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Dokumentenidentifikation DE102006030273A1 03.01.2008
Titel Abbilden optischer Bilder auf einen Bildsensor mittels einer faseroptischen Platte bzw. eines Faserkeils
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE
Erfinder Kostka, Günther, Dr., 91056 Erlangen, DE;
Schmitt, Peter, Dr., 91058 Erlangen, DE;
Schmidt, Dieter, 90489 Nürnberg, DE;
Ernst, Jürgen, 91052 Erlangen, DE;
Jobst, Andreas, Dr., 90491 Nürnberg, DE
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 30.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006030273
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse G03B 3/04(2006.01)A, F, I, 20060630, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03B 17/46(2006.01)A, L, I, 20060630, B, H, DE   G03B 17/26(2006.01)A, L, I, 20060630, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Aufnahmevorrichtung umfasst einen optischen Eingang, eine faseroptischen Platte, die an dem optischen Eingang angeordnet ist, einen Bildsensor und eine Optik zum Abbilden eines reellen Bildes an einem optischen Ausgang der faseroptischen Platte auf den Bildsensor in einem vorbestimmten Maßstab.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abbilden optischer Bilder auf einen Bildsensor mittels einer faseroptischen Platte bzw. eines Faserkeils und insbesondere auf ein Umrüsten mechanischer Laufbildkameras auf elektronische Bilderfassung mittels einer faseroptischen Platte bzw. eines Faserkeils.

Laufbildkameras erzeugen von einem Objekt eine Sequenz von reellen Bildern in einer Bildebene. Ein reelles Bild wird mittels einer optischen Abbildung von dem Objekt erzeugt und kann, im Gegensatz zu einem virtuellen Bild, beispielsweise durch eine Belichtung eines herkömmlichen photographischen Films gespeichert bzw. mittels einer Mattscheibe (Streuscheibe) sichtbar gemacht werden. Dazu wird der herkömmliche photographische Film bzw. die Mattscheibe möglichst nahe an die Bildebene gebracht, so dass das reelle Bild eine möglichst hohe Schärfe aufweist. Abgesehen von diesen Möglichkeiten, kann ein reelles Bild auch durch einen Bildsensor, der in die Bildebene gebracht wird, digitalisiert und gespeichert werden.

Üblicherweise umfasst eine Laufbildkamera zwei mechanische Baugruppen: erstens das Kameragehäuse, in dem sich die gesamte Mechanik und die Optik befindet und zweitens die tauschbare Filmkassette, die den photographischen Film und eine einfache Mechanik für den Filmantrieb enthält.

In 8 ist eine herkömmliche Laufbildkamera 800 gezeigt. Die Laufbildkamera 800 weist ein Kameragehäuse 810, ein Objektiv 820 und eine Filmkassette 830 auf. Das Kameragehäuse 810 einer Laufbildkamera 800 beinhaltet alle wesentlichen mechanischen und optischen Funktionselemente. In der austauschbaren Filmkassette 830 ist ein photographischer Film zusammengerollt enthalten. Das abnehmbare Objektiv 820 erzeugt am Ort des Films ein reelles Bild. Das Objektiv 820 empfängt dazu die von einem Objekt ausgehenden Strahlen und bildet sie beispielsweise über ein Linsensystem auf ein reelles Bild in einer Bildebene 110 ab. In der herkömmlichen Laufbildkamera 800 wird dieses reelle Bild durch eine Belichtung des chemischen Filmmaterials gespeichert. Dazu wird das Filmmaterial über eine entsprechende mechanische Vorrichtung zur Bildebene 110 geführt und dort belichtet.

Für viele Anwendungen ist es im weiteren wünschenswert, wenn das Bild nicht nur auf einen herkömmlichen photographischen Film durch Belichtung abgespeichert wird, sondern wenn es mittels eines elektronischen Bildsensors auch elektronisch erfasst und gespeichert werden kann. Zu diesem Zweck soll eine elektronische Kassette dienen, die statt des Films einen Bildsensor und weitere elektronische Komponenten enthält. Die Kassette gleicht äußerlich einer normalen Filmkassette. Das Kameragehäuse 810 soll in keiner Weise verändert werden, so dass auch weiterhin herkömmliche Filmkassetten 830 mit photographischem Film, wie auch die elektronische Kassette alternativ genutzt werden können.

Ein Problem besteht darin, dass aufgrund des mechanischen Aufbaus der Laufbildkamera 800 die Platzierung eines elektronischen Bildsensors am Ort des ursprünglichen photographischen Films, also in der Bildebene, nicht möglich ist. Eine Veränderung des optischen Strahlengangs im Kameragehäuse zur Verlagerung des reellen Bildes in die elektronische Kassette hinein würde das Kameragehäuse 810 betreffen und ist wegen der gewollten alternativen Verwendung von herkömmlichen Filmkassetten ausgeschlossen.

Auch die Verwendung von speziellen Objektiven, die für diese Anwendung neu zu entwickeln wären, ist aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen nicht gewollt. Weiterhin weist der zur Verfügung stehende Bildsensor eine optisch aktive Fläche auf, deren Größe im allgemeinen nicht zur Größe des Filmfensters, also dem Negativformat auf dem photographischen Film passt. Somit muss das reelle Bild, bevor es durch den elektronischen Bildsensor erfasst werden kann entsprechend skaliert werden, d.h. es muss eine Größen- bzw. Maßstabsanpassung vorgenommen werden.

Eine naheliegende Lösung wäre eine Integration einer weiteren Optik (Relay-Optik) in der elektronischen Kassette, womit sich das reelle Bild von der Bildebene auf die Sensorfläche projizieren ließe. Nachteilig an dieser Option ist, dass aufgrund der begrenzten Breite der elektronischen Kassette nur ein begrenzter Durchmesser der Relay-Optik möglich wäre, was insbesondere bei großen Blendenöffnungen der eingesetzten Objektive zu einem Helligkeitsabfall in den Ecken des Bildes (Vignettierung) sowie ein allgemeiner Qualitätsverlust zu erwarten ist. Grundsätzlich ließe sich eine Relay-Optik in der Kassette nur für ein bestimmtes Objektiv optimieren, nicht aber für eine Vielzahl verschiedener.

Eine weitere, technisch naheliegende und mögliche Lösung bestünde in der Verwendung einer Mattscheibe am Ort des ursprünglichen Films und einer Relay-Optik, die das Bild von der Mattscheibe auf den Sensor projiziert. Durch die Mattscheibe wird der Strahlengang des Objektivs und der Relay-Optik zumindest teilweise voneinander entkoppelt. Diese Lösung weist jedoch zwei wesentliche Nachteile auf:

  • 1. die Granulation (Rauhigkeit) der Mattscheibe verschlechtert die Qualität des Bildes maßgeblich.
  • 2. eine denkbare elektronische/digitale Korrektur der Granulation scheitert an der Tatsache, dass die Entkopplung zwischen Objektiv und Relay-Optik nicht ideal ist. Somit hängt das vom Sensor erfasste Granulationsmuster der Mattscheibe vom Objektiv selbst und von dessen Einstellungen, z.B. Blende, Entfernung, Zoomfaktor ab. Eine individuelle Korrektur für alle möglichen Parameterkombinationen ist nicht praktikabel.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Aufnahmevorrichtung zu schaffen, die unter Verwendung zur Verfügung stehender Standardkomponenten und Erzielung ausreichender Bildqualität eine Integration in ein Filmkassettengehäuse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 11 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass von einem Bildpunkt ein reelles optisches Bild mit einer Bildgröße durch eine faseroptische Platte mit einem optischen Eingang und einem optischen Ausgang übertragen und anschließend die Bildgröße durch eine Optik (genauer einer Relay-Optik) auf eine Größe einer Sensorfläche eines elektronischen Bildsensors angepasst werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass von einem Bildpunkt ein reelles optisches Bild mit einer Bildgröße zu einem elektronischen Bildsensor mittels eines Faserkeils, der einen optischen Eingang und einen optischen Ausgang unterschiedlicher Querschnittsgröße aufweist, übertragen und entsprechend skaliert werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die faseroptische Platte zusammen mit der Relay-Optik und dem Bildsensor bzw. der Faserkeil zusammen mit dem Bildsensor in eine elektronische Kassette derart untergebracht, dass die elektronische Kassette eine herkömmliche Filmkassette 830 in einer Laufbildkamera 800 ersetzen kann. Die Position des optischen Eingangs der faseroptischen Platte bzw. des optischen Eingangs des Faserkeils stimmt dabei mit der Position des herkömmlichen photographischen Films einer herkömmlichen Filmkassette 830 möglichst überein, d.h. der optische Eingang befindet sich in der Bildebene der Laufbildkamera 800.

Bei dem Ausführungsbeispiel kann somit bei einer mechanischen Laufbildkamera 800 ein herkömmlicher photographischer Film durch eine elektronische Bilderfassung (elektronischer Bildsensor im weitesten Sinn) ersetzt werden, und zwar ohne mechanische/optische Veränderung des Kameragehäuses 810.

Anstatt einer Mattscheibe wird somit erfindungsgemäß eine sogenannte faseroptische Platte (fiber optic face plate) bzw. ein Faserkeil (fiber optic taper) verwendet. Die faseroptische Platte ist eine planparallele Platte, die viele Millionen parallel ausgerichteten Glasfasern umfasst. Da die Fasern streng geordnet sind, kann ein Bild von der einen Seite der Platte (optischen Eingang) zur anderen Seite (optischen Ausgang) ohne nennenswerte Verzerrung übertragen werden. Dieses Bild wird nun von einer speziellen Relay-Optik auf den Bildsensor im richtigen Maßstab abgebildet. Andererseits ist der Faserkeil ein sich verjüngender Block aus vielen Millionen geordnet verlaufender Glasfasern. Dadurch kann ein Bild von der einen Seite (optischen Eingang) zur anderen Seite (optischer Ausgang) übertragen werden und gleichzeitig die Bildgröße verändert werden. Der optische Eingang, d.h. die dem Sensor abgewandte Seite des Faserkeils, wird an die Stelle des reellen Bildes der Laufbildkamera 800 gebracht. Der Abbildungsmaßstab ist so gewählt, dass die Bildgröße des Filmfensters an die Größe der lichtempfindlichen Sensorfläche angepasst wird.

Am Ort des reellen Bildes befindet sich demnach der optische Eingang des Faserkeils. Das reelle Bild wird durch den Faserkeil hindurchgeleitet und dabei vergrößert oder verkleinert. Nach dem Austritt aus dem Faserkeil trifft das Bild direkt auf die Sensorfläche, d.h. auf die lichtempfindliche Fläche des Sensors. Dementsprechend können als Bildsensoren in der vorliegenden Erfindung Flächenbildsensoren wie beispielsweise Pixelarrays wie z.B. in CCD- oder CMOS-Technologie verwendet werden. Das Bild kann somit elektronisch abgetastet werden, wobei gegebenenfalls das resultierende elektronische Signal anschließend digitalisiert wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Faserkeil mit einem geeigneten Verfahren direkt auf den Bildsensor geklebt. Um Moiré-Effekte weitgehend zu unterdrücken, wird die Dicke der Klebeschicht oder eines anderen optischen Koppelmediums definiert eingestellt. Dadurch entsteht eine gewollte Überstrahlung zwischen den Fasern, die zu einer Schwächung von Moiré Effekten führt.

Falls bei der Verwendung einer faseroptischen Platte keine Maßstabsanpassung zwischen dem vom Kameraobjektiv erzeugten Bild und der Sensorfläche des Bildsensors erforderlich ist, kann erfindungsgemäß auf die Relay-Optik verzichtet werden. Die faseroptische Platte würde dann mit geeigneten Verfahren direkt auf den Bildsensor geklebt. Um Moiré-Effekte weitgehend zu unterdrücken, muss die Dicke der Klebeschicht oder eines anderen optischen Koppelmediums definiert eingestellt werden. Dadurch entsteht eine gewollte Überstrahlung zwischen den Fasern, die zur Schwächung von Moiré-Effekten führt.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Bildqualität wie folgt verbessert werden. Eine Entspiegelung des optischen Eingangs und/oder optischen Ausgangs der faseroptischen Platte bzw. des Faserkeils unterdrückt unerwünschte Spiegelungen und führt somit zu einer Verbesserung der Lichtausbeute. Ebenso kann eine gewölbte Ausgestaltung des optischen Eingangs und/oder optischen Ausgangs bzw. eine Verwendung einer Linse dazu führen, dass eine eingehende Lichtmenge möglichst optimal an den Bildsensor weitergeleitet wird. Schließlich kann mittels UV (UV = ultraviolett) und/oder IR (IR = infrarot) Filter bzw. mittels Farbfiltern, die in dem Strahlengang gebracht werden, die spektrale Zusammensetzung der auf den Sensor treffenden Strahlung verändert und an bestimmte Anforderungen angepasst werden.

Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen und Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik auf. Gegenüber der Verwendung einer Mattscheibe sind die Glasfasern bei entsprechender Auswahl der faseroptischen Platte bzw. des Faserkeils deutlich kleiner als die Granulation einer Mattscheibe, so dass die Homogenität und damit die Qualität des Bildes wesentlich höher ist. Ein weiterer Vorteil ist die höhere mechanische Robustheit (Kratzer, Verschmutzung) einer faseroptischen Platte bzw. eines Faserkeils im Vergleich zu einer Mattscheibe. Außerdem sind gemäß der vorliegenden Erfindung keine Umbauten an bestehenden Laufbildkameras notwendig und eine Umstellung auf digitale Bilderfassung erfolgt einfach durch ein Auswechseln der herkömmlichen Filmkassette durch eine elektronische Kassette.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Querschnittsansicht einer ersten Aufnahmevorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

2 eine Querschnittsansicht durch eine elektronische Kassette mit eingebauter erster Aufnahmevorrichtung;

3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Aufnahmevorrichtung mit einem Faserkeil;

4 eine Querschnittsansicht durch eine elektronische Kassette mit eingebauter zweiter Aufnahmevorrichtung;

5a-b eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Moiré-Effektes;

6 eine Querschnittsansicht durch einen Klebespalt mit eingebrachten Spacern;

7 eine Querschnittsansicht durch eine faseroptischen Platte mit aufgeklebter Linse; und

8 eine Laufbildkamera mit eingebauter Filmkassette gemäß dem Stand der Technik.

Bevor im folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.

1 zeigt eine erste Aufnahmevorrichtung 180 zur elektronischen Bilderfassung. Die erste Aufnahmevorrichtung 180 umfasst eine faseroptischen Platte 100, die einen optischen Eingang 110 und einen optischen Ausgang 120 aufweist, sowie eine Relay-Optik 130 und einen Bildsensor 170 mit einer Sensorfläche 172, der einen Steuer- und Speicheranschluss 174 und einen Versorgungsanschluss 176 aufweist. Die erste Aufnahmevorrichtung 180 ist entlang einer optischen Achse 160 ausgerichtet.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich der optische Eingang 110 dort, wo ein reelles Bild in einer Bildgröße entsteht. Das reelle Bild wird durch die faseroptische Platte 100 übertragen und erscheint am optischen Ausgang 120 wiederum als reelles Bild. Ein austretender Lichtstrahlengang 140 gelangt in die Relay-Optik 130, die das reelle Bild von dem optischen Ausgang 120 auf die Sensorfläche 172 von dem Bildsensor 170 abbildet. Der Bildsensor 170 erzeugt aus dem reellen Bild zunächst ein elektronisches Signal, welches hier exemplarisch nach einer Digitalisierung in Form eines Datenstromes am Steuer- und Speicheranschluss 174 ausgelesen werden kann. Außerdem wird der Bildsensor 170 über den Versorgungsanschluss 176 an eine äußere Spannungsquelle angeschlossen.

Die Relay-Optik 130 dient somit zur Größenanpassung des am optischen Ausgang 120 erscheinenden Bildes an eine Größe bzw. Querschnitt der Sensorfläche 172 des Bildsensors 170. Damit soll verhindert werden, dass Bildinformationen verloren gehen und ein Maximum an Lichtintensität in den Bildsensor 170 eintritt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sensorfläche 172 des Bildsensors 170 einen kleineren Querschnitt auf als der optische Ausgang 120 der faseroptischen Platte 100. Die Relay-Optik 130 verkleinert somit bei diesem Ausführungsbeispiel das reelle optische Bild vom optischen Ausgang 120 zum Bildsensor 170. Die Maßstäbe sind hier nur exemplarisch gewählt worden und können bei weiteren Ausführungsbeispielen anders sein.

2 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Kassette mit eingesetzter erster Aufnahmevorrichtung 180, die in 1 beschrieben wurde. Der Steuer- und Speicheranschluss 174 des Bildsensors 170 ist dabei an eine Steuer- und Speichereinrichtung 230 angeschlossen, die wiederum mit einem Datenausgang 240 verbunden ist. Des weiteren weist die elektronische Kassette 200 einen Strom- bzw. Spannungsanschluss 210 auf, der mit dem Versorgungsanschluss 176 des Bildsensors 170 verbunden ist.

Die erste Aufnahmevorrichtung 180 ist dabei derart in der elektronischen Kassette 200 angeordnet, dass die optische Achse 160 mit einer optischen Achse der Laufbildkamera 800 möglichst übereinstimmt. Wenn die elektronische Kassette 200 in die Laufbildkamera 800 eingesetzt wird, so erscheinen im Betrieb der Laufbildkamera 800 am optischen Eingang 110 eine Sequenz von reellen Bildern. Diese reellen Bilder werden durch die faseroptische Platte 100 übertragen und von der Relay-Optik 130 an dem optischen Ausgang 120 erfasst und im Maßstab bzw. in der Größe so verändert, dass die Bildgröße mit der Größe der Sensorfläche 172 des Bildsensors 170 möglichst übereinstimmen. Der Bildsensor 170 wird dabei über den Anschluss 210 an eine Spannungsquelle elektrisch angeschlossen und überträgt die elektronischen Signale über den Steuer- und Speicheranschluss 174 an die Steuer- und Speichereinrichtung 230. Dort werden die digitalisierten reellen Bilder zwischengespeichert und sind am Datenausgang 240 abrufbar.

3 zeigt eine zweite Aufnahmevorrichtung 300 zur elektronischen Bilderfassung. Die zweite Aufnahmevorrichtung 300 umfasst einen Faserkeil 310 mit einem optischen Eingang 110 und einem optischen Ausgang 120, der mit der Sensorfläche 172 des Bildsensors 170 übereinstimmt. Der Faserkeil 310 und der Bildsensor 170 sind entlang der optischen Achse 160 angeordnet.

Im Vergleich zur ersten Aufnahmevorrichtung 180 weist die zweite Aufnahmevorrichtung 300 keine Relay-Optik 130 auf. Ein Anpassen eines Maßstabes der reellen Bilder an dem optischen Eingang 110 erfolgt in der zweiten Aufnahmevorrichtung 300 durch den Faserkeil 310. Ähnlich der faseroptischen Platte 100 umfasst der Faserkeil 310 eine Vielzahl von Glasfasern, deren Querschnitt sich jedoch von dem optischen Eingang 110 zu dem optischen Ausgang 120 bei diesem Ausführungsbeispiel verjüngen. Vorzugsweise ist der Faserkeil 310 dabei derart gewählt, dass der Maßstab bzw. Querschnitt des optischen Eingangs 110 mit einer Bildgröße der reellen Bilder, die von der Laufbildkamera 800 erzeugt werden, übereinstimmt. Im weiteren weist der Faserkeil 310 vorzugsweise einen Maßstab bzw. Querschnitt des optischen Ausgangs 120 auf, der mit der Größe bzw. Querschnitt der Sensorfläche 172 des Bildsensors 170 möglichst übereinstimmt.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen können diese Maßstäbe unterschiedlich sein, d.h. der Querschnitt der Sensorfläche 172 des Bildsensors 170 kann größer bzw. gleich dem Querschnitt des optischen Eingangs 110 sein. Falls beide Maßstäbe übereinstimmen wird vorzugsweise anstelle eines Faserkeils 310 eine faseroptische Platte verwandt.

4 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Kassette 200 mit einer eingesetzten zweiten Aufnahmevorrichtung 300. Die zweite Aufnahmevorrichtung 300 wird dabei über den Versorgungsanschluss 176 an einen Strom- bzw. Spannungsanschluss 210 angeschlossen und der Speicher- und Steueranschluss 174 wird mit der Steuer- bzw. Speichervorrichtung 230 verbunden. Der Bildsensor 170 tastet die reellen optischen Bildern ab und erzeugt ein entsprechendes elektronisches Signal, welches an die Steuer- und Speichereinheit 230 gegeben wird, wo die elektronischen Bilder zwischengespeichert werden können bzw. als einen Datenstrom an einem Datenausgang 240 ausgelesen werden können.

Die elektronische Kassette 200 ist derart geformt, dass sie anstelle einer herkömmlichen Filmkassette 830 in einer Laufbildkamera 800 eingesetzt werden kann. Im weiteren ist die zweite Aufnahmevorrichtung 300 in der elektronischen Kassette 200 so angeordnet, dass die optische Achse 160 mit der optischen Achse der Laufbildkamera 800 möglichst übereinstimmt. Der Faserkeil 310 wird dabei im weiteren derart platziert, dass der optische Eingang 110 sich möglichst dort befindet, wo das Filmmaterial in einer herkömmlichen Filmkassette 830 belichtet wird. Wie bei dem Ausführungsbeispiel, welches in 3 beschrieben wurde, werden die erfassten reellen Bilder, die am optischen Eingang 110 entstehen, durch den Faserkeil 310 zu dem Bildsensor 170 bei gleichzeitiger Maßstabsanpassung an die Sensorfläche 172 übertragen und in dem Bildsensor 170 abgetastet. Die entsprechenden digitalen Bilder werden in der Steuer- und Speichereinrichtung 230 zwischengespeichert und können über den Datenausgang 240 ausgelesen werden. Eine Strom- bzw. Spannungsversorgung erfolgt dabei über einen Spannungseingang 210.

5a und 5b veranschaulichen Moiré-Effekte, die bei einer Überlagerung von Rastern und Linien entstehen können und durch eine Entstehung neuer Linien oder Moiré-Strukturen bemerkbar sind. 5a zeigt die Überlagerung eines Liniengitters 510 mit einem Liniengitter 520 mit sich nur geringfügig in ihren Gitterkonstanten (Linienabstand) unterscheiden. Dabei entstehen bei der Überlagerung langperiodische Helligkeitsmodulationen 530, deren Abstand und Größe von den verschiedenen Gitterkonstanten der Gitter 510 und 520 abhängen. In der 5a sind beide Gitter 510 und 520 parallel angeordnet, so dass der Moiré-Effekt nur dann auftritt, wenn die Gitterkonstanten sich voneinander unterscheiden. Dahingegen zeigt 5b ein Beispiel für den Moiré-Effekt, bei dem zwei gleichartige Gitter 510 mit gleichen Gitterkonstante dargestellt, die jedoch relativ zueinander verdreht sind, d.h. die sich in einem Schnittwinkel schneiden. Auch hier entstehen Moiré-Strukturen, deren Größe zum einen von der Gitterkonstante abhängt und zum anderen von dem Schnittwinkel der verdrehten Gitter.

Moiré-Effekte entstehen aber nicht nur durch linienförmige Gitter, sondern auch durch Raster wie sie in der vorliegenden Erfindung auftreten. Dabei wird Form und Gestalt der Moiré-Strukturen durch unterschiedliche Rasterauflösungen bestimmt und sind besonders dann stark ausgeprägt, wenn sich die Rasterauflösungen nur leicht unterscheiden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung tastet zum einen der Bildsensor 170 bei dem Digitalisieren das erhaltene reelle Bild rasterförmig ab und zum anderen liefert der optische Ausgang 120 der faseroptischen Platte 100 bzw. des Faserkeils 310 ein rasterförmiges Abbild des reellen Bildes am optischen Eingang 110. Das Raster der faseroptischen Platte 100 bzw. des Faserkeils 310 entsteht dabei durch die Glasfasern, die den optischen Eingang 110 mit dem optischen Ausgang 120 verbinden und deren Dicke bestimmt die Rasterauflösung. Der Bildsensor 170 tastet das reelle Bild rasterförmig mit einer Rasterbreite, die durch die Pixelgröße des Bildsensors 170 gegeben ist, ab. Demnach treten Moiré-Effekte dann auf, wenn eine Relay-Optik 130 aufgrund gleicher Bildgrößen der faseroptischen Platte 100 und der Sensorfläche 172 nicht notwendig ist und die faseroptische Platte 100 direkt auf die Sensorfläche 172 geklebt wird. Außerdem sind Moiré-Effekte bei der zweiten Aufnahmevorrichtung 300 zu erwarten, bei der der Faserkeil 310 direkt auf die Sensorfläche 172 geklebt wird.

Auftretende Moiré-Effekte sind eine Folge einer Verletzung des Abtasttheorems und können demzufolge nicht vollkommen vermieden werden. Eine weitgehende Abschwächung, so dass Moiré-Effekte visuell nicht wahrnehmbar sind, kann dadurch geschehen, dass der optische Ausgang 120 des Faserkeils 310 (bzw. der faseroptischen Platte 100) nicht direkt auf die Sensorfläche 172 geklebt werden, sondern stattdessen über einen Klebespalt (oder Luftspalt oder Spalt, der mit einem optischen Koppelmedium gefüllt ist) verbunden werden. Damit kommt es zu einer Überlagerung von Lichtstrahlen aus verschiedenen Fasern. Diese Überstrahlung führt zu einer Schwächung von Moiré-Effekten.

6 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Klebespalt mit einem Klebematerial 620 mit eingebrachten Spacern 610 zwischen dem optischen Ausgang 120 des Faserkeils 310 und Sensorfläche 172 des Bildsensors 170. Die eingebrachten Spacer 610 wie auch das Klebematerial 620 bestehen aus einem lichtdurchlässigen Material und die Spacer 610 sind so angeordnet, dass sie eine geeignete Klebespaltdicke 630 einstellen. Die geeignete Klebespaltdicke 630 ist derart gewählt, dass die Moiré-Effekte bei einer Abschwächung der Bildschärfe weitestgehend unterdrückt werden. Die geeignete Klebespaltdicke 630 hängt dabei insbesondere von den Rasterauflösungen des Faserkeils 310 und des Bildsensors 170 ab, aber auch das verwendete Material hat einen Einfluss. Für Spacer können beispielsweise Glaskugeln einer bestimmten Dicke genommen werden. Die Einstellung der Spaltdicke kann auch mit anderen Mitteln und Methoden als mit Spacern vorgenommen werden.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der nicht vollständig zu beseitigende Moiré-Effekt auch dadurch unterdrückt werden, dass ein geeigneter Bildverarbeitungs-Algorithmus verwandt wird. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von spezieller Software in der Steuer- und Speichervorrichtung 230 geschehen.

7 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine faseroptische Platte 100 mit einer aufgeklebten Linse 700 am optischen Ausgang 120 und nachfolgender Relay-Optik 130, die entlang der optischen Achse 160 ausgerichtet sind. Die Linse 700 weist eine Form auf, so dass die Lichtstrahlen aus der faseroptischen Platte 100 verstärkt in die Relay-Optik 130 gelenkt werden, um damit die Bildqualität, insbesondere die Helligkeit zu erhöhen.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Strom- bzw. Spannungsversorgung der elektronischen Kassette über eine Batterie und/oder einen Akku erfolgen und dementsprechend kann auf den Strom- bzw. Spannungsanschluss 210 verzichtet werden. Ebenso kann bei weiteren Ausführungsbeispielen die Steuer- und Speichervorrichtung 230 beispielsweise nur einen Speicherchip aufweisen, der die elektronisch erfassten Bilder abspeichert. Wenn z.B. der Speicherchip auswechselbar ist, braucht die elektronische Kassette 200 auch keinen weiteren Datenausgang 240 aufweisen.

Außerdem kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die faseroptische Platte 100 auf der dem Sensor zugewandten Seite mit einer konvex gewölbten Oberfläche versehen werden, um die austretenden Lichtstrahlen zur optischen Achse 160 hin und damit vermehrt in die Relay-Optik 130 zu lenken. Dadurch wird die Lichtstärke des Gesamtsystems erhöht. Die konvexe Wölbung kann entweder durch entsprechende Oberflächenbearbeitung der faseroptischen Platte 100 selbst, oder wie erwähnt durch Aufkleben einer entsprechenden plankonvexen Linse 700 erfolgen.

Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen und Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik auf. Gegenüber der Verwendung einer Mattscheibe sind die Glasfasern bei entsprechender Auswahl der faseroptischen Platte 100 bzw. des Faserkeils 310 deutlich kleiner als die Granulation einer Mattscheibe, so dass die Homogenität und damit die Qualität des Bildes wesentlich höher ist. Ein weiterer Vorteil ist die höhere mechanische Robustheit (beispielsweise gegenüber Kratzern und Verschmutzungen, die sich in der rauhen Oberfläche einer Mattscheibe festsetzen können) einer faseroptischen Platte 100 bzw. Faserkeils 310 im Vergleich zu einer Mattscheibe. Außerdem sind gemäß der vorliegenden Erfindung keine Umbauten an bestehenden Laufbildkameras 800 notwendig und eine Umstellung auf digitale (elektronische) Bilderfassung erfolgt einfach durch ein Auswechseln der herkömmlichen Filmkassette 830 durch eine elektronische Kassette 200. Damit ist die digitale Bilderfassung kostengünstig und mit wenig Aufwand zu realisieren. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung einen problemlosen Wechsel zwischen digitaler und herkömmlicher Bilderfassung durch Austausch einer herkömmlichen Filmkassette 830 durch eine elektronische Kassette 200. Bereits vorhandene Filmkameras und dazu gehörige Objektive können weiter verwandt werden.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die faseroptische Platte 100 bzw. der Faserkeil 310 zur weiteren Verbesserung der Bildqualität und Helligkeit einseitig oder beidseitig entspiegelt. Für eine Entspiegelung gibt es verschieden Möglichkeiten. Beispielsweise kann durch ein Aufbringen eines Systems aus einer oder mehreren dünnen Schichten ein sogenannter Interferenzfilter entstehen, bei dem auftretende Interferenzen eine Spiegelung von Licht in einem Wellenlängenbereich nahezu vollständig unterdrücken. Anderseits können Spiegelungen auch unterdrückt werden, wenn eine dünne Schicht eine entsprechende Brechzahl aufweist. Aber auch eine Strukturierung der Oberfläche in einer Größenordnung der Wellenlänge des einfallenden Lichtes unterdrückt Lichtspiegelungen effizient.

Erfindungsgemäß kann die faseroptische Platte 100 bzw. der Faserkeil 310 auch mit einem Filter, z.B. einem dielektrischen IR und/oder UV-Filter, versehen werden, der unerwünschte Strahlungsanteile vom Sensor fern hält und beispielsweise die Farbwiedergabe des Bildsensors verbessert. Außerdem kann die faseroptische Platte 100 erfindungsgemäß mit einem Massefilter beispielsweise für IR und/oder UV-Strahlung kombiniert werden. Ein Massefilter arbeiten nach dem Prinzip der Absorption und kann beispielsweise ein einfaches oder gefärbtes Glas aufweisen. Die Filter können entweder geeignet in den Strahlengang gebracht werden oder beispielsweise auch durch direktes Aufkleben auf die faseroptische Platte 100 bzw. Faserkeils 310 realisiert werden.


Anspruch[de]
Aufnahmevorrichtung, mit folgenden Merkmalen:

einem optischen Eingang (110);

einer faseroptischen Platte (100), die an dem optischen Eingang (110) angeordnet ist;

einem Bildsensor (170); und

einer Optik (130) zum Abbilden eines reellen Bildes an einem optischen Ausgang (120) der faseroptischen Platte (100) auf den Bildsensor (170) in einem vorbestimmten Maßstab.
Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Kassettengehäuse (200) mit einer Öffnung (110), die den optischen Eingang der Aufnahmevorrichtung bildet, aufweist, wobei das Kassettengehäuse derart geformt ist, dass es anstelle einer Filmkassette (830) in eine Laufbildkamera (800) einsetzbar ist, wobei der optische Eingang der faseroptischen Platte (110) in der Nähe des optischen Eingangs des Kassettengehäuses angeordnet ist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die faseroptische Platte (100) eine Entspiegelung aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein frequenzselektives optisches Filter aufweist, das zwischen der faseroptischen Platte (100) und dem Bildsensor (170) angeordnet ist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Filter ein dielektrisches Infrarot- und/oder Ultraviolett-Filter aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein Massefilter für Ultraviolett- und/oder Infrarotstrahlung aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die faseroptische Platte (100) so ausgebildet ist, dass eine Ablenkung von durch die faseroptische Platte (100) hindurchgehender Lichtstrahlen an dem optischen Ausgang (120) überwiegend in Richtung der Optik (130) auftritt. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die faseroptischen Platte (100) eine Wölbung aufweist, die die Ablenkung der Lichtstrahlen an dem optischen Ausgang (120) bewirkt. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Optik (130) eine Linse (700) aufweist, die an dem optischen Ausgang (120) der faseroptischen Platte (100) angeordnet ist, um die Ablenkung der Lichtstrahlen an dem optischen Ausgang (120) zu bewirken. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner eine Vorrichtung zur Bildverarbeitung (230) aufweist, die ausgebildet ist, um Abbildungsfehler an dem Bildsensor (170) in Folge des Moiré-Effektes zu kompensieren. Aufnahmevorrichtung, mit folgenden Merkmalen:

einem faseroptischen Block (310);

einem Kassettengehäuse (200) mit einer Öffnung als einem optischen Eingang (110), wobei das Kassettengehäuse derart geformt ist, dass es anstelle einer Filmkassette (830) in eine Laufbildkamera (800) einsetzbar ist, wobei ein optischer Eingang (110) der faseroptischen Platte (310) in der Nähe eines optischen Eingangs des Kassettengehäuses angeordnet ist; und

einer Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines reellen Bildes an einem optischen Ausgang (120) des faseroptischen Blocks (310).
Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der faseroptische Block (310) eine Entspiegelung aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, die ferner ein frequenzselektives optisches Filter aufweist, das zwischen dem faseroptischen Block (310) und dem Bildsensor (170) angeordnet ist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Filter ein dielektrisches Infrarot- und/oder Ultraviolett-Filter aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der die Aufnahmeeinrichtung einen Bildsensor (170) mit einer Sensorfläche (172) aufweist, wobei die Sensorfläche (172) an einem optischen Ausgang (120) des faseroptischen Blockes (310) aufgeklebt ist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 15, bei der die Sensorfläche (172) in einem fixierten Abstand (630) zum optischen Ausgang (120) des faseroptischen Blocks (310) angeordnet ist und der fixierte Abstand (630) so gewählt ist, dass Abbildungsfehler in Folge eines auftretenden Moiré-Effektes unterdrückt werden. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei die Sensorfläche (172) mittels eines Klebers (620) auf den optischen Ausgang (120) des faseroptischen Blocks (310) aufgeklebt ist, indem Festkörperkugeln (610) eingemischt sind. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, die ferner eine Vorrichtung zur Bildverarbeitung aufweist, die derart ausgebildet ist, um Abbildungsfehler in Folge eines Moiré-Effektes zu kompensieren. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei der der faseroptische Block (310) als ein Faserkeil ausgebildet ist, so dass eine optische Eintrittsfläche (110) des faseroptischen Blocks (310) größer oder kleiner als eine optische Austrittsfläche (120) des faseroptischen Blocks (310) ist. Aufnahmevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei der der faseroptische Block (310) eine faseroptische Platte aufweist. Aufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 11 bis 20, die ferner eine Optik (130) und einen Bildsensor (170) aufweist.






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