DE1547137B1

DE1547137B1 - Faseroptische Bilduebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1547137B1
Application number: DE19671547137
Authority: DE
Inventors: Charles John Koester
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1966-03-14
Filing date: 1967-03-09
Publication date: 1971-02-11
Also published as: GB1168675A; NL142789B; US3449037A; BE695084A; NL6703719A; FR1516429A

Description

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Die Erfindung betrifft faseroptische Bildübertra- tragenen Bild, die durch die diskontinuierliche

gungsvorrichtungen zur Erzielung eines guten Auf- Übertragungsfä'higkeit der elementaren Bildübertra-

lösungsvermögens, bei denen das abzubildende Ob- gungskanäle des Bündels und durch die gittermäßige

jekt von einem eingangsseitigen Abbildungssystem oder wabenmäßige Struktur der Faserbündelenden

auf die Eintrittsfläche eines Bündels, aus lichtleiten- 5 bedingt sind und die in dem übertragenen Bild als

den Fasern und das an der Austrittsfläche des Faser- Folgeerscheinung des Zwischenraumes zwischen den

bündeis entstehende Zwischenbild von einem aus- einzelnen Übertragungskanälen oder den Gruppen

gangsseitigen Abbildungssystem in eine Bildebene ab- von Komponenten auftreten.

gebildet wird. Es hat sich ferner gezeigt, daß bei hohen BiId-Insbesondere betrifft die Erfindung faseroptische io Vergrößerungen die relative Anordnung der verschie-Bildübertragungsvorridhtungen, bei denen die licht- denen Komponenten des Lichtübertragungsbündels leitenden Fasern in zweidrmensionaler fläChenhafter an der Ausgangsseite relativ zur Anordnung der an Anordnung Anwendung finden. Die Fasern können diesem Ende vorgesehenen weiteren Ubertragungsgleichzeitig innerhalb eines spektralen Wellenlängen- mittel Verzerrungen in das übertragene Bild einführt bereidhs übertragen und die Elementarpunkte einer 15 und dadurdh die erzielbare Auflösung beeinträchtigt, zweidimensionalen Bildinformation bilden. Der Ein- Es sind verschiedene faseroptische Bildübertragungstrittsnäche und der Austrittsflädhe der Faserbündel vorrichtungen bekannt, bei denen versucht wird, die sind zwei lichtdispergierende optische Relaissysteme aufgeführten Mängel zu beseitigen. Das bei allen diein solcher Weise zugeordnet, daß zweidimensionale sen Ausführungen angewandte Prinzip besteht im Bilder besserer optischer Qualität und besserer Auf- 20 wesentlichen darin, daß man in den optischen Strahlösung übertragen werden können, als es bisher mög- lengang vor der Eintrittsflädhe und hinter der Auslich war. Wenn im vorstehenden von lichtübertragen- trittsnäche des Faserbündels je ein optisches Element ^ den Vorrichtungen und Anordnungen die Rede ist, zum Verschieben des Strahlenganges bringt, beispiels- ^ so sollen darunter auch optische Bilder übertragende weise geneigte planparallele Platten oder Prismen mit feste und biegsame Faseranordnungen verstanden wer- 25 kleinem Keilwinkel, die so syndhron miteinander beden und audh aus einer Vielzahl Kanäle bestehende wegt werden, daß sie hintereinandergeschaltet die lidhtübertragende Gitteranordnungen, Schirme u. dgl., Verschiebung des Strahlenganges aufheben. Diese mit Hilfe derer die Elementarinformationen der Bild- Ausführungen haben jedoch alle den großen Nadhpunkte von zweidimensionalen Bildern in versdhie- teil, daß an beiden Seiten der Ubertragungsfasern bedenen Farben übertragen werden können. 30 wegte mechanische Anordnungen nötig sind, die mit

Ein erfmdüngsgemäßes faseroptisches Bildübertra- großer Präzision synchron laufen müssen, gungssystem wendet optische Faserbündel bekannter Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, Art oder ähnliche Mittel und je eine lichtdispergie- daß das eingangsseitige Abbildungssystem eine Dirende Übertragungsvorrichtung, die aus Liehtdlsper- spersionsvorridhtung enthält, die auf der Eintrittssionsmitteln bestehen, welche optisch in bezug auf 35 fläche des Faserbündels ein Auseinanderfächern der die Bündelachse ausgerichtet sind, an der Eintritts- abbildenden Lichtbündel in ihre Wellenlängen- und an der Austrittsflädhe dieser Bündel an. Der- komponenten in einer vorbestimmten Querrichtung artige optisdhe Faserbündelvorrichtungen können aus bewirkt, und daß das ausgangsseitige Abbildungseiner verhältnismäßig großen Anzahl gleicher, dün- system ebenfalls eine Dispersionsvorrichtung aufner, langgestreckter, das Licht leitender Kanäle oder 40 weist, die die von der Austrittsfläche ausgehenden Fasern bestellen, deren Aus- und Eintrittsenden Lichtbündel in solcher Weise in der Bildebene in ihre nebeneinander in parallelen Gruppen zueinander Wellenlängenkomponenten zerlegt, daß in der Bildoder in einem anderen ähnlichen geometrischen ebene eine Wiedervereinigung der eingangsseitig ausMuster derart angeordnet sind, daß eine optische einandergefächerten Wellenlängenkomponenten er- ä Ausrichtung in bezug auf die den beiden Faserenden 45 folgt.

zugeordneten optischen Relaissysteme besteht. Dabei Weitere beanspruchte Merkmale sowie Zwecksind verschiedene Ausgestaltungen der Faserbündel mäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachmöglich, folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den

Ein übliches aus Fasern bestehendes optisches Zeichnungen.

Übertragungsbtindel besteht aus einer Sehr größen 50 Von diesen zeigt

Anzahl dünner, langgestreckter, lichtleitender EIe- Fig. 1 eine schematisdhe Darstellung eines ermente, die an den Enden der Anordnung dicht ge- findungsgemäßen Übertragungssystems, packt sind. Ein jedes derartiges Lichtleiterelement Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entarbeitet nach der Art eines durchsichtigen Licht- sprechend der Schnittlinie 2-2 der F i g. 1, wobei in rotures als elementarer Übertragungskanal und leitet gg Fig. 1 die Betrachtungsri'dhtung durch die Pfeile an-Li'cht von einem bestimmten 'kleinen Fleck eines Ob- gegeben ist,

jektes an der Eingangsseite des Bündels zu einem F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Schnitentspredhenden kleinen Fleck an der Ausgangsseite tes entsprechend der Schnittlinie 3-3 der Fig. 1, desselben. Diese Flecken zusammen ergeben das voll- F i g. 4 eine vergrößerte Sehnittdarstellung entständige Bild des Objektes an der Ausgangsseite des 60 sprechend der Schnittlinie 4-4 der Fig. 1, wobei die Bündels. Für eine gute Bildauflösung ist es erf order- Blickrichtung durch die Pfeile in Fig. 1 anlich, daß eine sehr große Anzahl lichtleitender Korn- gedeutet ist,

ponenten benutzt wird und daß jede Komponente F i g. 5 einen vergrößerten Längsschnitt eines Tei-

einen geringen Querschnitt hat. les der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ent-

Die Qualität und die Auflösung bei der Bildüber- 65 sprechend der Sdhnittlinie 5-5 der F i g. 2,

tragung mit Faserbündeln entspricht jedoch nicht den Fig. 5A eine weitere schematische Darstellung

Wünschen und Anforderungen, besonders im Hin- zur Erklärung des der Erfindung zugrunde liegenden

blick auf das Auftreten dunkler Flecken in dem über- Arbeitsprinzips,

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F i g. 6 eine der F i g. 3 ähnliche Darstellung einer geordnet sind. Die lichtleitenden Komponenten an abgewandelten optischen Faseranordnung. dem Austrittsende sind in ähnlicher Weise an-

Bei dem in F i g. 1 wiedergegebenen System zur geordnet. Zwischen den Bündelenden ist die An-Übertragüfig zweidimensionaler Bilder ist mit 10 eine Ordnung der Fasern beliebig und wird zwecköptische Faseranordnung bezeichnet. Das Ende 12 ist 5 mäßigerweise so gewählt, daß das Faserbündel flexioptisch in. bezug auf eine erste Lichtübertragungs- bei ist.

vorrichtung 14 und das Ende 15 optisch in bezug auf Fig. 4 zeigt ein mit B"A"C" bzw. D"A"E" beeine zweite ähnliche Übertragungsvorrichtung 16 aus- zeichnetes zweidimensionales Bild der durch das gerichtet. Die optische Faseranordnung 10 'hat zweck- optische Fasersystem in der Ebene 35 abgebildeten mäßigerweise einen quadratischen oder annähernd io Objekte BAC und DAE auf dem Schirm 37.
quadratischen Querschnitt und ist an den gegenüber- Um besser die Wirkungsweise der Erfindung darliegenden Enden optisch auf die angeschlossenen zulegen, wird auf F i g. 5 verwiesen, die einen ver-Übertragurigsvorrichtungen 14 und 16 ausgerichtet größerten Längsschnitt der ersten Bildübertragungsund in geeigneter Weise orientiert. vorrichtung 14 der Fig. 1 zeigt. Sieht man zunächst Die Zur optischen Achse 11 zentrierte Ubertra- 15 von dem Prisma 20 ab, so ist es offensichtlich, daß gungsvorrichtung 14 bestellt aus einer ersten Linse die Linsen 17 und 18 zusammen eine Abbildung des 17, einer chromatischen Dispersionsvörrichtung 20 axialen ÖbjektpunktesA in einem Punkte' beäus einem geradsichtigen Prisma und einer zweiten wirken. Man beachte, daß das Licht zwischen den Linse 18. In. ähnlicher Weise besteht die zur Achse beiden Linsen im wesentlichen paralleles Licht ist 11' Zentrierte Übertragungsvorrichtung 16 aus einer 2a und daß das Bild in der Eintrittsebene der Lichtleiterersten Linse 22, einer zweiten, ebenfalls aus einem anordnung 12' erzeugt wird. Auch die im vertikalen Geradsichtprisma bestehenden chromatischen Di- Abstand voneinander liegenden Punkte B und C liefe sprengvorrichtung 26 und einer zweiten Linse 24. fern Bilder in der Bildebene 30 in den Punkten B' Wie in Fig. i durch den Strahlengang 27 angedeutet, und C" unterhalb und oberhalb des Bildpunktes A'. ist die optische Übertragungsvorrichtung 14 so an- 25 Wenn jedoch in Fig. 5 die Prismenanordnung20 geordnet, daß eine Fokussierung auf die Öbjektebene in der Bildübertragungsvorrichtung 14 zusätzlich zu 25 stattfindet und ein Bild des Objektes 28 in der den Linsen 17 und 18 vorhanden ist, so werden nicht Bildebene 30 erzeugt wird, die mit der Eintrittsfläche nur die Lichtstrahlen eines polychromatisch beleuchdes optischen Fasersystems 10 zusammenfällt. In teten Objektpunktes A in der Ebene 25 durch das ähnlicher Weise ist die optische Übertragungsvorrich- 30 Linsensystem in die Ebene 30 abgebildet, darüber tung 16, wie der Strahlengang 31 veranschaulicht, so hinaus werden gleichzeitig die verschiedenen Wellenangeordnet, daß eine Objektebene 33, die mit der längen des beleuchteten Punktest unterschiedlich Austrittsebene der Faseranordnung 10 zusammen- durch das Prisma 20 gebrochen und daher disperfällt, in der konjugierten Bildebene 35 abgebildet giert, bevor sie die Bildebene 30 erreichen. Statt eines wird. Ein Bildschirm 37 od. dgl. ist in der Bildebene 35 einzigen polychromatischen Bildes des Punktes A in 35 zur Aufnahme und Wiedergabe derartiger Bilder dem Bildpunkt A' wird je ein Bild des Punktes/4 in angeordnet. Es kann statt dessen auch ein Okular den einzelnen Wellenlängen des beleuchteten poly- oder eine Kamera auf die Bildebene eingestellt wer- chromatischen Lichtes in der Bildebene 30 erzeugt, den. Undurchsichtige Plätten 38 und 39 halten die Diese verschiedenfarbigen Bilder liegen in der Bild-Enden der Lidhtfaservorrichtung 10 in der geeigneten 40 ebene 30 in einem den Brechungs- und Dispersions-Stellung, eigenschaften des Prismas 30 entsprechenden Ab-Die Fig. 2, 3 und 4 sind vergrößerte Schnitt- stand. Das Licht des Punktest wird in ein Liniendarstellungen der Schnittlinien 2-2, 3-3 und 4-4 in Spektrum dieser Farben in der Bildebene 30 aus-Fig. 1. Fig. 2 zeigt ein beleuchtetes Objekt in Form einandergezogen. Daraus ergibt sich bei Beleuchtung " eines Schirmes 28, der aus den beiden zueinander 45 des Punktest mit weißem Licht, daß das weiße senkrechten Pfeilen BAC und DAE besteht. Das Licht durch die Linsenanordnung 17 im wesentlichen zweidimensionale Bild des Schirmes soll von der parallel auf das Prisma 20 gerichtet und in ver-Öbjektebene 25 in die Bildebene 35 übertragen schiedene Farbkomponente unterschiedlicher Wellenwerden, länge zerlegt wird. Danach wird jede der Wellen-Fig. 3 zeigt die Halterungsplatte 38 und die etwa 50 längen durch die Linse 18 an einer etwas unterquadratische Eintrittsfläche des Bündels 10 in ge- schiedlichen Stelle vertikal verschoben in der BiIdstrichelter Umrandung. Ein derartiges Bündel besteht ebene 30 wiedergegeben. Gelbes Licht des Punktest aus einer sehr großen Anzahl gleichartiger, dünner, von der Wellenlänge A₁ wird durch die Prismenanordlanggestreckter, lichtleitender Elemente, die aus nung 20 so abgelenkt und durch die Linsenanordeinem Kern von hohem Brechungsindex und einer 55 nung 18 wieder zu einem Bild vereinigt, daß ein gel-Umhüllung mit geringem Brechungsindex bestehen; bes Bild des Punktest in dem Bildpunkt A' (H₁) entan den gegenüberliegenden Enden liegen die Kompö- steht (Fi g. 5A).

nenten in Form eines Bündels nebeneinander und Gleichzeitig wird die rote Komponente des weißen

bilden dadurch die Ein- und Austrittsfläche des Bün- Lichtes von dem Bildpunkt A bei einer Wellendeis, wobei die Bündelkomponenten an den gegen- 60 länge I₂ so durch die Prismenanordnung 20 abgelenkt überliegenden Enden eine ähnliche geometrische und durch die Linsenanordnung 18 wieder abflächenhafte Anordnung aufweisen. Man sieht, daß gebildet, wie es die punktierten Linien zeigen, wobei die Bündelanordnung 10 in der Nähe des Eintritts- ein rotes Bild des Objektes A an dem Bildendes aus einer verhältnismäßig sehf großen Anzahl punkte'(X₂) erscheint. In ähnlicher Weise wird die dünner, langgestreckter, Hchtleitender Komponenten 65 von dem Objektpunkt A ausgehende blaue Kompobesteht, von denen beispielsweise die Komponenten nente des weißen Lichtes mit der Wellenlänge I₃ so 12'α, 12' und 12'η seitlich nebeneinander und die durch die Prismenanordnung 20 abgelenkt und durch Komponenten 12'/ und 12' g senkrecht dazu an- die Lmsenanordnung 18 wieder abgebildet, wie es

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die punktierten Linien angeben, daß also ein blauer die in bezug auf die erste Objektfläche vertikal ver-

Bildpunkt A' (A₃) erzeugt wird. setzt liegt, usw. Dabei hängt die Bildpunktinforma-

Es ist ersichtlich, daß durch die Wirkung der tion, die in elementarer Bildpunktform und in ver-

Prismenanordnung 20 die einzelnen Komponenten schiedenen Farben von einer Vielzahl kleiner, verti-

des von dem Objektpunkt A ausgehenden Lichtes in 5 kai in Bezug aufeinander versetzter Objektflächen

Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge unterschiedlich von einer bestimmten optischen Kabelkomponente

abgelenkt werden, so daß sie nebeneinander liegen übertragen wird, von dem Maß der Dispersion, die

und als ein in der Längsrichtung sidh erstreckendes das Licht am Eintrittsende der Komponente hat, und

farbiges Spektrums'S in der Ebene 30 in Fig. 5A der Anzahl vertikal angeordneter Komponenten am

erscheinen. io Eintrittsende der Lichtübertragungsanordnung ab,

Obwohl nur ein schmales Frequenzband aus gel- welche normalerweise derartiges dispergiertes Licht bem Licht von dem Objektpunkt A in den Lichtleiter von einem einzelnen Objektpunkt erhalten würden. 12' des Faserbündels eintritt und die anderen Wellen- Es ist zu beachten, daß diese verschiedenen überlängen als Punkte A' (X₂) und Α'(λ₃) in der Ebene 30 tragenen Elemente der Bildinformation unterschiedoberhalb und unterhalb der Leiterkomponente 12' 15 licher Wellenlängen später separat gewonnen und fokussiert werden und daher durch andere Kanäle wieder in geeignetem Verhältnis zueinander zu- bzw. Leiter geleitet werden, so ergibt sich doch, daß sammengesetzt werden können in dem übertragenen die anderen beleuchteten Punkte B und C in der Bild am Austrittsende der optischen Übertragungs-Objektebene 25 in derselben vertikalen Ebene gleich- anordnung unter Anwendung brechender und disperzeitig zu der Beleuchtung der Übertragungsanord- 20 gierender Mittel, die nachstehend zur Erörterung genung 14 in solcher Weise beitragen, daß diese Punkte langen.

nicht nur in der Ebene 30 abgebildet werden, son- Die Kombination einer Anzahl dieser Elemente M dem unterschiedliche Wellenlängen, die durch die der Bildinformation, die sämtlich kleine Bildflächen ™ Prismenanordnung 20 zerlegt sind, ein Spektrum von in unterschiedlicher Farbe darstellen und durch ver-Bildpunkten unterschiedlicher Farben erzeugen. 25 schiedene Lichtleiterkomponenten übertragen wer-Jedes dieser Spektren ist in der Vertikalrichtung in den, führt zu einer Rekonstruktion dieser Fläche des bezug auf das Spektrum des von dem Punkt A aus- Bildes im wesentlichen mit den gleichen Farbwerten gehenden Lichtes versetzt. Dementsprechend fällt das und Intensitäten, die ursprünglich vorlagen. Es ist zu Licht eines schmalen Wellenlängenbandes von dem beachten, daß, falls eine derartige lichtleitende Kom-Punkt B und das Licht eines schmalen Wellenlängen- 30 ponente oder ein solcher Kanal des Lichtübertrabandes von dem Punkt C ebenfalls auf das Eintritts- gungssystems brechen sollte, der betreffende Bildende des Lichtleiters 12' und wird gleichzeitig weiter- punkt von einer Objektfläche, welche sonst nur in geleitet. Die Breite eines solchen schmalen Wellen- einer bestimmten Farbe durch diese Komponente in längenbandes hängt von der Querdimension des Em- die Bildebene übertragen worden wäre, nur geringtrittsendes der einen Bildpunkt leitenden Kompo- 35 fügig zu einem geringen Anteil zu der Gesamtinfornente bzw. des Kanals 12' der Faserübertragungs- mation dieser Objektfläche beiträgt. Der sehr viel anordnung ab. größere Informationsanteil wird in anderen Farben In F i g. 2 sind in nahem Abstand voneinander durch andere lichtleitende Komponenten unmittelbar zwei vertikale Linien 42 und 44 gezeigt. Der Längs- daneben übertragen. Wenn daher die übertragenen schnitt 5-5 liegt im wesentlichen zwischen diesen 40 Informationselemente am Ende des Übertragungs-Linien. Es soll im nachfolgenden angenommen wer- systems wieder zusammengesetzt werden, entsteht den, daß der Abstand der beiden Linien 42 und 44 eine Bildfläche im wesentlichen in denselben Farben gerade so gewählt wurde, daß er der Querdimension und Intensitäten wie das Original. Die geringe Menge des Bildes am Ende der das Licht leitenden Kompo- Licht, die durch die gebrochene Übertragungskompo- f nente 12' der Lichtübertragungsvorrichtung gemäß 45 nente verlorengeht, wird kaum bemerkt. Selbst wenn F i g. 3 entspricht, wenn man eine Projektion rück- in verhältnismäßig starkem Maße ein Bruch von wärts durch die Übertragungsvorrichtung 14 in die Komponenten oder optischen Fasern in dem Faser-Objektebene 25 und das Objekt 28 vornimmt. Jeder bündel stattfindet, wird normalerweise ein Einfluß auf vertikal versetzte Bildpunkt B, A, C innerhalb des das übertragene Bild nicht feststellbar sein,
durch die parallelen Linien 42 und 44 gebildeten 50 In Fig. 3 sieht man, daß viele gleichartige licht-Streifens überträgt nur einen kleinen Teil des Lichtes leitende Komponenten, beispielsweise 12'/ und 12' g, des spektralen Bildes durch die lichtleitende Kompo- in derselben Vertikalebene liegen, die die Komponente des Bündels, beispielsweise durch die Licht- nente 12' durchsetzt. Dementsprechend ist zu befaser 12'. Das übrige Licht verläuft durch andere achten, daß jede dieser Komponenten dispergiertes Bündelkomponenten darüber und darunter. Dessen- 55 Licht von Punkten der Objektebene in gleicher Weise ungeachtet überträgt eine jede dieser vertikal in Bezug erhält wie die Komponente 12'.
aufeinander angeordneten Komponenten gleichzeitig In F i g. 2 ist das Muster des Objekts 28 zwei-Lidht von in der Nähe gelegenen Punkten des schma- dimensional und enthält auch den horizontalen Pfeil len Vertikalstreifens, beispielsweise von Punkten des DAE. Da die Anordnung 10 auch viele kleine licht-Pfeiles &<4C in Fig. 2. 60 leitende Komponenten gemäß Fig. 3 ha seitlicher . Jede Komponente des lichtleitenden Bündels, bei- Anordnung zu der Komponente 12' aufweist, erkennt spielsweise die Komponente 12', überträgt gleich- man, daß jede einzelne dieser seitlich liegenden lichtzeitig die Information eines elementaren Bildpunktes leitenden Komponenten, beispielsweise 12'α und in einer Farbe bzw. in einem schmalen Wellenlängen- 12'«, in ähnlicher Weise betrachtet werden können, band von einer schmalen Objektfläche und die In- 65 wobei jedoch jede in einer anderen vertikalen Längsformation eines zweiten elementaren Bildpun'ktes in ebene der Übertragungsanordnung 14 liegt. Jede einer anderen Farbe. oder einem anderen Wellen- dieser seitlich versetzten Komponenten überträgt in längenband von einer zweiten kleinen Objektfläche, ähnlicher Weise Licht von einem entsprechend

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seitlich versetzten Vertikalstreifen des Objektfei- Bündels, haben nur eine geringe Auswirkung. Ferner

des 28. entfallen die Trennungslinien zwischen den Fasern

Die Austrittsenden 15 der Lichtleiteranordnung oder den Komponenten der Lichtübertragungsvor-

sind in einem ähnlichen geometrischen Muster wie richtung fast vollständig, und die individuellen

die Enden 14 angeordnet. Da die Übertragungs- 5 Objektlinien in dem übertragenen Bild haben ein

anordnung 16 der bereits zuvor erörterten Über- kontinuierliches, glattes Aussehen und erscheinen

tragungsanordnung 14 ähnlich ist, werden die Enden natürlicher als dieselben durch ein übliches optisches

der lichtleitenden Komponenten der Lidhtleiteranord- Faserbündel übertragenen Objektlinien,

nung 10 in der Bildebene 35 abgebildet. Gleichzeitig Es wurden Prismenanordnungen 20 und 26 in den

werden durch die Prismenanordnung 26 die ver- io lidhtdispergierenden Vorrichtungen der ersten und

sdhiedenen übertragenen Wellenlängen wiederum der zweiten Lichtübertragungsvorrichtung 14 und 16

dispergiert. dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, daß diese

Wenn die Übertragungsanordnung 16 in bezug auf Mittel audh durch andere lichtzerlegende Vor-

ihre Dispersion so zu den lichtleitenden Kompo- richtungen, wie Gitter od. dgl., ersetzt werden

nenten der Austrittsebene 15 angeordnet ist, daß die 15 können. Auch die beschriebenen lichtübertragenden

Dispersion des Prismas 26 die korrekte Lage in bezug Vorridhtungen 14 und 16 bilden nur eine bevorzugte

auf das das Bündel durchsetzende dispergierte Licht Ausführungsform. Man kann beispielsweise auch mit

hat, so wird das dispergierte Licht am Austrittsende nur einer abbildenden Linse in der einen oder in

16 der Anordnung 10 durch die Luisen 22 und 26 in beiden Ubertragungsvorrichtungen 14 und 16 recht

der Bildebene 35 abgebildet. Die Prismenanordnung 20 gute Resultate erzielen.

26 bewirkt gleichzeitig eine Rekombination, so daß Das Bildübertragungssystem wurde als optisches

ein Abbild des Objekts in weißer Form entsteht. System mit einem vollen Bündel nichtleitender Kom-

Dies erkennt man, wenn man beachtet, daß das ponenten am Eintritts- und am Austrittsende begelbe Licht der Wellenlänge X₁ des Objektpunktes A schrieben. Es ist jedoch audh eine abgewandelte Ausin F i g. 5 dürdh die Lichtleiterkomponente 12' zu 25 führungsform der Erfindung möglich, bei der ein dem Austrittsende und das rote Licht der Wellen- zweidimensionales Bild übertragen werden kann länge /I₂ des gleichen Punktes durch eine andere, durch eine Anordnung, die geringeres Gewidht und etwas oberhalb der Lichtleiterkomponente 12' lie- geringere Größe zwischen dem Eintritts- und Ausgende Lidhtleiterkomponente und das blaue Licht der trittsende aufweist. Statt eines voll ausgefüllten Bün-Wellenlänge A₃ desselben Punktes durch eine andere, 30 dels lichtleitender Fasern kann audh eine Anzahl etwas unterhalb der Komponente 12' liegende Licht- ebener, bandförmiger Schichten aus leichtleitenden leiterkomponente übertragen wird. In ähnlicher Komponenten im Abstand voneinander an den Weise, wie auf Grund von F i g. 5 dargelegt wurde, gegenüberliegenden Enden des Bündels verwendet können die Komponenten des weißen Lichtes des werden. Der Abstand der Schidhten ist zweck-Punktes A bei der Abbildung durch die Linsen 17 35 mäßigerweise derart, daß verschiedene unterschied- und 18 in die endgültige Bildebene 35 betrachtet liehe Komponenten der verschiedenen Schichten werden. Gleichzeitig wird das rote, das gelbe und das gleichzeitig Lidht unterschiedlicher Wellenlängen desblaue Licht des Punktes A unterschiedlidh durch die selben Objektpuriktes sammeln und daß die Anord-Prismenanordnung 26 gebrochen, so daß dieses Licht nung der Schichten und der das Licht leitenden Komzusammengebracht wird und in der endgültigen Bild- 40 ponenten derselben an den gegenüberliegenden ebene 35 zusammenfällt und in vollen Farbwerten Enden des Bündels von gleichem geometrischem einen axialen Bildpunkt A" erzeugt, der äquivalent Muster ist. Es ergibt sich auf diese Weise ein Bündel dem Objektpunkt A ist. geringeren Gewichtes, geringerer Zwisdhengröße und

Wenn sidh die Prismenanordnung 20 in vor- daher besserer Flexibilität.

gegebener Stellung zu dem Eintrittsende der Bündel- 45 Beispielsweise kann gemäß F i g. 6 die Eintrittsanordnung 10 befindet, so ergibt sich eine optimale fläche 45 eines solchen Bündels aus sechs Schichten Orientierung des Prismas 26 in bezug auf das Aus- 46 bestehen, die durch vertikal im Abstand übertrittsende der Lichtleiteranordnung 10, bei der sich einander angeordnete Komponenten gebildet werden, die beste Bildübertragung ergibt. Wird die Prismen- Diese Sdhidhten werden durch undurchsidhtige anordnung 26 um die Achse 11' in eine andere Rieh- 50 Zwisdhenschidhten 48 aus einem Epoxy-Harz od. dgl. tung gedreht, so ergeben sich weniger gute Re- in ihrem gewünschten Abstand voneinander gehalten, sultate. Die Enden der Bündel sind wiederum in einer Platte

Wenn sidh daher das Prisma 26 in seiner geeig- 38' zusammengefaßt. Auf diese Weise sind die netsten Stellung in bezug auf die Austrittsfläche des gegenüberliegenden Enden der Komponenten des Bündels 10 befindet und eine entsprechende Disper- 55 Bündels in gleicher Weise angeordnet,
sion aufweist, wird ein zweidimensionales Bild aus Es kann beispielsweise eine Querschnittsfläche von weißem Lidht gebildet, wie es durch die Pfeile 5, 6, 7 oder mehr im Abstand voneinander angeord- B"A"C" und D"A"E" in Fig. 4 gekennzeichnet neten Schichten so verwendet werden, daß von jedem ist. Dieses übertragene Bild übertrifft die optische gewünschten Punkt des Objektfeldes die versdhie-Qualität und hat bessere Eigenschaften als Bilder, 60 denen Sdhidhten verschiedene Farbkomponenten des die durch übliche optische Faserbündel entsprechen- wellenlängenmäßig zerlegten, das Bild bildenden der Abmessung und entsprechender Faserstärke über- weißen Lichtes empfangen werden. Das zerlegte tragen werden, wobei die f arbliche Wiedergabe des Lidht wird dann durch das Bündel weitergeleitet, von übertragenen Bildes vollständig einwandfrei ist. Da der Austrittsfläche abgestrahlt und durch eine zweite jede Stelle des endgültigen Bildes durch viele Fasern 65 Übertragungsvorrichtung wieder zu dem ursprünggleichzeitig durchsetzendes Licht gebildet wird, er- lidhen Bild zusammengesetzt. Eine derartige, aus je gibt sidh ein Mittelungseffekt, und Störungen, wie sechs Schichten von 1000 lichtleitenden Fasern beeinzelne gebrochene Fasern des lichtübertragenden stehende Faserbündelanordnung ist mit geringerem

Aufwand herzustellen als ein aus 1000 Schichten zu je 1000 Fasern bestehendes Bündel. Bei einer Anordnung mit gruppenweiser Faseranordnung gemäß Fig. 6 sind zweckmäßigerweise die verschiedenen Gruppen in bezug aufeinander etwas versetzt angeordnet, so daß entsprechende lichtleitende Fasern der verschiedenen Schichten nicht vertikal übereinanderliegen.

Es ist offensichtlich, daß eine beträchtliche Menge des Lichtes an der Eintrittsfläche bei einer derartig abgeänderten Bündelkonstruktion verlorengeht, was zur Folge 'hat, daß das endgültige Bild nicht so hell erscheint wie zuvor. Es sind indessen die Bildauflösung und der Farbkontrast nach wie vor von beträchtlicher Güte, und bei bestimmten Instrumenten kann die ökonomische Bauweise bei einem derartigen Bündel ausschlaggebend sein. Auch bei einem solchen vereinfachten abgewandelten Lichtbündel haben einzelne zerbrochene Lichtleiterfasern nur einen geringen nachteiligen Einfluß auf das gesamte Licht eines einzelnen Bildpunktes des übertragenen Bildes. Es verschwindet auch nach wie vor der zuvor erwähnte Wabeneffelct.

Es ist offensichtlich, daß ein vollständig ununterbrochenes zweidimensionales Bild mit gutem Färbkontrast gemäß der Erfindung übertragen werden kann, obwohl die lichtleitenden Fasern nicht sämtlich unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet sind. Es ist zu beachten, daß ein optisches Faserbündel die einzelnen^ lichtleitenden Komponenten an den gegenüberliegenden Enden in allen Richtungen etwas im Abstand voneinander aufweisen kann, daß dieser Abstand mehr oder minder unregelmäßig gewählt sein kann und daß sich trotzdem zufriedenstellende Bildübertragungseigenschaften von dem einen zum anderen Ende ergeben, solange der Abstand von den einzelnen Fasern nicht allzu groß ist. Für ein zufriedenstellendes Arbeiten sollten die verschiedenen Wellenlängen von jedem einzelnen Bildpunkt des Objekts in verschiedenen Farben von einer Mehrzahl lichtleitender Komponenten empfangen werden. Die lichtleitenden Komponenten am einen Ende des Bündels sollten dieselbe geometrische Anordnung wie die lichtleitenden Komponenten am entgegengesetzten Ende desselben haben. Obwohl mehr als 50% oder selbst 75% des auf die Eintrittsfläche eines solchen Bündels anfallenden Lichtes gelegentlich nicht benutzt wird, reicht das verbleibende Licht trotzdem zur Erzeugung eines zufriedenstellenden Bildes von geringerer Intensität, guten Farbkontrastes und mit guter Auflösung aus.

Es wurden die Lichtdispersionsmittel in den F i g. 1 und 5 in Form geradsichtiger Prismen 20 und 26 dargestellt. Es könnte statt dessen auch ein Beugungsgitter an Stelle dieser Prismen verwendet werden. Eine noch zweckmäßigere Lichtdispersionsvorrichtung für bestimmte Zwecke ergibt sich, wenn - i die Lichtübertragungsanordnung sowohl ein Beu- ' gungsgitter als auch ein Prisma in geeigneter Zuordnung zueinander aufweist. Das Beugungsgitter würde so angeordnet sein, daß es einen Teil der das Bild bildenden Lichtstrahlen in einem Farbspektrum erster Ordnung zusammenfaßt, und das Prisma würde so angeordnet sein, daß es die zerlegten Komponenten weiter aufspaltet. Eine bessere Dispersion wird in diesem Falle deshalb erhalten, weil das Gitter die roten Wellenlängen am stärksten ablenkt und ■die blauen und violetten Wellenlängen am wenigsten.

Genau das Umgekehrte trifft für die gebrochenen Wellenlängen des Prismas zu.

Auf diese Weise läßt sich eine größere spektrale Verteilung erzielen.

Handelt es sich um optische Faserbündel, bei denen die einzelnen Lichtfasern symmetrisch oder in Reihen angeordnet sind (Fig. 3), so daß sich bestimmte Trennlinien zwischen benachbarten Faserteilen in dem übertragenen Bild ergeben könnten, so werden zweckmäßigerweise die Enden der Bündel in solcher Weise angeordnet, daß diese Linien unter einem Winkel, beispielsweise unter 45°, zu der Dispersionsrichtung des übertragenen Lichtes liegen. Auf diese Weise wird der Streifencharakter im Untergrund des übertragenen Lichtbildes extrem gering.

Bei den Lichtübertragungsanordnungen 14 und 16 der F i g. 1 wurden positive sphärische Linsen 17,18, 22 und 24 für die Abbildung der Lichtstrahlen vorgesehen. Es ist offensichtlich, daß statt bikonvexer Linsen auch plankonvexe Linsen verwendet werden können, die zweckmäßigerweise so angeordnet wer- Λ den, daß ihre planen Flächen auf die Eintrittsfläche ™ bzw. Austrittsfläche der Prismenanordnung aufgekittet werden. Es wäre auch möglich, derartige konvexe Linsen direkt auf den gegenüberliegenden Flächen der Prismenanordnungen vorzusehen. Man würde dann entsprechende Farbzerlegungs- und Abbildungsverhältnisse in den Abbildungsanordnungen wie zuvor erzielen.

Es ist bekannt, abbildende optische Faseranordnungen und ähnliche derartige Vorrichtungen, bestehend aus lichtleitenden Komponenten oder Kanälen, in sich erweiternder Form auszubilden, um das übertragene optische Bild zu vergrößern oder zu verkleinern und auch gleichzeitig die Eintritts- oder die Austrittsfläche sphärisch zu wölben, um eine bessere Anpassung an die Wölbung des Linsenfeldes zu erreichen. Die einzelnen lichtleitenden Komponenten einer solchen sich erweiternden Anordnung sind nicht vollständig parallel zueinander, trotzdem sind sie im übertragenen Sinne parallel, wenn die geometrischen Anordnungen an den beiden gegen- ^ überliegenden Enden gleich sind. Es ist offensicht- \ lieh, daß die Erfindung unter Umständen mit derartigen sich erweiternden Lichtleitervorrichtungen besondere Vorteile aufweist.

Claims

Patentansprüche:

1. Faseroptische Bildübertragungsvorrichtung zur Erzielung eines guten Auflösungsvermögens, bei der das abzubildende Objekt von einem eingangsseitigen Abbildungssystem auf die Eintrittsfläche eines Bündels aus lichtleitenden Fasern abgebildet wird und das an der Austrittsfläche des Faserbündels entstehende Zwischenbild von einem ausgangsseitigen Abbildungssystem in eine Bildebene abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das eingangsseitige Abbildungssystem (17, 18, 20) eine Dispersionsvorrichtung (20) enthält, die auf der Eintrittsfläche (30) des Faserbündels ein Auseinanderfächern der abbildenden Lichtbündel in ihre Wellenlängenkomponenten in einer vorbestimmten Querrichtung bewirkt, und daß das ausgangsseitige Abbildungs-" system (22, 24, 26) ebenfalls eine Dispersionsvorrichtung (26) enthält, die die von der Austritts-

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fläche (33) ausgehenden Liclnbündel in solcher Weise in der Bildebene (37) in ihre Wellenlängenkomponenten zerlegt, daß in der Bildebene eine Wiedervereinigung der eingangsseitig auseinandergefächerten Wellenlängenkomponenten erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das optische Faserbündel aus einer Vielzahl von lichtleitenden Fasern besteht, die in bekannter Weise an den beiden Enden des Faserbündels parallel in gewissem Abstand voneinander angeordnet sind und dort die Eintrittsbzw. Austrittsfläche (30; 33) bilden.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsvorrichtungen (20, 26) aus Prismen bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsvorrichtungen (20, 26) aus optischen Gittern bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsvorrichtungen (20, 26) im parallelen Strahlengang zwischen zwei Abbildungslinsen (17,18 bzw. 22, 24) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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