DE102012107046A1

DE102012107046A1 - Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012107046A1
Application number: DE201210107046
Authority: DE
Inventors: Peter Mahnke
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: DE102012107046B4

Abstract

Es wird eine Abbildungsvorrichtung zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung vorgeschlagen, welche einen Sensor mit einer Vielzahl an Detektoren, wobei auf jeden Detektor nur bestimmte Frequenzbereiche der einfallenden Strahlung fallen, umfasst, wobei eine Dynamikkompensationseinrichtung vorgesehen ist, durch welche eine spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung anpassbar und angepasst ist, um eine zu erwartende spektrale Dynamik eines Ausgangssignals zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung umfassend einen Sensor mit einer Vielzahl an Detektoren, wobei auf jeden Detektor nur bestimmte Frequenzbereiche der einfallenden Strahlung fallen.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einer Vielzahl an Detektoren mindestens vier Detektoren verstanden.
Aus der US 2003/0193589 A1 sind Abbildungsvorrichtungen zur räumlichen und spektralen Analyse bekannt, die einen Sensor mit einer Vielzahl an Detektoren umfassen, wobei auf jeden Detektor nur bestimmte Frequenzbereiche der einfallenden Strahlung fallen.
Das Ausgangssignal derartiger Abbildungsvorrichtungen weist einen großen Dynamikumfang auf, da die spektrale Dynamik der Hintergrundbeleuchtung, beispielsweise des Sonnenlichts, relativ groß ist. Hinzu kommt die frequenzabhängige Empfindlichkeit der üblicherweise verwendeten Sensoren, die in der Regel den Dynamikumfang des Ausgangssignals noch vergrößern.
Dadurch tritt das Problem auf, dass die Verstärkung oder Belichtungszeit der Sensoren nicht auf alle Bereiche des Spektrums optimal eingestellt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abbildungsvorrichtung zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung zu schaffen, die eine verbesserte Auflösung der Intensitäten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dynamikkompensationseinrichtung gelöst, durch welche eine spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung anpassbar und angepasst ist, um eine zu erwartende spektrale Dynamik eines Ausgangssignals zu reduzieren.
Die Anpassung der spektralen Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung ist vorteilhaft, da somit Bereiche des Spektrums mit starker Intensität abgeschwächt werden können, um die Intensität in Bereichen des Spektrums mit schwächerer Intensität, bei gleicher Belichtungszeit, besser auflösen zu können.
So kann der Dynamikumfang des Sensors besser ausgenutzt werden, insbesondere können die schwächeren Bereiche des Spektrums feiner aufgelöst werden.
Eine zu hohe Dynamik des Ausgangssignals führt dazu, dass die Verstärkung oder die Belichtung des Sensors derart reduziert werden muss, dass der Sensor nicht übersteuert. Dies führt auch dazu, dass in den Bereichen des Spektrums mit schwächerer Intensität der Sensor nicht optimal ausgesteuert ist.
Durch die reduzierte Dynamik kann insbesondere im roten also langwelligen Bereich des sichtbaren Lichts und im blauen Bereich, also kurzwelligen Bereich des sichtbaren Lichts eine bessere Auflösung der Intensitäten erzielt werden. Da diese Bereiche sowohl im Licht der Hintergrundbeleuchtung, beispielsweise dem Sonnenlicht, schwächer sind als das grüne Licht. Und darüber hinaus die Empfindlichkeit der meisten Bildsensoren im grünen am höchsten ist.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird „zu erwartend“ in dem Sinne verwendet, als das, was unter Berücksichtigung der bekannten Bedingungen, wie beispielsweise die gegebene Beleuchtung oder die Eigenschaften des Sensors zu erwarten wäre.
Die zu erwartende spektrale Dynamik des Ausgangssignals ist mindestens durch die spektrale Dynamik der einfallenden Strahlung, durch eine spektrale Empfindlichkeit des Sensors und durch die Dynamikkompensationseinrichtung bestimmt.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Dynamikkompensationseinrichtung eine spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung, die auf den Sensor trifft durch Abschwächung der einfallenden Strahlung beeinflusst.
Durch die Beeinflussung der spektralen Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung kann die spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung eingestellt werden, so dass die Dynamik des Ausgangssignals verringert werden kann.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die zu erwartende spektrale Dynamik des Ausgangssignals dadurch reduziert wird, dass eine Abschwächung der einfallenden Strahlung an die spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung angepasst ist. So kann durch die Abschwächung der einfallenden Strahlung die spektrale Eingangsdynamik reduziert werden. Das heißt, dass die auf den Sensor fallende Strahlung einen kleineren Dynamikumfang aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die zu erwartende spektrale Dynamik des Ausgangssignals dadurch reduziert wird, dass eine Abschwächung der einfallenden Strahlung an eine spektrale Empfindlichkeit des Sensors angepasst ist. Somit kann eine Abbildungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine gleichmäßigere spektrale Empfindlichkeit über einen gewissen Bereich des Spektrums aufweist. Somit kann beispielsweise eine Kalibrierung der Abbildungsvorrichtung erfolgen.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass die zu erwartende spektrale Dynamik des Ausgangssignals dadurch reduziert wird, dass eine Abschwächung der einfallenden Strahlung an die spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung und an eine spektrale Empfindlichkeit des Sensors angepasst ist. Dadurch, dass die Abschwächung der einfallenden Strahlung sowohl an die spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung als auch an die spektrale Empfindlichkeit des Sensors angepasst ist, kann die spektrale Dynamik des Ausgangssignals noch weiter reduziert werden.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Abbildungsvorrichtung eine spektrale Selektionseinrichtung zur frequenzselektiven Filterung oder frequenzselektiven Ablenkung der einfallenden Strahlung aufweist, wobei durch die frequenzselektive Filterung oder durch die frequenzselektive Ablenkung der einfallenden Strahlung auf bestimmte Bereiche des Sensors nur bestimmte Frequenzbereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung fallen.
Auf diese Weise kann eine spektrale Auflösung erzielt werden, da einzelne Bereiche des Sensors bestimmten Frequenzbereichen des Spektrums zugeordnet werden können.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass die zu erwartende lokale Intensitätsverteilung auf dem Sensor aufgrund der spektralen Selektionseinrichtung durch die zu erwartende spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung bestimmt ist. So kann durch die lokale Abschwächung der einfallenden Strahlung die spektrale Abschwächung der einfallenden Strahlung erzielt werden.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die spektrale Selektionseinrichtung einen linearen Farbverlaufsfilter aufweist, der vor dem Sensor angeordnet ist. So kann ein besonders kompakter Aufbau der Abbildungsvorrichtung erzielt werden.
Solch ein linearer Farbverlaufsfilter ist beispielsweise ein Bandpassfilter, dessen Beschichtung in einer Richtung eine ansteigende Dicke aufweist.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die spektrale Selektionseinrichtung ein dispersives Element aufweist, welches die einfallende Strahlung spektral abhängig ablenkt, so dass auf dem Sensor ein Spektralverlauf abgebildet wird. Die Verwendung eines dispersiven Elements zur spektralen Selektion ermöglicht eine hohe spektrale Auflösung der Abbildungsvorrichtung.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Dynamikkompensationseinrichtung einen Grauverlaufsfilter aufweist, der vor dem Sensor angeordnet ist und von der einfallenden Strahlung durchsetzt wird, bevor die einfallende Strahlung auf den Sensor fällt.
Durch die Anordnung des Grauverlaufsfilters vor dem Sensor kann trotz der wellenlängenunabhängigen Abschwächung des Grauverlaufsfilters eine wellenlängenselektive Abschwächung der einfallenden Strahlung erzielt werden.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass ein Grauverlauf des Grauverlaufsfilters an eine auf dem Sensor zu erwartende lokale Intensitätsverteilung angepasst ist.
Der Grauverlauf kann so gewählt werden, dass die Strahlung in den Bereichen, in denen eine hohe Intensität erwartet wird, abgeschwächt wird und dadurch die Dynamik reduziert wird.
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass der Grauverlaufsfilter ein Verbund aus einem Grauglas mit variierender Dicke und einem Weißglas mit variierender Dicke ist. So ist durch die Dicke des Grauglases die Abschwächung des Grauverlaufsfilters bestimmt. Die Dicke des Grauglases lässt sich genau herstellen, so dass ein präzises Einstellen des Grauverlaufs des Grauverlaufsfilters möglich ist.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die variierende Dicke des Grauglases einen an die auf dem Sensor zu erwartende lokale Intensitätsverteilung angepassten Verlauf aufweist. Durch die angepasste variierende Dicke wird der Grauverlauf des Grauverlaufsfilters an die vorhandene Intensitätsverteilung angepasst.
Besonders günstig ist es, wenn die variierende Dicke des Grauglases komplementär zu der variierenden Dicke des Weißglases ist und dass die dem Weißglas abgewandte Außenfläche des Grauglases eben ist und dass die dem Grauglas abgewandte Außenfläche des Weißglases eben ist und dass die Außenfläche des Grauglases mindestens näherungsweise parallel zu der Außenfläche des Weißglases verläuft.
Dadurch, dass die Außenflächen des Grauverlaufsfilters eben sind und mindestens näherungsweise parallel verlaufen, wird eine Ablenkung der einfallenden Strahlung durch Brechung vermieden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Grauglas und dem Weißglas eine Verbindungsschicht angeordnet ist. Die Verbindungsschicht ermöglicht ein luftspaltfreies Verbinden von Grauglas und Weißglas, was für die optischen Eigenschaften vorteilhaft ist.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Grauglas und das Weißglas mindestens näherungsweise den gleichen Brechungsindex aufweisen. So entsteht keine oder nur sehr geringe Brechung der einfallenden Strahlung an der Grenzfläche zwischen Weißglas und Grauglas.
Mindestens näherungsweise gleicher Brechungsindex heißt weniger als 10 % Abweichung der Brechungsindizes.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Dicke des Grauglases in einer Richtung, die in einer Filterebene des Grauverlaufsfilters liegt, konstant ist und in einer dazu senkrechten Richtung, die ebenfalls in der Filterebene des Grauverlaufsfilters liegt, variiert. So ist es möglich, lediglich die spektrale Empfindlichkeit zu beeinflussen, ohne dabei eine richtungsabhängige Empfindlichkeit zu erzeugen.
Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass in der Richtung, in der die Dicke des Grauglases variiert, die Wellenlänge auf dem Sensor der auf den Sensor fallenden Strahlung variiert. So wirkt die variierende Dicke des Grauglasfilters wie ein frequenzselektiv abschwächendes Element. Dadurch wird die Anpassung der spektralen Empfindlichkeit zur Reduzierung der Dynamik möglich.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Dynamikkompensationseinrichtung eine elektronische Kompensationsschaltung umfasst, durch die die Empfindlichkeit der Detektoren einer Detektorreihe des Sensors unabhängig von der Empfindlichkeit der Detektoren einer anderen Detektorreihe einstellbar und eingestellt ist, um eine zu erwartende spektrale Dynamik eines digitalen Ausgangssignals zu reduzieren.
Durch die so gewonnene zeilenweise einstellbare Empfindlichkeit des Sensors kann die spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung noch feiner eingestellt werden, was eine weitere Reduzierung der Dynamik des Ausgangssignals ermöglicht.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass durch die elektronische Kompensationsschaltung während einer Analog-Digital-Wandlung des analogen Ausgangssignals der Detektoren des Sensors für jede Detektorreihe eine angepasste Referenzspannung einstellbar und eingestellt ist.
Durch die individuelle Referenzspannung für jede Detektorreihe kann die Empfindlichkeit der jeweiligen Detektorreihe gezielt angepasst werden.
Zur Analog-Digital-Wandlung kann ein einzelner Analog-Digital-Wandler, dem die analogen Ausgangssignale der einzelnen Detektoren seriell zugeführt werden, oder mehrere, beispielsweise für jede Detektorreihe einen Analog-Digital-Wandler, denen die analogen Ausgangssignale der Detektoren der jeweiligen Detektorreihe seriell zugeführt werden, oder beispielsweise für jeden Detektor einen eigenen Analog-Digital-Wandler, verwendet werden.
Eine weitere besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass durch die elektronische Kompensationseinrichtung eine Verstärkung des analogen Ausgangssignals bei der Analog-Digital-Wandlung für jede Detektorreihe individuell einstellbar und eingestellt ist, um die zu erwartende spektrale Dynamik eines digitalen Ausgangssignals zu reduzieren.
Auch durch die individuelle Einstellung der Verstärkung des analogen Ausgangssignals für jede Detektorreihe kann eine zeilenweise eingestellte Empfindlichkeit des Sensors erreicht werden, um die spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung zu beeinflussen.
Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Dynamikkompensationselements zu schaffen, das ein individuell angepasstes Dynamikkompensationselement bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dynamikkompensationselements gelöst für eine Abbildungsvorrichtung insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei eine spektrale Empfindlichkeit eines Sensors und eine zu erwartende spektrale Intensitätsverteilung einfallender Strahlung ermittelt wird und daraus eine zu erwartende spektrale Dynamik eines Ausgangssignals des Sensors bestimmt wird, darauffolgend wird eine spektrale Abschwächungskurve ausgewählt, welche die spektrale Dynamik des Ausgangssignals des Sensors reduziert, darauf folgt ein Umrechnen der spektralen Abschwächungskurve in eine räumliche Abschwächungskurve anhand der spektralen Abbildungseigenschaften der Abbildungsvorrichtung, anschließend erfolgt ein Herstellen eines Grauverlaufsfilters mit einem an die räumliche Abschwächungskurve angepassten Grauverlauf.
So erhält man eine auf das Abbildungssystem und auf die abzubildende Szene angepasste Dynamikkompensationseinrichtung, die die Dynamik des Ausgangssignals effektiv reduzieren kann. Dadurch kann wiederum die Dynamik des Sensors günstiger ausgenutzt werden, so dass die Intensität in intensitätsschwachen Bereichen des Spektrums besser aufgelöst werden.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass das Herstellen des Grauverlaufsfilters das Verkitten eines Grauglases mit variierender Dicke mit einem Weißglas mit variierender Dicke umfasst. Der sich so ergebende Verbund aus Grauglas und Weißglas weist einen gut bestimmbaren Transmissionsgrad auf und erzeugt nur unwesentliche bis keine Streuung der einfallenden Strahlung durch Brechung.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Dicke des Grauglases an die räumliche Abschwächungskurve durch Schleifen des Grauglases angepasst wird. Das Schleifen der Oberfläche ist eine sehr präzise Bearbeitungsmöglichkeit, mit der Oberflächen mit optischer Qualität erreicht werden können. So ist ein individueller an die jeweiligen Anforderungen angepasster Dickeverlauf des Grauglases möglich.
Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Transmissionsgrad des Grauverlaufsfilters so an die räumliche Abschwächungskurve angepasst wird, dass eine Oberfläche des Grauglases eine durch Schleifen herstellbare Form aufweist.
Durch Schleifen herstellbare Formen von Oberflächen sind, beispielsweise ebene schräge Oberflächen, die einen linearen Grauverlauf bewirken, parabelförmige Oberflächen oder sphärische Oberflächen.
Durch die Abweichung des Transmissionsgrades von dem optimalen Transmissionsgrad, der sich aus der Abschwächungskurve ergeben würde, kann erreicht werden, dass der Grauverlaufsfilter herstellbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein Weißglas mit einem zu dem Dickeverlauf des Grauglases komplementären Dickeverlauf durch Schleifen hergestellt wird und das Grauglas mit dem Weißglas verkittet wird.
Dadurch, dass auch das Weißglas einen durch Schleifen hergestellten Dickeverlauf aufweist, kann der Dickeverlauf des Weißglases so an den Dickeverlauf des Grauglases angepasst werden, dass das Weißglas und das Grauglas trotz der gekrümmten Oberflächen luftspaltfrei oder zumindest nur mit kleinen Luftspalten aufeinander aufliegen können. So können das Weißglas und das Grauglas durch eine klebende Zwischenschicht optisch verkittet werden.
Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung zu schaffen, das eine verbesserte Auflösung der Intensitäten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung mittels einer Abbildungsvorrichtung umfassend einen Sensor gelöst, wobei eine spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung angepasst wird, um eine zu erwartende spektrale Dynamik eines Ausgangssignals zu reduzieren. Dieses Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, welche sich an den entsprechenden Vorrichtungsanspruch anschließen. Vorteile dieser Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung erläutert.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren an einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung durchführbar.
Insbesondere ist mit der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.
Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung bei der Aufnahme einer zu analysierenden Szene;
2 eine schematische Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung;
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Variante einer Dynamikkompensationseinrichtung;
4 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Variante der Dynamikkompensationseinrichtung;
5 eine schematische perspektivische Darstellung einer dritten Variante der Dynamikkompensationseinrichtung;
6 eine schematische Darstellung eines Sensors;
7 ein Diagramm der relativen spektralen Empfindlichkeit S eines Sensors;
8 ein Diagramm der relativen spektralen Intensitätsverteilung des Sonnenlichts;
9 ein Diagramm eines Transmissionsgrades eines Farbverlaufsfilters an drei verschiedenen Punkten; und
10 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung.
Eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung 10 umfasst ein, beispielsweise quaderförmiges, Gehäuse 12, das um eine Rotationsachse 14 drehbar ist.
Die Rotationsachse 14 verläuft im Wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse 16 der Abbildungsvorrichtung 10.
Das Gehäuse 12 weist eine Rotationsvorrichtung 13 auf, mittels welcher das Gehäuse 12 um die Rotationsachse 14 drehbar ist.
Ferner umfasst die Abbildungsvorrichtung ein Objektiv 18, dessen optische Achse 20 auf der optischen Achse 16 der Abbildungsvorrichtung 10 liegt.
Das Objektiv 18 umfasst mehrere, beispielsweise drei, abbildende Elemente 22 und eine Blende 24.
Das Objektiv 18 bildet die von einer zu analysierende Szene 26 ausgehenden und in das Objektiv 18 einfallenden Strahlung 19 auf einem Sensor 28 ab.
Das Objektiv 18 ist so in dem Gehäuse 12 angeordnet, dass die Blende 24 auf der Rotationsachse 14 der Abbildungsvorrichtung 10 liegt.
Insbesondere liegt eine Mitte der Blende 25 auf der Rotationsachse 14 der Abbildungsvorrichtung 10.
Der Sensor 28 weist eine Vielzahl an einzelnen Detektoren 30 auf, die in einer Bildebene 32 gleichmäßig, beispielsweise quadratisch oder rechteckig, in nebeneinander liegenden Detektorreihen 31 angeordnet sind.
Der Sensor 28 ist derart angeordnet, dass die Bildebene 32 senkrecht zu der optischen Achse 16 der Abbildungsvorrichtung 10 liegt und die Detektorreihen 31 parallel zur Rotationsachse 14 verlaufen.
Der Sensor 28 weist also ein zweidimensionales Detektorfeld auf, das sich in der Bildebene 32 erstreckt.
Die einzelnen Detektoren weisen eine spektrale Empfindlichkeit 34 auf. Entsprechend weist der Sensor 28 dieselbe spektrale Empfindlichkeit 34 auf.
Die spektrale Empfindlichkeit 34 des Sensors 28 hängt vom Typ des jeweiligen verwendeten Sensors 28 ab.
Der Sensor 28 weist ein analoges Ausgangssignal 29 auf, das von der Intensität der einfallenden Strahlung 19 und der Empfindlichkeit 34 des Sensors 28 abhängt.
Der Sensor 28 umfasst beispielsweise einen Schwarz-Weiß-CCD oder CMOS-Halbleitersensor.
Bei der Verwendung eines CCD-Sensors als Sensor 28, beispielsweise ein ICX 285 AL von Sony, ist es möglich, die Detektoren zeilenweise auszulesen. Der Sensor 28 gibt ein analoges Ausgangssignal 29 aus.
Das analoge Ausgangssignal 29 wird mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 33 in ein digitales Ausgangssignal 35 gewandelt.
Dafür wird das Ausgangssignal der einzelnen Detektoren nacheinander ausgegeben und jeweils einzeln analog digital gewandelt.
Dabei werden die Ausgangssignale 29 einer Detektorreihe 31 jeweils nacheinander ausgegeben. Darauf folgt die Ausgabe der Ausgangssignale 29 der nächsten Detektorreihe 31 bis schließlich die Ausgangssignale 29 aller Detektorreihen 31 ausgegeben und analog digital gewandelt wurden.
Die Analog-Digital-Wandlung im A/D-Wandler 33 erfolgt durch Vergleich mit einer Referenzspannung. Diese kann für die Ausgangssignale 29 jeder Detektorreihe 31 individuell angepasst werden.
Dazu weist die Abbildungsvorrichtung 10 eine elektronische Kompensationsschaltung 37 auf.
Ferner kann mittels der elektronischen Kompensationsschaltung 37 eine Verstärkung der Ausgangssignale 29 jeder Detektorreihe 31 individuell angepasst werden.
Weiter umfasst die Abbildungsvorrichtung 10 eine Spektralselektionseinrichtung 36, die zwischen dem Sensor 28 und dem Objektiv 18 angeordnet ist.
Die Spektralselektionseinrichtung 36 liegt dabei angrenzend zu dem Sensor 28. Beispielsweise liegt die Spektralselektionseinrichtung 36 auf dem Sensor 28 auf.
Die Spektralselektionseinrichtung 36 weist einen linearen Farbverlaufsfilter 38 auf, der sich in einer Filterebene 44 erstreckt und der einen spektral abhängigen Transmissionsgrad 40 aufweist. Die spektrale Abhängigkeit des Transmissionsgrades 40 variiert über die Fläche des Farbverlaufsfilters 38.
Lokal gesehen an einem Punkt weist der lineare Farbverlaufsfilter 38 einen schmalbandigen Transmissionsgrad 40 auf mit einer zentralen Wellenlänge 42, bei der die Transmission maximal ist.
Die zentrale Wellenlänge 42 des linearen Farbverlaufsfilters 38 ist ortsabhängig und variiert in einer Richtung 43 des farblinearen Farbverlaufsfilters 38, die in der Filterebene 44 liegt und senkrecht zur Rotationsachse 14 des Gehäuses 12 verläuft.
Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Farbverlaufsfilter 38 einen Interferenzfilter aufweist, dessen Schichten keilförmig auf einem Substrat aufgebracht sind.
Zwischen der Spektralselektionseinrichtung 36 und dem Objektiv 18 ist eine Dynamikkompensationseinrichtung 46 angeordnet.
Die Dynamikkompensationseinrichtung 46 liegt angrenzend zu der Spektralselektionseinrichtung 36, so dass durch das Objektiv 18 einfallende Strahlung 19 die Dynamikkompensationseinrichtung 46 und die Spektralselektionseinrichtung 36 durchläuft, und darauf auf den Sensor 28 fällt.
Die Dynamikkompensationseinrichtung 46 weist einen Grauverlaufsfilter 48 auf, der sich in einer Filterebene 49 des Grauverlaufsfilters 48 erstreckt.
Der Grauverlaufsfilter 48 weist einen Grauverlauf 50 auf, der in einer Richtung 45 parallel zu der Rotationsachse 14 konstant ist und in einer Richtung 43 senkrecht zu der Rotationsachse 14 variiert.
Die Richtung 43, in der der Grauverlauf 50 variiert, ist parallel zu der Richtung 43, in der die zentrale Wellenlänge 42 des Transmissionsgrads 40 des linearen Farbverlaufsfilters 38 variiert.
Der Grauverlaufsfilter 48 weist einen Verbund 52 aus einem Grauglas 54 und einem Weißglas 56 auf.
Eine erste Oberfläche 58 des Grauglases 54 ist dem Weißglas 46 zugewandt angeordnet.
Die erste Oberfläche 58 des Grauglases 54 weist eine geschliffene Oberfläche auf und kann eine gekrümmte Form, beispielsweise eine sphärische oder parabelförmige Form, aufweisen.
Gegenüber der ersten Oberfläche 58 des Grauglases 54 weist das Grauglas 54 eine zweite Oberfläche 60 auf, die im Wesentlichen eben verläuft. Die zweite Oberfläche 60 des Grauglases 54 bildet eine erste Außenfläche 62 des Grauverlaufsfilters 48.
Der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 58 und der zweiten Oberfläche 60, also die Dicke 63, des Grauglases 54 ist variabel. So entsteht ein Dickeverlauf 64 des Grauglases 54 über die Ebene des Grauverlaufsfilters 48.
Der Dickeverlauf 64 ist derart, dass der Abstand zwischen erster Oberfläche 58 und zweiter Oberfläche 60 des Grauglases 54 in einer Richtung 43 variiert, die parallel zu der Richtung 43 ist, in der die zentrale Wellenlänge 42 des linearen Farbverlaufsfilters 38 variiert.
Darüber hinaus ist der Dickeverlauf 64 derart, dass der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 58 und der zweiten Oberfläche 60 des Grauglases 54 in einer Richtung 45 parallel zu der Rotationsachse 14 konstant ist.
Der Dickeverlauf 64 des Grauglases 54 bestimmt den Grauverlauf 50 des Grauverlaufsfilters 48.
Das Grauglas weist beispielsweise NG5 der Firma Schott auf.
Das Grauglas weist beispielsweise einen Brechungsindex 66 von 1,5 bei einer Wellenlänge von 587,6 nm auf.
Das Weißglas 56 weist eine erste Oberfläche 68 auf, die dem Grauglas 54 zugewandt angeordnet ist.
Die Form der ersten Oberfläche 68 des Weißglases 56 entspricht der komplementären Form der ersten Oberfläche 58 des Grauglases 54, so dass das Grauglas 54 und das Weißglas 56 aufeinander aufliegen können, ohne dass wesentliche Räume zwischen der ersten Oberfläche 58 des Grauglases 54 und der ersten Oberfläche 68 des Weißglases 56 gebildet werden.
Die erste Oberfläche 68 des Weißglases 56 kann eine gekrümmte Form aufweisen, beispielsweise eine sphärische oder eine parabelförmig Form.
Gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 68 des Weißglases 56 weist das Weißglas 56 eine zweite Oberfläche 70 auf, die eine zweite Außenfläche 72 des Grauverlaufsfilters 48 bildet.
Das Weißglas 56 weist ein Material auf, dessen Brechungsindex 74 mindestens näherungsweise dem Brechungsindex 66 des Grauglases 54 entspricht.
Abweichungen von bis zu 10 % sind akzeptabel.
Das Weißglas weist eine Dicke 75 mit einem Dickeverlauf 76 auf, der im Wesentlichen dem Komplementären des Dickeverlaufs 64 des Grauglases 54 entspricht, so dass die erste Außenfläche 62 des Grauverlaufsfilters 48 und die zweite Außenfläche 72 des Grauverlaufsfilters 48 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Ziel der Abbildungsvorrichtung 10 ist es, ein zweidimensionales Bild einer Szene 26 aufzunehmen und dabei für jeden Bildpunkt eine spektrale Intensitätsverteilung 81 der einfallenden Strahlung 19 aufzunehmen.
Die einfallende Strahlung 19, die von der zu beobachtenden Szene 26 ausgeht und durch das Objektiv 18 auf den Sensor 28 abgebildet wird, durchläuft vom Objektiv 18 aus kommend den Grauverlaufsfilter 48, dann den Farbverlaufsfilter 38 und fällt schließlich auf den Sensor 28.
Zunächst wird die Wirkung des linearen Farbverlauffilters 38 betrachtet. Wird ein Abbild der zu beobachtenden Szene 26 auf den Sensor 28 abgebildet, fällt auf jeden einzelnen Detektor 30 des Sensors 28 dabei die Strahlung, die aus einem bestimmten Raumwinkel in das Objektiv gefallen ist. Dadurch, dass die einfallende Strahlung 19 durch den linearen Farbverlaufsfilter 38 gelaufen ist, bevor sie auf den Sensor 28 oder die Detektoren 30 fällt, fällt auf jeden einzelnen Detektor 30 des Sensors 28 jeweils nur ein Ausschnitt des Spektrums der einfallenden Strahlung 19.
Somit wird aus der spektralen Intensitätsverteilung 81 der einfallenden Strahlung 19 eine lokale Intensitätsverteilung 83 auf dem Sensor 28.
Folglich erhält man ein zweidimensionales Bild der abzubildenden Szene 26, bei dem zwar zu jedem Punkt Informationen vorhanden sind, allerdings jeweils nur über die Intensität der einfallenden Strahlung 19 innerhalb eines schmalen Spektralbandes.
Das spektrale Band, zu dem die Informationen zu dem jeweiligen Punkt vorhanden sind, ist durch den Transmissionsgrad 40 des linearen Farbverlaufsfilters 38 gegeben, der wiederum abhängt, von der Stelle des Farbverlaufsfilters 38, durch welche die einfallende Strahlung 19 laufen muss, um auf den jeweiligen Detektor 30 zu fallen.
Durch die spezielle Anordnung des linearen Farbverlaufsfilters 38 vor dem Sensor 28 nehmen alle Detektoren 30 in derselben Detektorreihe 31, die parallel zur Rotationsachse 14 verläuft, denselben spektralen Bereich der einfallenden Strahlung 19 auf. Detektoren 30 in dazu benachbarten Detektorreihen 31 nehmen einen versetzten spektralen Bereich der einfallenden Strahlung 19 auf.
Durch Drehen der Abbildungsvorrichtung 10 um die Rotationsachse 14 um einen Winkel, der dem Abstand zweier Detektoren 30 entspricht, kann erreicht werden, dass bei erneuter Aufnahme eines Bildes zu jedem Punkt der abzubildenden Szene 26 ein anderer spektraler Bereich 78 aufgenommen wird.
Durch wiederholtes Ausführen der Rotation um die Rotationsachse 14 und Aufnehmen eines weiteren Bildes kann jeder Punkt der abzubildenden Szene 26 einmal mit jeder Detektorreihe 31 aufgenommen werden, so dass für jeden Punkt der Szene 26 die volle zugängliche spektrale Information aufgenommen werden kann.
Dazu müssen doppelt so viele Bilder aufgenommen werden, wie der Sensor 28 Reihen von Detektoren 30 aufweist, die parallel zur Rotationsachse 14 liegen.
Da die einfallende Strahlung 19, die von der abzubildenden Szene 26 abhängige spektrale Intensitätsverteilung 81 aufweist, die in der Regel eine relativ große spektrale Dynamik 82 aufweist, und für die Aufnahme des Spektrums der einfallenden Strahlung 19 gleichartige Detektoren 30 verwendet werden, führt das dazu, dass die Bereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung 19, die eine schwache Intensität aufweisen, schlechter aufgelöst werden, als die Bereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung 19, die eine hohe Intensität aufweisen.
Der Effekt wird dadurch noch verstärkt, dass die Detektoren 30 üblicherweise eine spektralabhängige Empfindlichkeit 34 aufweisen und diese üblicherweise in den Bereichen besonders hoch ist, in denen das Spektrum von Schwarzkörperstrahlung beispielsweise Sonnenlicht ebenfalls eine hohe Intensität aufweist.
Dadurch ergibt sich eine spektrale Dynamik 86 des digitalen Ausgangssignals 35 durch Multiplikation der spektralen Dynamik 82 der einfallenden Strahlung 19 und der spektralen Empfindlichkeit 34 des Sensors 28.
Die Anordnung des linearen Farbverlauffilters 38 vor dem Sensor 28 führt dazu, dass die Bereiche des Sensors 28, auf die intensitätsstarken Bereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung fallen, in der Regel sehr stark ausgesteuert sind, während die Bereiche, in denen die Teile des Spektrums der einfallenden Strahlung 19 auf den Sensor fallen, der oder die Detektoren relativ gering ausgesteuert sind.
Da sowohl die spektrale Empfindlichkeit 34 der Detektoren 30 bekannt oder zumindest bestimmbar sind und die spektrale Intensitätsverteilung 81 der einfallenden Strahlung zumindest abschätzbar ist, kann abgeschätzt werden, wie stark die einzelnen Detektoren 30 ausgesteuert werden und wie hoch ein digitales Ausgangssignal 35 zu erwarten ist.
Um ein gleichmäßigeres Aussteuern 80 der einzelnen Detektoren 30 zu erzielen, werden die stärker ausgesteuerten Detektoren 30 durch den Grauverlaufsfilter 48 abgeschattet, so dass die einfallende Strahlung 19, die auf diese Detektoren 30 fällt, abgeschwächt wird.
Insbesondere werden alle Detektoren 30 des Sensors 28 durch den Grauverlaufsfilter 48 abgeschattet, wobei die Abschattung und damit die Abschwächung der einfallenden Strahlung 19 für jeden Detektor 30 aufgrund des Grauverlaufs 50 unterschiedlich sein kann.
Wird nun der Grauverlauf 50 derart eingestellt, dass die stärker ausgesteuerten Detektoren 30 stärker abgeschwächt werden als die schwächer ausgesteuerten Detektoren 30 kann erreicht werden, dass die Aussteuerung 80 der Detektoren 30 gleichmäßiger wird, so dass für Bereiche intensitätsschwacher Spektralbereiche eine bessere Auflösung der Intensität erzielt werden kann.
Durch die Einstellung des Grauverlaufs 50 wird also eine spektrale Empfindlichkeit 87 der Abbildungsvorrichtung 10 eingestellt.
Dafür wird die zu erwartende spektrale Dynamik 86 des digitalen Ausgangssignals 35 aus der spektralen Dynamik 82 der einfallenden Strahlung 19 und aus der spektralen Empfindlichkeit 34 des Sensors ermittelt.
Aus der zu erwartenden spektralen Dynamik 86 des digitalen Ausgangssignals 35 wird eine spektrale Abschwächungskurve 88, die die spektrale Dynamik 86 des digitalen Ausgangssignals 35 reduziert, ermittelt.
Aus der spektralen Abschwächungskurve 88 wird eine räumliche Abschwächungskurve 89, unter Berücksichtigung der Wirkung der Spektralselektionseinrichtung 36, ermittelt, die die zu erwartende Dynamik 86 des digitalen Ausgangssignals 35 reduziert.
Darauf wird der Dickeverlauf 64 und damit der Grauverlauf des Grauglases 54 an die räumliche Abschwächungskurve 89 angepasst. Das Anpassen ist so zu verstehen, dass eine Oberflächenform des Grauglases 54 gewählt wird, die durch Schleifen in optischer Qualität herstellbar ist.
Dadurch kann zwar die Aussteuerung 80 der Detektoren 30 nicht vollständig angeglichen werden, allerdings kann die Dynamik der Aussteuerung 80 und damit die Dynamik des Ausgangssignals 35 der Detektoren 30 erheblich reduziert werden.
Um die Dynamik des digitalen Ausgangssignals 35 weiter zu reduzieren, kann die elektronische Kompensationsschaltung 37 die Referenzspannung für die A/D-Wandlung der einzelnen Detektorreihen derart anpassen, dass die verbleibende erwartete Dynamik des digitalen Ausgangssignals noch weiter reduziert wird.
Alternativ oder ergänzend kann die Dynamik des digitalen Ausgangssignals 35 durch weiter reduziert werden, dass die elektronische Kompensationsschaltung die Verstärkung der analogen Ausgangssignale 29 der einzelnen Detektorreihen 31 derart angepasst wird, dass die verbleibende Dynamik noch weiter reduziert wird.
Eine in der 8 dargestellte zweite Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 unterscheidet sich von der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 dadurch, dass die Spektralselektionseinrichtung 36 anstatt eines linearen Farbverlaufsfilters 38 ein dispersives Element 90 aufweist und dadurch, dass die Abbildungsvorrichtung 10 zwei Objektive 18 und eine Schlitzblende 92 aufweist.
Das erste Objektiv 91 bildet die abzubildende Szene 26 auf die Schlitzblende 92 ab. Die Schlitzblende 92 ist innerhalb des Gehäuses 12 so angeordnet, dass der Schlitz 94 der Schlitzblende 92 im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 14 verläuft.
Es wird also nur ein Streifen des Bildes der abzubildenden Szene 26 durch die Schlitzblende 92 laufen, so dass mit einem Bild der Abbildungsvorrichtung 10 zunächst nur eine eindimensionale Auflösung ermöglicht ist.
Die durch den Schlitz 94 laufende einfallende Strahlung 19 trifft auf ein dahinter angeordnetes dispersives Element 90.
Das dispersive Element 90 lenkt den durch den Schlitz gelaufenen Teil der einfallenden Strahlung 19 abhängig von dessen Wellenlänge ab. Dadurch wird der durch den Schlitz gelaufene Teil der einfallenden Strahlung 19 spektralabhängig aufgeweitet, in einer Richtung 43 senkrecht zur Rotationsachse 14.
Beispielsweise weist das dispersive Element 90 ein Beugungsgitter oder ein Prisma auf.
Der spektral aufgeweitete Teil der einfallenden Strahlung 19 durchläuft das zweite Objektiv 93. Das zweite Objektiv 93 bildet den Schlitz 94 auf den Sensor 28 ab. Dadurch, dass die einfallende Strahlung 19 nach dem Schlitz 94 durch das dispersive Element 90 spektralabhängig abgelenkt wurde, wird der Schlitz 94 abhängig von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung auf unterschiedliche Positionen auf den Sensor 28 abgebildet.
Somit findet in einer Richtung 45 des Sensors 28, die parallel zur Rotationsachse 14 verläuft, eine Ortsauflösung statt und in einer Richtung 43 senkrecht zu der Rotationsachse 14 findet eine spektrale Auflösung statt.
Eine Dynamikkompensationseinrichtung 46 weist einen Grauverlaufsfilter 48 auf, der zwischen dem zweiten Objektiv 93 und dem Sensor 28 angeordnet ist. Der Grauverlaufsfilter 48 ist angrenzend zu dem Sensor 28, insbesondere nahe vor dem Sensor 28 angeordnet, so dass der spektral aufgeweitete Teil der einfallenden Strahlung 19 den Grauverlaufsfilter 48 durchläuft, bevor er auf den Sensor 28 fällt.
Die zweite Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 nimmt spektrale Informationen in eindimensionaler Ortsauflösung auf. Durch Drehen der Abbildungsvorrichtung 10 um die Rotationsachse 14 um einen Winkel, der dem Abstand zweier Detektoren 30 entspricht, kann die abzubildende Szene 26 Streifen für Streifen aufgenommen werden.
Durch Zusammensetzen der einzelnen Streifen kann ein zweidimensionales Bild erzeugt werden, bei dem für jeden Punkt die volle zugängliche spektrale Informationen vorliegen.
Auch in der zweiten Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 fällt auf bestimmte Bereiche des Sensors 28, also einzelne Detektoren 30, festgelegte definierte Bereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung 19. Somit ergeben sich die gleichen Bedingungen für die Aussteuerung 80 der Detektoren 30 und damit das gleiche Dynamikproblem wie in der ersten Ausführungsform. Die Dynamikkompensationseinrichtung 46 funktioniert in der zweiten Ausführungsform nach demselben Prinzip wie in der ersten Ausführungsform 10.
Im Übrigen stimmt die in der 8 dargestellte zweite Ausführungsform der Abbildungsvorrichtung 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Bezugszeichenliste

10: Abbildungsvorrichtung
12: Gehäuse
13: Rotationsvorrichtung
14: Rotationsachse
16: Optische Achse
18: Objektiv
19: Einfallende Strahlung
20: Optische Achse
22: Abbildendes Element
24: Blende
25: Mitte
26: Szene
28: Sensor
29: Analoges Ausgangssignal
30: Detektoren
31: Detektorreihe
32: Bildebene
33: A/D-Wandler
34: Spektrale Empfindlichkeit
35: Digitales Ausgangssignal
36: Spektralselektionseinrichtung
37: Elektronische Kompensationsschaltung
38: Linearer Farbverlaufsfilter
40: Transmissionsgrad
42: Zentrale Wellenlänge
43: Richtung
44: Filterebene
45: Richtung
46: Dynamikkompensationseinrichtung
48: Grauverlaufsfilter
50: Grauverlauf
52: Verbund
54: Grauglas
56: Weißglas
58: Erste Oberfläche
60: Zweite Oberfläche
62: Erste Außenfläche
63: Dicke
64: Dickeverlauf
66: Brechungsindex
68: Erste Oberfläche
70: Zweite Oberfläche
72: Zweite Außenfläche
74: Brechungsindex
75: Dicke
76: Dickeverlauf
78: Spektralbereich
80: Aussteuerung
81: Spektrale Intensitätsverteilung
82: Spektrale Dynamik
83: Lokale Intensitätsverteilung
86: Spektrale Dynamik
87: Spektrale Empfindlichkeit
88: Spektrale Abschwächungskurve
89: Lokale Abschwächungskurve
90: Dispersives Element
91: Erstes Objektiv
92: Schlitzblende
93: Zweites Objektiv
94: Schlitz
96: Spektral aufgeweiteter Teil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2003/0193589 A1 [0003]

Claims

Abbildungsvorrichtung zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung (19) umfassend einen Sensor (28) mit einer Vielzahl an Detektoren (30), wobei auf jeden Detektor (30) nur bestimmte Frequenzbereiche der einfallenden Strahlung (19) fallen, gekennzeichnet, durch eine Dynamikkompensationseinrichtung (46), durch welche eine spektrale Empfindlichkeit (87) der Abbildungsvorrichtung (10) anpassbar und angepasst ist, um eine zu erwartende spektrale Dynamik (86) eines Ausgangssignals (29, 35) zu reduzieren.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikkompensationseinrichtung (46) eine spektrale Intensitätsverteilung (81) der einfallenden Strahlung (19), die auf den Sensor (28) trifft, durch Abschwächung beeinflusst.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende spektrale Dynamik (86) des Ausgangssignals (29, 35) dadurch reduziert wird, dass eine Abschwächung der einfallenden Strahlung (19) an die spektrale Intensitätsverteilung (81) der einfallenden Strahlung (19) und/oder an eine spektrale Empfindlichkeit (34) des Sensors (28) angepasst ist.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsvorrichtung (10) eine Spektralselektionseinrichtung (36) zur frequenzselektiven Filterung oder frequenzselektiven Ablenkung der einfallenden Strahlung (19) aufweist, wobei durch die frequenzselektive Filterung oder durch die frequenzselektive Ablenkung der einfallenden Strahlung (19) auf bestimmte Bereiche des Sensors (28) nur bestimmte Frequenzbereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung (19) fallen.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende lokale Intensitätsverteilung (83) auf dem Sensor (28) aufgrund der Spektralselektionseinrichtung (36) durch die zu erwartende spektrale Intensitätsverteilung (81) der einfallenden Strahlung (19) bestimmt ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralselektionseinrichtung (36) einen linearen Farbverlaufsfilter (38) aufweist, der vor dem Sensor (28) angeordnet ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralselektionseinrichtung (36) ein dispersives Element (90) aufweist, welches die einfallende Strahlung (19) spektral abhängig ablenkt, so dass auf dem Sensor (28) ein Spektralverlauf abgebildet wird.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikkompensationseinrichtung (46) einen Grauverlaufsfilter (48) aufweist, der vor dem Sensor (28) angeordnet ist und von der einfallenden Strahlung (19) durchsetzt wird, bevor die einfallende Strahlung (19) auf den Sensor (28) fällt.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grauverlauf (50) des Grauverlaufsfilters (48) an eine auf dem Sensor (28) zu erwartende lokale Intensitätsverteilung (83) angepasst ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grauverlaufsfilter (48) ein Verbund (52) aus einem Grauglas (54) mit variierender Dicke (63) und einem Weißglas (56) mit variierender Dicke (75) aufweist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die variierende Dicke (63) des Grauglases (54) einen an die auf dem Sensor (28) zu erwartende lokale Intensitätsverteilung (83) angepassten Dickenverlauf (64) aufweist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die variierende Dicke (63) des Grauglases (54) komplementär zu der variierenden Dicke (75) des Weißglases (56) ist und dass die dem Weißglas (56) abgewandte zweite Oberfläche (60) des Grauglases (54) eben ist und das die dem Grauglas (54) abgewandte zweite Oberfläche (70) des Weißglases (56) eben ist und dass die zweite Oberfläche (60) des Grauglases (54) mindestens näherungsweise parallel zu der zweiten Oberfläche (70) des Weißglases (56) verläuft.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grauglas (54) und dem Weißglas (56) eine Verbindungsschicht angeordnet ist.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Grauglas (54) und das Weißglas (56) mindestens näherungsweise den gleichen Brechungsindex aufweisen.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (63) des Grauglases (54) in einer Richtung (45), die in einer Filterebene (44) des Grauverlaufsfilters (48) liegt, konstant ist und in einer dazu senkrechten Richtung (43), die ebenfalls in der Filterebene (44) des Grauverlaufsfilters (48) liegt, variiert.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Richtung (43), in der die Dicke (63) des Grauglases (54) variiert, die Wellenlänge auf dem Sensor der auf den Sensor fallenden Strahlung (19) variiert.
Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikkompensationseinrichtung (46) eine elektronische Kompensationsschaltung (37) umfasst, durch die die Empfindlichkeit der Detektoren (30) einer Detektorreihe (31) des Sensors (28) unabhängig von der Empfindlichkeit der Detektoren (30) einer anderen Detektorreihe (31) einstellbar und eingestellt ist, um eine zu erwartende spektrale Dynamik (86) eines digitalen Ausgangssignals (35) zu reduzieren.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Kompensationsschaltung (37) während einer Analog-Digital-Wandlung des analogen Ausgangssignals (29) der Detektoren (30) des Sensors (28) für jede Detektorreihe (31) eine angepasste Referenzspannung einstellbar und eingestellt ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Kompensationsschaltung (37) eine Verstärkung des analogen Ausgangssignals (29) bei der Analog-Digital-Wandlung für jede Detektorreihe (31) individuell einstellbar und eingestellt ist, um die zu erwartende spektrale Dynamik (86) eines digitalen Ausgangssignals (35) zu reduzieren.
Verfahren zur Herstellung einer Dynamikkompensationseinrichtung für eine Abbildungsvorrichtung insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine spektrale Empfindlichkeit eines Sensors und eine zu erwartenden spektralen Intensitätsverteilung einfallender Strahlung ermittelt wird und daraus eine zu erwartenden spektralen Dynamik eines Ausgangssignals des Sensors bestimmt wird, darauf folgend wird eine spektrale Abschwächungskurve ausgewählt, welche die spektrale Dynamik des Ausgangssignals des Sensors reduziert, darauf folgt ein Umrechnen der spektralen Abschwächungskurve in eine räumliche Abschwächungskurve anhand der spektralen Abbildungseigenschaften der Abbildungsvorrichtung, anschließend erfolgt ein Herstellen eines Grauverlaufsfilters mit einem an die räumliche Abschwächungskurve angepassten Grauverlauf.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Herstellen des Grauverlaufsfilters das Verkitten eines Grauglases mit variierender Dicke mit einem Weißglas mit variierender Dicke umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Grauglases an die räumliche Abschwächungskurve durch Schleifen des Grauglases angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad des Grauverlaufsfilters so an die räumliche Abschwächungskurve angepasst wird, dass eine Oberfläche des Grauglases eine durch Schleifen herstellbare Form aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Weißglas mit einem zum dem Dickeverlauf des Grauglas komplementären Dickeverlaufs durch Schleifen hergestellt wird und das Grauglases mit dem Weißglas verkittet wird.
Verfahren zur räumlichen und spektralen Analyse von einfallender Strahlung mittels einer Abbildungsvorrichtung, umfassend einen Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass eine spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung angepasst wird, um eine zu erwartende spektrale Dynamik eines Ausgangssignals zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung dadurch angepasst wird, dass eine spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung, die auf einen Sensor der Abbildungsvorrichtung trifft, durch Abschwächung beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende spektrale Dynamik des Ausgangssignals dadurch reduziert wird, dass eine Abschwächung der einfallenden Strahlung an die spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung und/oder an eine spektrale Empfindlichkeit des Sensors angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass, zur spektralen Analyse der einfallenden Strahlung, die einfallende Strahlung frequenzselektiv gefiltert oder frequenzselektiv abgelenkt wird, sodass auf bestimmte Bereiche des Sensors nur bestimmte Frequenzbereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung fallen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung als lokale Intensitätsverteilung auf den Sensor abgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein linearer Farbverlaufsfilter vor dem Sensor angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die einfallende Strahlung durch ein dispersives Element spektral abhängig abgelenkt wird, sodass auf dem Sensor ein Spektralverlauf abgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grauverlaufsfilter vor dem Sensor angeordnet wird, sodass der Grauverlaufsfilter von der einfallenden Strahlung durchsetzt wird, bevor die einfallende Strahlung auf den Sensor fällt.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grauverlauf des Grauverlaufsfilters an eine auf dem Sensor zu erwartende lokale Intensitätsverteilung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grauverlaufsfilter vor dem Sensor angeordnet wird, der einen Verbund aus einem Grauglas mit variierender Dicke und einem Weißglas mit variierender Dicke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dickeverlauf der variierenden Dicke des Grauglases an eine auf dem Sensor zu erwartende lokale Intensitätsverteilung angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Grauverlaufsfilter derart angeordnet wird, dass der Grauverlauf in der Richtung variiert, in der die Wellenlänge der auf den Sensor fallenden Strahlung variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung dadurch angepasst wird, dass die Empfindlichkeit des Sensors zeilenweise angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des Sensors dadurch zeilenweise angepasst wird, dass für jede Detektorreihe eine angepasste Referenzspannung für die Analog-Digital-Wandlung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des Sensors dadurch zeilenweise angepasst wird, dass für jede Detektorreihe eine angepasste Verstärkung eingestellt wird.