DE3434388C2

DE3434388C2 -

Info

Publication number: DE3434388C2
Application number: DE3434388A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 8035 Stockdorf De Dietrich; Anton Dipl.-Phys. 8021 Taufkirchen De Harasim
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1987-06-19
Also published as: FR2570514B1; GB8522865D0; FR2570514A1; US4812019A; GB2164759B; DE3434388A1; GB2164759A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Anordnung mit licht elektrischem Empfangsteil gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Bei bestimmten Problemen der Bildverarbeitung, z. B. bei der Objekterken nung, ist es erforderlich, die erste Ableitung eines zweidimensionalen Bildes zu erzeugen. Dies entspricht einer Hochpaßfilterung der Ortsfre quenzen im Bild und führt zu einer Konturenanhebung.

Dazu ist ein digitales Verfahren bekannt, bei dem das Bild digitalisiert und in einem Rechner die erste Ableitung berechnet wird. Das ist ko sten- und zeitaufwendig und deshalb kaum für Echtzeit-Anwendung geeignet.

Ferner ist die Anwendung kohärent-optischer Bildverarbeitung bekannt. Dabei kann in Echtzeit eine Hochpaßfilterung mit Lichtgeschwindigkeit durchgeführt werden. Allerdings ist dieses Verfahren ebenfalls verhält nismäßig teuer und vom Platzbedarf her aufwendig, so daß es beispiels weise in kleineren Flugkörpern nicht einsetzbar ist.

Durch die DE-OS 28 26 195 ist eine elektrooptische Anordnung der ein gangs genannten Art bekanntgeworden, die als Flüssigkristall-Lichtfil ter eingesetzt wird und zur Erzielung einer guten räumlichen Auflösung auf einer ersten lichtempfindlichen Schicht ein Ladungsbild erzeugt, das in einer zweiten Schicht in ein den Potentialdifferenzen entsprechendes Transparenzbild umgewandelt wird. Ein Verfahren und Mittel zur Umwand lung der lokalen Potentialsdifferenzen in Transparenzunterschiede zur Er zeugung von lediglich Konturbildern sind weder offenbart noch nahegelegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, lediglich die Konturen eines Bildes darzustellen und als optoelektronisches Bauteil wie eine optische Komponente in optischen Systemen einge setzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch aufge zeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben und in der nach folgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläu tert und in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Anordnung eines erfindungsgemä ßen Konturenfilters in einem optischen System,

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Konturenfilters mit longitudinaler Elektrodenanordnung an einem eindimensionalen Beispiel,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweidimensionales Kon turenfilter,

Fig. 3a das Ersatzschaltbild für den Gegenstand von Fig. 4,

Fig. 3b eine Aufsicht auf die obere Substratplatte des Gegenstand von Fig. 4,

Fig. 3c eine Aufsicht auf die untere Substratplatte des Gegenstand von Fig. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines erfin dungsgemäßen Konturenfilters in einem optischen System. Es besteht aus einem Objektiv L ₁ mit der Brennweite f ₁ und einem Okular L ₂ mit der Brennweite f ₂. Bei diesem Fernrohr wird das erfindungsgemäße Konturenfil ter, nämlich das Konturenfilter K, in der Zwischenbild ebene eingesetzt. Das Bild, das bearbeitet werden soll, wird demnach auf die objektivseitige Oberfläche des Konturenfilters K abgebildet. Auf dessen zweiter Ober fläche, die dem Okular zugewandt ist, entsteht das ge filterte Bild. Durch Einfügen dieses Konturenfilters in der Zwischenbildebene sieht der Betrachter also nicht das gewohnte Bild, sondern direkt nur das Konturenbild.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anord nung gegenüber anderen Verfahren und Konturenfiltern besteht darin, daß diese Anordnung wie eine optische Komponente ggf. sogar in bereits vorhandene optische Systeme eingefügt und aus den Systemen auch wieder ein fach entfernt werden kann.

Das Konturenfilter K arbeitet nach dem in Fig. 2 ange gebenen Grundprinzip. Die Fläche des Konturenfilters mit ein- oder zweidimensionaler Struktur enthält ein mosaikförmiges Detektorarray D ₁ . . . D ₆, das in Wechselwirkung mit einem elektroopisch aktiven Mate rial steht. Die einzelnen Detektoren D ₁ . . . D ₆ haben einen Abstand d voneinander. Zwischen den Detek toren D ₁ . . . D ₆ ist das ganze Konturenfilter K op tisch transparent. Allen Detektoren D ₁ . . . D ₆ ist eine Elektrode E ₁ . . . E ₆ zugeordnet. Eine transpa rente gemeinsame Elektrode E _g ist mit allen Detekto ren D ₁ . . . D ₆ verbunden. Das Konturenfilter ist beidseitig auf Substratplatten S ₁ und S ₂ aufgebaut und im Regelfall mit Polarisationsfiltern P ₁ und P ₂ abgeschlossen.

Bei Lichteinfall entsteht bei allen Detektoren D ₁ . . . D ₆ eine Fotospannung zwischen der gemeinsamen Elek trode E _g und der jeweiligen Detektorelektrode E ₁ . . . E ₆. Die elektrooptisch aktive Schicht M und die Polarisationsfilter P ₁ bzw. P ₂ werden so gewählt, daß das Konturenfilter bei gleichmäßiger Beleuchtung in Durchsicht entweder vollständig transparent (Fall A) oder vollständig lichtundurchlässig (Fall B) ist.

Werden nun zwei benachbarte Detektoren D _i und D _i _{+ 1} des Konturenfilters mit unterschiedlicher Intensität beleuchtet, dann entsteht zwischen den Detektorelektro den E _i und E _i _{+ 1} dieser beiden Detektoren eine Po tentialdifferenz, welche die optischen Eigenschaften der elektrooptisch aktiven Schicht verändert, so daß das Konturenfilter an dieser Stelle im Fall A lichtun durchlässig bzw. im Fall B lichtdurchlässig wird. Bei Verwendung einer linearen elektrooptisch aktiven Schicht M ist dann die Änderung der Transmission pro portional zum Ortsgradienten der einfallenden Lichtin tensität.

Als elektrooptisch aktive Schicht M können bei diesem Konturenfilter K, z. B. Flüssigkristalle oder elektroop tisch aktive Keramiken verwendet werden.

Für die Detektoren sind z. B. Fotoleiter, bei denen der elektrische Widerstand von der Intensität des einfal lenden Lichtes abhängig ist oder Sperrschicht-Fotode tektoren (Fotoelemente) geeignet.

Letztere haben den Vorteil, daß die Spannung des Foto elementes über viele Dekaden proportional zum Logarith mus der einfallenden Lichtintensität ist, so daß bei diesem Konturenfilter die Modulation des elektroopti schen Materials über ebenso viele Dekaden unabhängig von der Intensität des einfallenden Lichtes und nur ab hängig vom örtlichen Intensitätsgradienten ist.

In Fig. 3 ist der typische Aufbau für ein zweidimensio nales Konturenfilter angegeben. Das Ersatzschaltbild zeigt Fig. 3a. Als Detektoren werden Photowiderstände R _i verwendet. Die Kondensatoren C _i werden gebildet durch das Dielektrikum der Isolierschicht I und die Elektroden E 2 und E 3. Durch die Wechselspannung U _BIAS an den Elektroden E 1 und E 2 werden die Kondensatoren C _i ebenfalls auf eine Wechselspannung aufgeladen, de ren Amplitude abhängig ist von der auf die Detektoren D _i bzw. R _i einfallenden Lichtintensität. Ist die Lichtintensität an allen Detektoren D _i gleich, dann tritt an allen Kondensatoren C _i die gleiche Wechsel spannung auf, so daß über der Flüssigkristall-Schicht M zwischen den Elektroden E 3 benachbarter Bildelemente keine Spannung auftritt. Ist die Lichtintensität an be nachbarten Detektoren D _i bzw. R _i verschieden, dann ist die Spannung an den zugehörigen Kondensatoren C _i ebenfalls verschieden, so daß auf die Flüssigkristall- Schicht M zwischen den Elektroden E 3 dieser Elemente eine Wechselspannung einwirkt, und damit der Flüssig kristall dort seine optischen Eigenschaften ändert. Durch geeignete Wahl des Flüssigkristalls und ggf. der Polarisatoren P ₁ und P ₂ vor und hinter dem Kontu renfilter kann erreicht werden, daß bei gleichmäßiger Beleuchtung des Konturenfilters dieses völlig lichtun durchlässig (Fall B) oder völlig transparent (Fall A) ist. Bei nicht gleichförmiger Beleuchtung des Konturen filters wird das Konturenfilter dann abhängig vom Be leuchtungsgradienten zunehmend transparent oder licht undurchlässig. Entsprechend wird das austretende Licht LO moduliert.

Die Schichtstruktur des Konturenfilters ist in Fig. 3 angegeben und die Anordnung der Detektoren auf dem obe ren und unteren Substrat in Fig. 3b und 3c. Die den Flüssigkristall bzw. die elektrooptisch aktive Schicht M im wesentlichen modulierende elektrische Feldstärke E tritt bei der Anordnung in Fig. 3 im Gegensatz zur transversalen Anordnung nach Fig. 2 longitudinal zum einfallenden Licht LI auf.

Ein zweites Beispiel für eine transversale Anordnung zeigt Fig. 4, wobei die Detektoren D _i aus lichtemp findlichen Widerständen bestehen. Zum Betrieb des Kon turenfilters ist eine Wechselspannung zwischen den Elektroden E 1 und E 2 erforderlich. Die Funktionsweise entspricht dem Schaltbild in Fig. 3a. Die Kapazitäten C _i werden durch das Dielektrikum der Isolierschicht I 1, die Elektrode E 3 und die Elektrode E 1 gebildet.

Claims

1. Elektrooptische Anordnung mit einem Lichtempfangsteil aus einer Vielzahl mosaikartig angeordneten lichtelektrischen Detektorelementen und mit einem elektrooptisch zu beeinflussenden Material, das zur Dar stellung eines Bildes in Wechselwirkung mit den Detektorelementen durch eine Wechselspannung anregbar ist, dadurch gekennzeich net, daß den im Strahlengang benachbarten lichtelektrischen Mosaik elementen in Form von Detektoren (D _i) jeweils versetzt angeordnete Elektroden (E ₁-E _n) zugeordnet sind, so daß bei Änderung der ein fallenden Lichtintensität in benachbarten Mosaikelementen zwischen be nachbarten Elektroden (E ₁-E _n) eine Spannungsdifferenz entsteht, die eine Änderung der Transparenz des elektrooptischen Elements bewirkt und so ein Konturenfilter (K) geschaffen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Konturenfilter (K) zwei Schichten enthält, wobei die erste Schicht aus nebeneinander mosaikartig angeordneten lichtempfindli chen Detektoren (D _i) und die zweite Schicht (M) aus einem von densel ben lokal, bezüglich der Transparenz, elektrooptisch beeinflußbaren Ma terial besteht.

3. Konturenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die erste, lichtempfindliche Schicht eine Fotoleiterschicht ist.

4. Konturenfilter nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste, lichtempfind liche Schicht eine Sperrschicht-Fotodetektor-Schicht ist.

5. Konturenfilter nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite, elektroop tisch aktive Schicht (M) aus elektrooptisch aktiver Ke ramik besteht.

6. Konturenfühler nach den Ansprüchen 3 und 4, da durch gekennzeichnet, daß die zweite, elektrooptisch aktive Schicht (M) eine Flüssigkri stall-Schicht ist.

7. Konturenfilter nach den Ansprüchen 2 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die licht empfindlichen Elemente auf transparenten Elektroden (E _g, E _i, E 1, E 2, E 3) zur Steuerung der elektroop tisch aktiven Schicht (M) angeordnet sind.

8. Konturenfilter nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Detektoren (D _i) mit einer gemeinsamen Elektrode (E _g) und je einer speziellen Elektrode (E _i) verbun den sind und daß die zwischen den speziellen Elektroden (E _i, E _i _{+ 1}) auftretende Potentialdifferenz zur Be einflussung der elektrooptischen aktiven Schicht (M) dient.

9. Konturenfilter nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Detektoren (D _i) Photowiderstände sind und von den Elektroden (E 1, E 2) mit als Dieelektrikum dienenden Isolierschichten Kondensatoren (C _i) gebildet werden, deren Ladungszustand bei angelegter Wechselspannung (U _BIAS) vom Widerstand der Detektoren (D _i) abhän gig ist und die zwischen zwei auf die elektrooptisch aktive Schicht (M) einwirkenden Elektroden (E 3) anlie gende Spannung beeinflußt (Fig. 3).