DE2944284A1

DE2944284A1 - Bildverstaerker

Info

Publication number: DE2944284A1
Application number: DE19792944284
Authority: DE
Inventors: Walter P Siegmund
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1980-05-14
Also published as: GB2034513A; NL7906803A; FR2440612B3; JPS5564354A; FR2440612A1; CA1128107A; GB2034513B; HK18385A

Description

PATENTANWALT-DR. H E R V. A N N O . · H . IM I i I · C- I P t. O M PIiYSIKfR D - 8 O O O MÜNCHEN 19 - FLUGGENSTRASfE 17 T K I K F O N : C B 9 / 1 7 7 O i 1

30.10.1979 D/B Λ 12Ö1-D

Anmelder:

American Optical Corporation

Southbridge, Massachusetts / USA

Bildverstärker

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PATENTANWALT-DR. HERi/ A ^ w O H O I C H L · L: I P L O M P H Y S I K E R

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30.10.1979 D/B Λ 1281-D

Anmelder:

American Optical Corporation
Southbridge, Massachusetts / USA

Bildverstärker

Die Erfindung betrifft einen Bildverstärker gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Sie befaßt
sich insbesondere mit Faseroptik-Bildverstärkern und Maßnahmen zur Schaffung eines Bildverstärkersystems für vollständige bzw. gesättigte Farben.

Bildverstärker, die einen hohen Verstärkungsgrad aufweisen, wurden für tine Verwendung als Nachtsichtgeräte und für entsprechende Anwendungsbereiche, bei denen ein niedriges Beleuchtungsniveau herrscht, entv/ickelt. Sie liefern jedoch lediglich monochromatische Bilder z.B. in grün-schwarz wie man sie von einem P 2O Phosphor enthält.

Das in den US Patenten 3 141 105, 3 321 658 und

3 436 142 beschriebene System ist ein Beispiel hier-

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für. Bei photographischen Suchersystemen, Aufklärungs- bzw. Überwachungsvorrichtungen, medizinischen Instrumenten und anderen Geräten, bei denen eine Farbaussage wesentlich ist, kamen die Vorteile einer Bildverstärkung bisher nicht zum Tr£;gen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bildverstärker zu schaffen, an dessen Ausgang ein vollständiges bzw. gesättigtes Farbbild entsteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Mit der Erfindung wird ein Bildverstärker geschaffen, der-ein zusammengesetztes mehrfarbiges bzw. fungesättigtes Bildausgangssignal mit hoher Auflösung liefert, wobei in der monochromatischen Komponente des Bildes wegen der elementaren Fasern in den Vielfaser-Komponenten eine noch höhere Auflösung bezüglich des Bilddetails besteht. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beschrieben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Mit der Erfindung gelingt es, über eine Faseroptik Farbfilteranordnung vollständige bzw. gesättigte Farbbilder (full colour images) zu erzeugen. Die Farbfilteranordnung zerlegt dabei "v/eißes" Licht am Eingang des Bildverstärkers in drei Priniärfarb-Komponenten. Ein ähnliches Farbfilter an: Ausgang des Bildverstärkers bewirkt die Wiedergabe in vollständigen bzw. gesättigten Farben. Die Eingangs- und Ausgangsfilter haben zur Erzielung einer minimalen Verzeichnung geometrisch identische Muster. Anstelle eines Ausgangsfilters kann im Inneren des Bildverstärkers ein Vielfarben-Phosphor verwendet werden.

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Das Farbfilter wird aus nebeneinander angeordneten farbigen bzw. in den Primärfarben gefärbten Fasern gebildet, welche z.B. durch eine Ausbildung als Vielfachfaser in eine Vielzahl von kleineren Elementarfasern unterteilt ist, so daß eine erhöhte Auflösung des Bilddetails innerhalb jedes Farbbereiches erzielt wird.

Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Bildverstärkers.

Fig. 2 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine Vorderansicht von einem Bündel farbiger als Lichtfilter wirkender Vielfaser-Komponenten, dessen Konfiguration für die Herstellung der in dem Bildverstärker von Fig. 1 benutzten Farbfilterplatten nützlich ist.

Fig. 3 zeigt eine teilgebrochene Aufsicht auf eine Farbfilterplatte, welche durch Ineinanderschachteln von Bündeln der farbigen Vielfaser-Komponenten di_r in Fig. 2 beschriebenen Art gebildet ist.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes AusführungsbeispLei eines Bildverstärkers im Querschnitt. 30

FLg. 5 zeigt ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Bildverstärkers im Querschnitt.

Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Fibroskop-Systems, bei dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Bildver-

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Stärkung des Ausgangsbildes und farbigen Wiedergabe desselben verwendet ist.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Bildverstärker 10 dargestellt. Der Bildverstärker 10 entspricht einer Bauart, bei der eine Einstellung auf den Nahbereich vorgenommen wird. Er enthält ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten Stirnplatten, eine Bildaufnahme-Stirnplatte 12 und eine Bild&bgabt;-Stirnplatte 14, die innerhalb einer Umhüllung 10 angebracht sind, welche einen evakuierten Bereich 18 festlegen, in dem eine Bildenergieumwandlung von Licht- zu Elektronenenergie und umgekehrt zu einem verstärkten Licht stattfindet, wobei das letztere schließlich zur Anzeige gelangt. Die Stirnfläche 20 der Bildaufnahme-Etirnplatte 12 ist mit einer Photokathode 22 versehen, die Stirnfläche 24 der Bildabgabe-Stirnplatte 14 mit einem licht-emittierenden Phosphor bzw. einen Leuchtmassenüberzug 26. Eine elektrische Hochspannung ist quer zu dem evakuierten Bereich 18 mittels einer Gleichstromquelle 28 angelegt.

Die bisher beschriebene Konstruktion eines Bildverstärkers 10 mit Stirnplatten 12 und 14, von denen jede aus einer großen Vielzahl verschmolzener optischer Fasern 12a und 14a besteht, ist bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Hezüg-]ich näherer Details derartiger bildverstärker \.ird auf die US Patente 3 141 10b, 3 321 658 und 3 436 142 verwiesen.

Um den Bildverstärker 10 so umzugestalten, daß auf ihn aufgebrachte farbige Bilder von dem Bildverstärker in verstärkten Darstellungen und in vollen bzw. gesättigten

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Farben wiedergegeben werden können, sind zusätzliche Faseroptik-Stirnplatten 30 und 32 vorgesehen, die vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise,innerhalb der Umhüllung 16 angeordnet sind.

Die Stirnplatten 30 und 32 sind mit identischen geometrischen Mustern versehen und sorgfältig in identischer Weise längs der Achse 34 des Bildverstärkers 10 angeordnet. Sie sind jeweils aus einer großen Anzahl von eng aneinander angepaßten und vorzugsweise miteinander verschmolzenen, verkitteten oder auf eine andere Weise miteinander verbundenen Vielfaser-Komponenten 36 gebildet, wie dies aus den Fig. 1/ 2 und 3 hervorgeht. Jede der Vielfaser-Komponente 36 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen eng nebeneinander angebrachten lichtleitenden Fasern 38. Man erkennt dies im einzelnen aus Fig. 2. Die Vielfaser-Komponenten 3C sind vorzugsweise in Bündeln von je dreien angeordnet, wie dies durch die T-förraige Dreieck-Anordnung von Fig. 2 gezeigt ist.

In jedem der dreieckfcrmigen Bündel aus Vielfaserkomponenten 3G ist eine der Vielfaser-Komponenten 36 aus farbigen bzw. gefärbten Fasern 38 gebildet, welche wesentlich nur eine der drei Priii'ärfarben, beispielsweise blau, grün (oder gelb) und rot hindurchlassen. Die zweite der Vielfaser-Komponenten 36 besteht aus Fasern 38, welche /esentlich eine andere Primärfarbe hindurchlassen, während die dritte der Vielfaser-Koir.pcnenten in dem Bündel £O ausgebildet ist, da£ sie lediglich die verbliebende eier drei Prim.^;;rfarben hindurchliißt. Die Buchstaben R, G und L·, weicht die Farben rot, grün und blau andeuten wellen,

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zeigen auf, daß eine farbige Vielfaser-Komponenten-Anordnung entsteht, wenn ein Zusammenbau zu einer Stirnplatte entsprechend der Darstellung von Fig. 2 erfolgt. Hierdurch entsteht eine Integration, die sich für die Herstellung einer Farbmischung -* d. h. eine Reproduktion vollständiger bzw. gesättigter Farbbilder in der erfindungsgemäßen Weise eignet.

Die Fasern 38 können aus roten, grünen (oder gelben) und blauen Gläsern oder Kunststoff-Materialien gebildet sein und zu den Vielfaser-Komponenten 36 durch bekannte Techniken verbunden sein. Die US Patente 2 992 516, 3 188 188, 3 119 678 und 3 837 824 erläutern beispielsweise die Herstellung von Glas-Vielfaser-Komponenten. Da die farbigen Vielfaser-Komponenten 36 zwecks optimaler Leistung in exakter geometrischer 1:1 Übereinstimmung an den Eingangsenden und Ausgangsenden des Bildverstärkers 10 £ingeordnet sein müssen, wird eine relativ große Dimension für die Vielfaser-Komponenten von beispielsweise 25 - 150 pm bevorzugt. Der Durchmesser der Elementarfasern 38, welche innerhalb jedes Farbpunktes, d.h. jeder Vielfaserkomponente 36 monochromatische Bilder mit hoher Auflösung erzeugen, werden jedoch vorzugsweise in einem Bereich von 5-10 fim gehalten.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung eines auf den Nahbereich eingestellten Bildverstärker, beispielsweise des Bildverstärkers 10, kann dieser vakuumdichte Stirnplatten 12 und 14 enthalten, die aus 5-10 >iiu klaren Glasfasern bestehen, die übliche Photokathode oder einen Photorezeptor (z.B. aus Cadmium-Sulfid, üus Cadmium-Selenid oder Selen) einen elektroiumineszenten Überzug 26 (z.B. aus "Weißlicht" Phosphor oder

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/to Zink-Sulfid, das mit Kupfer oder Mangan aktiviert ist) und Eingangs- und Ausgangsplatten 30 und 3 2 der oben beschriebenen Ausbildung.

Fig. 6 zeigt die Verwendung des Bildverstärkers 10 als Farbbild-Anzeigegerät bei einer Anordnung, in der beispielsweise ein Bild eines Objekts 40 auf ein Ende 42 eines Faserbündels 44, d.h. eines Fibroskopes, abgebildet und an das Austrittsende 46 des Faserbündels 44 übertragen wird, wobei das Bild mittels einer Linse 48 auf die Bild-Aufnahme-Stirnfläche 30 des Bildverstärkers 10 gelangt, um durch diesen verstärkt zu werden, so daß an der Lichtabgabe-Stirnfläche 32 des Bildverstärkers eine Wiedergabe des Objekts in vollständigen bzw. gesättigten Farben entsteht.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit, für welche sich die Bildverstärker der vorliegenden Erfindung eignen, besteht in Verbindung mit einem Spielreflexsucher von Kameras für Einzelaufnahmen und von Kinckameras. Auf diesem Wege wird eine binokulare Betrachtung des Sucherbildes möglich, ohne daß die herkömmlichen Einschränkungen bezüglich der Lage von Kopf und Auge bestehen. Darüber hinaus erhält man auf diesem Wege ein helles Bild, auch dann, wenn das Aufnahmeobjektiv stark abgeblendet ist oder wenn bei geringen Lichtniveaus Aufnahmen getätigt v/erden sollen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß kein Licht durch das Spiegelreflex-Suchersystem zurückgestreut wird, was in unerwünschter Weise zu einer Schleierbildung auf dem Film führt.

Andere Anwendungsmöglichkeittjn beinhalten Uberwachungs- und Aufklärungssysteme für niedrige Lichtniveaus, bei denen bislange monochromatische Bildverstärker verwendet wurden, beispielsweise auf dem militärischen

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Κΰ ΛΑ Sektor, bei der Polizei, der Marine, dem Grenzschutz usw. Bei der Anwendung der Erfindung entstehen nur ein minimaler zusätzlicher Platzbedarf und zusätzliche Kosten gegenüber den bei derartigen Anwendungsgebieten verwendeten Anordnungen.

Eine Abwandlung der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Hier wird eine Mehrfachkomponenten-(Drei-Farben)-Phosphor bzw. Leuchtmassenschicht 50 anstelle des Überzuges 26 von Fig. 1 verwendet. Durch diese Maßnahme kann die ausgangsseitige Vielfarben-Stirnplatte 32 der Anordnung von Fig. 1 weggelassen werden. Alle anderen Teile des in Fig. 4 dargestellten Bildverstärkers 10a entsprechen wesentlich den Teilen des Bildverstärkers 10 von Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Es ist notwendig, daß die geometrische Musterung der Vielfarben Phosphorschicht 50 mit der geometrischen Struktur der eingangsseitigen Stirnplatte 30 abgestimmt ist, und zwar ähnlich wie die vorstehend erörterte Zuordnung in der Geometrie der Stirnplatte 32 mit derjenigen der Stirnplatte 33. Diesbezüglich kann die eingangsseitige Stirnplatte 5 30 verwendet werden, um die ihr innewohnende Geometrie durch Kopiereinrichtungen (z.B. photographische Verfahren) auf das Phosphor"Punkt" Muster zu übertragen, wobei Photoabdeck- bzw. Maskierungsverfahren für die Abscheidung des "Punkt" Musters verwendet werden. Unter der Bezeichnung "Punkt" w:rd eine Gestalt verstanden, welche der Querschnittsgestalt einer Vielfaser-Komponunte 36 der Fingangs-Stirnplatte 30 entspricht.

Bezüglich photograph!scher Photoniaskieruiujs- hz\i.

Photoabdeckverfahren zur Bildung verschiedener Struk-

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türen auf Phosphor bzw. Leuchtmasseüberzügen wird auf die US Patent 3 139 340, 3 255 003 und 3 360 verwiesen.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Bildverstärkers ist in Fig. 5 dargestellt. Dieser Bildverstärker 10b enthält als Zusatz eine Elektronenvervielfacher-Kanalplatte 52 zwischen der Photokathode 22 und dem Phosphor-Überzug 26. Diese Ausgestaltung läßt sich auch auf die in den Fig. 1 und 4 gezeigten Konstruktionen anwenden. Die Energiezuführung erfolgt durch die Anlegung einer Potentials V_ entsprechend der Darstellung von Fig. 5, wodurch der Verstärkungsgrad der am Ausgangsende 54 des Bildverstärkers 10b erzeugten Bilder erhöht wird.

Bezüglich Einzelheiten von Kanalplatten-Elektronenvervielfachern wird auf die US Patente 3 867 183 3 979 621, 3 979 637 und 4 031 423 verwiesen. 20

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 2 9 ^ ' - ^ ^

(1_V Bildverstärker mit im Abstand vonainandtr ausgerichteten Bildaufnähme- und Bildabgabt-Stirnplatten aus optischen Fasern, wobei jede der Stirnplatten gegenüberliegende Lichtaufnahme- und Lichtabgabe-Stirnflächen aufweist und die Lichtabgabe-Stirnflache der Bildaufnahme-Stirnplatte sowie die Lichtaufnahnie-Stirn fläche der Bildabgabe-Stirnplatte zueinander benachbart sind, mit einer Halterung für die Stirnplatten in der benachbarten Anordnung, welche den zwischen ihnen befindlichen Raum hermetisch abschließt, mit einen- Photorezeptor auf der Lichtabgabe-Stirnfläche der Bildaufnahme-Stirnplatte, mit einer elektrolumineszenten Einrichtung auf der Bildabgabe-Stirnplatte und mit Mitteln zur Anlegung eines elektrischen Potentials zwischen dem Photorezeptor und der elektrolurninenzentt,· Einrichtung gekennzeichnet durch ein Farbfilter (30) an der Lichtaufnahne-Stirnflache der ISildauf nahme-Stirnplatte (12), das eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Vielfaser-Koiüponenten (36) enthält, von denen jede eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, elementaren optischen Fasern (38) enthält, welche im wesentlichen eine selektive PurchKissigkei t für eine der drei Primärfarben (R,G,B) eines darauf gerichteten Farbbildes aufweisen, wobei die Vielfaser- Komponenten (36) des Farbfilters (3O) in aneinander angrenzenden Bündeln (Fig. 2) der drei Primärfarben (R,G,B) angeordnet sind, und durch an der Lichtabgabe-Stirnplatte (14) angeordnete Mittel (32;50) zur Rekonstruktion von Farbbündeln, welche denjenigen des Farbfilters entsprechen.
2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vielfaser-Komponenten (36) von einer allgemein quadratischen Querschnittsgestalt sind, und daß jedes der Bündel

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(Fig. 2) in T-förniiger Anordnung drei der Vielfaser-Koir.ponenten enthält, wobei jede derselben unterschiedlich farbige Elercentarfasern (38) aufv/eist.
3. Bildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Rekonstruktion der Farb-Dündel ein zweites Farbfilter (32) enthalten, d.is wesentlich identisch zu dem ersten Farbfilter (30) ausgebildet ist, wobei die Filter zwecks Koordinierung der Vielf aser-Geomt. tr ien exakt zueinander ausgerichtet sind.
4. Bildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die zur vollständigen Farbwiedergabe vorgesehenen Mittel zur Rekonstruktion der Farb-Bündel die elektroluniineszente Schicht (50) enthalten, die aus Vielfachkomponenten Phosphoren gebildet ist, wobei die Phosphore so ausgewählt und angeordnet sind, daß sie bei einer Aktivierung eine Lumineszenz erzeugen, v/elche hinsichtlich Farbe, geometrischer Lage, Gestalt und Größe derjenigen des Farbfilters (30) entspricht.
5. Bildverstärker nach einem der vorstehenden

5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielfaser-Koi.ponenten eine Querschnittsdimension aufweisen, die innerhalb eines Bereiches von etwa 25 - 1 50 y.uu liegt, und daß die Elenientarfasern derselben einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 um auf v/eisen.
6. Bildverstärker nach Anspruch 3 oder 5, d a durch gekennzeichnet, daß er eine Vielkanal-Elektronenvervielfacher-Platte (52) enthält, die zwischen dem Photorezeptor und der elektrolumineszenten Einrichtung angeordnet ist. (Fig. 5)

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