vorgesehen sein.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können auch abgebeugte Strahlen höherer Ordnung in einer oder zwei Dimensionen gesammelt werden, um das "bearbeitete" Bild zu erhalten; die in Fig. 1 gezeigte AusfUhrungsforra zeigt eine bevorzugte Anordnung, die lediglich das Prinzip der Erfindung verständlich machen soll. Anstelle der eine Ubertragunc ausfuhrenden optischen Systeme können bei der Erfindung auch reflektierende optische Systeme eingesetzt werden.

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Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei der Bilderfassung oder im Bild-Multiplexbetrieb mit relativ hoher Auflösung anwenden, wobei die Reihenanordnungen von Hikrolinsen verwendenden Beschränkungen entfallen. Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit photoempfindlichen Reihen bzw. Anordnungen verwenden, bei denen nur ein Bereich ihrer Fläche aktive Sensoren aufweist, wie dies bei verschiedenen Festkörperanordnungen der Fall ist, da die Abbildung im wesentlichen konzentriert auf photoempfindliche Flächen ohne Verlust des gesamten Lichtwertes konzentriert werden kann.

Die Erfindung schafft somit eine Anordnung und ein Verfahren zum Empfang optischer Strahlung bzw. Strahlenbündel, die eine Abbildung einer Szene liefern, sowie zur Erzeugung einer "aufbereiteten" Abbildung mit einer periodischen räumlichen Amplitudenmodulation, d.h. eines abgetasteten Bildes, welches im wesentlichen keinen Verlust der gesamten Beleuchtungsstärke erleidet. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Abbildungen der Szene mit mehreren Ordnungen vorgesehen, wobei wenigstens die Abbildungen einer Ordnung gegenüber Abbildungen einer anderen Ordnung phasenverschoben werden. Zur Erzeugung einer Phasenverschiebung hinsichtlich einer Abbildung der einen Ordnung ist eine Phasenverschiebungseinrichtung vorgesehen, so daß diese Abbildung praktisch in Phase mit den Abbildungen anderer Ordnungen liegt. Zum Sammeln der Abbildungen verschiedener Ordnungen und zur Lieferung der "aufbereiteten" Abbildung ist eine Fokusierungseinrichtung vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen An ordnung überdecken sich die Abbildungen mehrfacher Ordnungen

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praktisch nicht. Bei dieser Ausführungsform ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Abbildungen mehrerer Ordnungen vorgesehen, die ein Phasengitter und eine Linse neben dem Phasengitter aufweist. Außerdem weist die Phasenverschiebungseinrichtung eine eine Phasenverzögerung bewirkende Platte auf, die die Strahlen oder Abbildungen 0-ter Ordnung eine Phasenverschiebung verleiht.

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Verarbeitung eines abbildenden Strahlenbündel« und Erzeugung einer Abbildung,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (36) zur Erzeugung von Abbildungen mehrerer Ordnungen vorgesehen ist, daß wenigstens die Abbildungen einer Ordnung gegenüber den Abbildungen anderer Ordnungen phasenverschoben sind, daß zur Phasenverschiebung der Abbildung der einen Ordnung ein Phasenschieber (38) angeordnet ist und daß die Abbildung der einen Ordnung in Phase liegt mit den Abbildungen der anderen Ordnungen, daß eine Einrichtung (39) zum Sammeln der phasenverschobenen Abbildung und wenigstens eine Abbildung einer anderen Ordnung zur Erzeugung der Abbildung nach der

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ORIGINAL INSPECTED

Verarbeitung des abbildenden StrahlenbUndels vorgesehen ist, wobei die erzeugte Abbildung periodische, räumliche Amplitudenmodulationen aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungen verschiedener Ordnungen sich im wesentlichen nicht Überlappen.

.3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) zur Erzeugung von Abbildungen verschiedener Ordnung ein Phasengitter ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Phasengitter (36) eine Linse (35) zugeordnet ist.

5. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (38) eine eine Phasenverzögerung bewirkende Platte ist.

6. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (38) der Abbildung 0-ter Ordnung eine Phasenverschiebung verleiht·

7. Anordnung nach wenigstens einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter (36) ein Tastverhältnis von etwa 25 % aufweist.

8· Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (38) eine Pha-

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senverschiebung von etwa 90 Grad ausfuhrt.

9. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (37) vorgesehen ist, um Abbildungen vorbestimmter höherer Ordnungen auszublenden.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (37) Abbildungen mit einer höheren Ordnung als der 1-ten Ordnung ausblendet.

11. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeleinrichtung (39) eine FokussLerlinse ist.

12. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeleinrichtung die Abbildungen Bit derjenigen Ordnung, die phasenverschoben ist, und Abbildungen mit anderen Ordnungen sammelt.

13. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (45) zur Ausführung einer wellenlängenabhängigen räumlichen Versetzung des StrahlenbUndels vorgesehen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45) ein streuendes Element ist.

15. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Abbildungsebene

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(P₂) eine Linse (35) zum Empfang des abbildenden Strahlenbündel« und neben der Linse ein Phasengitter (36) vorgesehen sind, daß in Abstand zu der Linse (35) und dem Phasengitter (36) eine Phasenverzögerung splat te (38) angeordnet ist, so daß eine Vielzahl von Abbildungen verschiedener Ordnung, die sich nicht Überlappen und die die Abbildung einer Szene liefern, auf der die Phasenverzögerung bewirkenden Platte erzeugt werden und daß eine zweite Linse (39) neben der Platte (38) angeordnet ist, die das Gitter in einer weiteren Ebene (P.) abbildet und die aufbereitet· bzw. nach Verarbeitung gelieferte Abbildung erzeugt.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Platte (38) zur Phasenverzögerung eine Blende (37) vorgesehen ist, welche Abbildungen höherer Ordnung ausblendet.

17. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das streuende Element (45) zwischen der zweiten Linse (39) und der zweiten Ebene (P.) liegt.

18. Verfahren zur Verarbeitung eines abbildenden Strahlenbündele und zur Erzeugung einer Abbildung,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Abbildungen verschiedener Ordnung aus dem abbildenden Strahlenbündel erzeugt wird, daß wenigstens die Abbildungen einer Ordnung gegenüber den Abbildungen mit anderen Ordnungen phasenverschoben werden, daß der Abbildung mit wenigstens einer Ordnung eine Phasenverschiebung verliehen wird, so daß sie im wesentlichen phasengleich ist alt Abbildungen anderer Ordnungen, daß die Abbildungen gesäuselt werden und die Abbildung liefern, welch· periodische, räumliche Amplitudenmodulationen aufweist.

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19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abbildungen mit verschiedener Ordnung im wesentlichen nicht Überlappen.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung 0-ter Ordnung phasenverschoben wird,

21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung 90 Grad beträgt.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Abbildungen vorbestimmter höherer Ordnungen ausgeblendet werden.

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