DE3616400A1

DE3616400A1 - Opto-elektronischer bildumsetzer

Info

Publication number: DE3616400A1
Application number: DE19863616400
Authority: DE
Inventors: Erich 8045 Ismaning Jung; Nikolaus 8044 Unterschleißheim Stein
Original assignee: Steinheil Lear Siegler AG
Current assignee: Steinheil Lear Siegler AG
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1986-11-27

Description

Opto-elektronischer Bildumsetzer
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen opto-elektronischen Bildumsetzer durch Abbildung eines Bildes auf einer ebenen Strahlungsdetektoreinrichtung zur Umsetzung des optischen Bildes in elektrische Bildsignale.
Es sind Strahlungsdetektoreinrichtungen bekannt, die eine Anordnung einer Vielzahl von Detektoren aufweisen, welche eine ebene aktive Fläche bilden, auf der ein Bild optisch abgebildet wird, das daraufhin von den einzelnen Detektoren punktweise in einzelne elektrische Signale umgewandelt wird, die zusammengenommen die gesamte Bildinformation elektrisch wiedergeben.
Die Detektoren lassen sich in Reihen und/oder Spalten anordnen, um Strahlungsdetektor-Baueinheiten zu ergeben, die jeweils eine ebene aktive Fläche besitzen.
Bekannte Detektoren umfassen derzeit maximal etwa 300 Reihen mit jeweils etwa 500 Detektoren in einer Reihe.
Die aktive Fläche einer solchen derzeit größtmöglichen Detektoranordnung vermag wegen ihrer begrenzten Größe nur ein entsprechend relativ kleines Bild mit hoher Auflösung oder ein größeres Bild mit geringer Auflösung elektrisch umzusetzen bzw. umzuwandeln. Es besteht jedoch das Interesse an der elektrischen Umsetzung von relativ großen Bildern mit hoher Auflösung.
Es wäre naheliegend, mehrere gleichartige Detektoranordnungen in einer Ebene schachbrettartig aneinanderzusetzen, um eine beliebig große aktive Fläche zur elektrischen Umsetzung eines entsprechend großen Bildes zu erhalten.
Nachteiliy wäre jedoch dabei, daß die aneinanderstoßenden Randbereiche der einzelnen Detektoranordnungen inaktiv sind, so daß die auf diese Randbereiche projizierten Bildanteile verlorengingen. Hierbei kann es sich durchaus um wesentliche Bildbestandteile handeln, die vor allem dann unverzichtbar sein können, wenn sie mittlere Bildteile betreffen.
Detektorbaueinheiten, die keine inaktiven Randbereiche besitzen, sind bisher nicht bekannt geworden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen opto-elektronischen Bildumsetzer der eingangs genannten Art anzugeben, der mit einfachen optischen Mitteln in der Lage ist, auch ein größeres Bild vollständig umzusetzen, ohne daß dabei wesentliche Bildbestandteile verlorengehen bzw. nicht umgesetzt werden.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nachstehenden Beschreibung.
Die Erfindung bietet besondere Vorteile zum Umsetzen von größeren Bildern besonders auch im Ultrarotbereich.
Prinzipielle Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung mehr im einzelnen beschrieben. Hierin zeigt: Fig. 1 die Anordnung von mehreren bekannten Strahlungsdetektorbaueinheiten in einer Ebene; Fig. 2 eine Strahlteileranordnung in der Seitenansicht zur erfindungsgemäßen Bildaufteilung; Fig. 3 eine optische Pyramide in der Draufsicht zur erfindungsgemäßen Bildaufteilung; Fig. 4 ein optisches Prisma in der Draufsicht zur erfindungsgemäßen Bildaufteilung; Fig. 5 eine optische Pyramide in der Draufsicht zur erfindungsgemäßen Bildaufteilung mit einer zentralen schachtförmigen Ausnehmung; Fig. 6 ein optisches Prisma in der Draufsicht zur Erfindungsgemäßen Bildaufteilung mit einer zentralen Ausnehmung; Fig. 7 eine Seitenansicht des Prismas nach Fig. 6, und Fig. 8 eine optische Pyramide in der Draufsicht entsprechend Fig. 3 mit einem exzentrisch liegenden Bildmittelpunkt.
Fig. 1 zeigt eine Strahlungsdetektoreinrichtung 1 in der Draufsicht, die aus vier gleich ausgebildeten, an sich bekannten Strahlungsdetektoranordnungen 2 bis 5 in einer Ebene zusammengesetzt ist, die jeweils eine Baueinheit bilden, wobei jede Baueinheit in Reihen und/oder Spalten angeordnete Detektoren besitzt, die hier nicht dargestellt sind und die bekanntlich eine ebene aktive Fläche 2a, 3a, 4a bzw. 5a bilden. Die Randbereiche 2b, 3b, 4b und 5b außerhalb einer aktiven Fläche sind inaktiv. Das heißt, Bildanteile, die auf solche Randbereiche fallen, werden durch die Detektoren nicht umgesetzt.
Werden, wie im Beispielsfalle, vier Strahlungsdetektor-Baueinheiten zu einer vergrößerten Detektorfläche zusammengefaßt, so sind nicht nur äußere, die gesamte Fläche umgebende Randbereiche, sondern auch Bereiche im Zentrum der Fläche inaktiv. Es ist somit klar, daß eine aus mehreren herkömmlichen Strahlungsdetektor-Baueinheiten 2, 3, 4 und 5 zusammengesetzte Einrichtung zur Umsetzung von größeren Bildern in elektrische Signale unbefriedigend ist, da gerade besonders wichtige zentrale Bild anteile nicht umgesetzt werden. Für weitgehend genaue Bildumsetzer ist daher eine derartige Strahlungsdetektoreinrichtung entsprechend Fig. 1 wenig befriedigend.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß verwendbaren Strahlteiler aus drei halbdurchlässigen optischen Teilern 6 bis 8, die in der optischen Achse hintereinander angeordnet sind und mit einer senkrechten Ebene durch die optische Achse jeweils einen Winkel von 450 bilden.
Den drei Teilern 6, 7 und 8 sind vier Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9 bis 12 zugeordnet, von denen die Baueinheiten 9, 10 und 11 parallel und die Baueinheit 12 rechtwinklig zur optischen Achse angeordnet sind. Seitlich neben den Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9 bis 11 und unter der Baueinheit 12 ist jeweils in der Draufsicht das ausgeblendete Bildfeld Fl, F2, F3 und F4 gestrichelt und das abgebildete Teilbild Al, A2, A3 und A4 des gesamten Bildes A schematisch dargestellt.
Da die Spiegel 6 bis 8 jeweils mit der senkrechten Ebene durch die optische Achse einen Winkel von 450 bilden, ist klar, daß die S;rahlungsdetektor-Baueinheiten 9 bis 12 parallel bzw. senkrecht zur optischen Achse angeordnet werden können, was konstruktiv besonders vorteilhaft sein kann. Es ist weiterhin klar, daß die Spiegel auch andere Winkel zur optischen Achse einnehmen können und daß demgemäß auch die Strahlungsdetektor-Baueinheiten andere Winkellagen zur optischen Achse aufweisen müssen, was keiner näheren Erläuterung bedarf.
Nachteilig bei der erfindungsgemäßen Bildaufteilung nach Fig. 2 ist jedoch, daß mit der Anzahl der Strahlteiler erhebliche Lichtverluste in Kauf genommen werden müssen, was aber in gewissen Fällen noch zulässig sein kann. In Fällen, in denen ein solcher Energieverlust nicht mehr vertretbar ist, stehen weitere erfindungsgemäße Bild au fteiler zur Verfügung, wie sie in den nachstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
Fig. 3 zeigt in der Draufsicht eine gleichseitige Pyramide 13 mit vier verspiegelten dreieckigen Pyramidenflächen 14, 15, 16 und 17. Jede verspiegelte Pyramidenfläche bildet ein rechtwinkliges Dreieck, die untereinander gleich ausgebildet sind. Wird auf dem Zentrum der Pyramide das Bild über eine nicht dargestellte Linse entsprechend Fig. 1 abgebildet, dann werden über die Pyramidenflächen 14, 15, 16 und 17 vier Teilbilder auf die Strahlungsdetektor-Bau einheiten 3, 10, 11 und 12 aufgeteilt, die zusammengesetzt das vollständige Bild ergeben.
Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Bildaufteilung mit einem dachförmigen Prisma 21 in der Draufsicht, das zwei Prismenflächen 22, 23 aufweist, die im Beispielsfalle mit der Prismenbasisfläche (in der Zeichnungsebene) einen Winkel von 450 aufweisen, so daß die den Prismenflächen gegenüberliegenden Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9 und 10 prallel zur optischen Achse angeordnet sein können, die auf der Basisfläche des Prismas senkrecht steht. Im Beispiels falle erfolgt eine Bildaufteilung nur in zwei Teilbildern, so daß auch nur zwei Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9 und 10 vorhanden sind.
Die erfindungsgemäßen Bildaufteilungen nach Fig. 3 und 4 können in einzelnen Fällen den Nachteil aufweisen, daß der Bildmittelpunkt bzw. der Bildfleck im Zentrum des Bildes praktisch nicht auf den Strahlungsdetektor-Baueinheiten abgebildet wird, wenn die optische Achse mit der Pyramiden- oder Prismenachse zusammenfällt, weil die Pyramidenspitze bzw. die Dachkante des Prismas praktisch keine Spiegelfläche aufweist, die den Strahlungsdetektor Baueinheiten eindeutig zugeordnet ist.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, weist die Pyramide 13' nach Fig. 5 eine schachtartige zentrale Ausnehmung 26 auf, auf dessen Boden (wider Zeichnungsebene) senkrecht zur optischen Achse eine erste Strahlungsdetektor-Baueinheit 9' angeordnet ist. Weitere Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9, 10, 11 und 12 sind, wie bisher, parallel zur optischen Achse entsprechend Fig. 3 gegenüber den verspiegelten Pyramidenflächen angeordnet, die hier allerdings im Gegensatz zu Fig. 3 trapezförmig ausgebildet sind. Auf diese Weise wird das Zentrum des Bildes ohne jede Spiegelung unmittelbar auf der Strahlungsdetektor-Baueinheit 9' abgebildet, und nur die restlichen Bildteile werden über die trapezförmigen Pyramidenflächen auf die Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9, 10, 11 und 12 projiziert.
Fig. 6 zeigt schließlich in der Draufsicht ein Prisma 21' entsprechend Fig. 4, das aber in Längsrichtung eine zentrale Ausnehmung 33 aufweist, damit der zentrale Bildteil, wie in Fig. 5, nicht verlorengeht. Hierzu ist auf dem Boden der Ausnehmung wiederum eine Strahlungsdetektor-Baueinheit 9' angeordnet. Die restlichen Bildteile werden über die verspiegelten Prismenflächen auf die Strahlungsdetektor-Baueinheiten 9 und 10 projiziert, die, wie in Fig. 4,parallel zur optischen Achse angeordnet sind.
Fig. 7 zeigt eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Bildaufteilung nach Fig. 6. Hierdurch wird deutlich, daß die Ausnehmung 33 das Prisma vollständig durchdringen kann, so daß zwei gesonderte, im Querschnitt dreieckige Prismenabschnitte 37 und 38 entstehen, die parallel zueinander ausgerichtet einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen. Die erfindungsgemäße Ausbildung nach Fig. 7 kann konstruktiv besonders vorteilhaft sein.
Fig. 8 zeigt noch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Pyramiden-Bildaufteilung entsprechend Fig. 3. In Fig. 8 fällt jedoch die optische Achse nicht mit der Pyramidenachse zusammen, so daß der Mittelpunkt P des auf der Pyramide abgebildeten Bildes gegenüber der Pyramidenachse durch die Pyramidenspitze S exzentrisch liegt. Das hat den Vorteil, daß wichtige Bildinformationen vom Bildzentrum nicht verlorengehen. Daß dafür Bildinformationen abseits des Bildzentrums verlorengehen, kann in vielen Fällen in Kauf genommen werden.
Für die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 3 bis 8 ist wesentlich, daß die erfindungsgemäßen Bildaufteilvorrichtungen vorteilhafterweise dicht oberhalb der Brennebene der Linse angeordnet sind, die das Bild auf den Bild aufteilvorrichtungen abbildet.
Es kann gegebenenfalls von Vorteil sein, zwischen der Bildaufteilvorrichtung und den aktiven Flächen der Strahlungsdetektor-Baueinheiten jeweils ein optisches System, z.B.
zur Fokussierung oder Größenveränderung der Teilbilder und/oder Strahlenumlenkung vorzusehen.
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Claims

Ansprüche 1. Opto-elektronischer Bildumsetzer durch Abbildung eines Bildes auf einer ebenen Strahlungsdetektoreinrichtung zur Umsetzung des optischen Bildes in elektrische Bildsignale, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbildung eines größeren Bildes (A) die Strahlungsdetektoreinrichtung aus mehreren,jeweils eine Baueinheit aufweisenden Detektoranordnungen (9,10,11,12) besteht, deren ebenen aktiven Flächen (2a,3a,4a,5a) von einer Vielzahl von dicht aneinandergeordneten Detektoren gebildet sind, und daß eine optische Bildaufteilvorrichtung vorhanden ist zur Aufteilung des Bildes in eine der Anzahl der aktiven Flächen entsprechende Anzahl von Teilbildern (Al,A2,A3,A4) und zur Abbildung jeweils eines Teilbildes auf einer zugeordneten aktiven Fläche, wobei die in vorbestimmter Weise aneinandergesetzten Teilbilder im wesentlichen das vollständige Bild und die entsprechend einander zugeordneten aktiven Flächen das in elektrische Signale vollständig umgesetzte Bild ergeben.
2. Bildumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung mehrere Strahlungsteiler (6,7,8) umfaßt.
3. Bildumsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei n aktiven Flächen (9,10,11,12) n-l Strahlungsteiler (6,7,8) vorhanden sind.
4. Bildumsetzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsteiler (6,7,8) in der optischen Achse hintereinander angeordnet sind und daß die aktiven Flächen parallel zur optischen Achse angeordnet sind.
5. Bildumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung wenigstens eine optische Pyramide (13) mit verspiegelten Pyramidenflächen (14, 15,16,17) umfaßt, wobei die Pyramidenachse parallel zur optischen Achse liegt oder mit ihr zusammenfällt.
6. Bildumsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramide (13) vier rechtwinklige Dreiecke aufweist, die als verspiegelte Flächen einen Winkel von 200 bis 450 mit der Pyramidenbasis bilden.
7. Bildumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung wenigstens ein Prisma (21) mit verspiegelten Dachflächen (22,23) umfaßt, wobei die Prismenachse parallel zur optischen Achse liegt.
8. Bildumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verspiegelten Prismenflächen (22,23) mit der Prismenbasis einen Winkel von 200 bis 450 bilden.
9. Bildumsetzer nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildmittelpunkt exzentrisch zur Pyramiden- bzw. Prismenachse gelegt ist.
10. Bildumsetzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Pyramide (13') eine zentrale Ausnehmung (26) aufweist, auf deren Boden sich eine der aktiven Flächen (9') befindet.
11. Bildumsetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schachtartige Ausnehmung (26) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
12. Bildumsetzer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (21') eine zentrale, parallel zur Prismenlängsachse verlaufende Ausnehmung (33) aufweist, auf dessen Boden sich eine der aktiven Flächen befindet.
13. Bildumsetzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (33) das Prisma (21') in zwei gleichartige Teilprismen (37,38) unterteilt, die mit Abstand spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.
14. Bildumsetzer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Bildaufteilvorrichtung (13,13',21,21') nahe vor der Brennebene der Linsenanordnung zur Abbildung des Bildes (A) auf der optischen Bildaufteilvorrichtung angeordnet ist.
15. Bildumsetzer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang zwischen der optischen Bildaufteilvorrichtung und den aktiven Flächen der Strahlungsdetektor-Baueinheiten jeweils ein optisches System eingeschaltet ist.