DE3817483A1 - Strahlungsempfindlicher sensor fuer projizierte bildflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strahlungsempfindlichen Sensor zur selbsttätigen punkt- und rasterförmigen Meßwertaufnahme projizierter Bildflächen.

In Verbindung mit verschiedenen Blendenöffnungen, Filterein­ sätzen und einer optischen Strahlenführung kann unter Ver­ wendung eines geeigneten Meßkanalumschalters die Bildfläche gleichzeitig nach verschiedenen meßtechnischen Kriterien ausgemessen werden. Der Sensor besteht aus einer einzigen oder aus mehreren zeilenförmig angeordneten, strahlungs­ empfindlichen Flächen. Durch die Vorwärtsbewegung der Sensoren parallel zur projizierten Bildfläche wird die ge­ samte Bildfläche in einzelnen Meßfeldern erfaßt.

Bekannt sind Vorrichtungen, die eine punktförmige Messung einer Bildfläche erlauben, wobei die einzelnen Messungen von Hand durchzuführen sind. Es sind auch Methoden bekannt, die zur Bildabtastung eine Kathodenstrahlröhre verwenden, wie in der Patentschrift DE 32 04 581 A1 beschrieben oder zur Bild­ auswertung eine größere Fotodiodenoberfläche Verwendung findet, wie in der Offenlegungsschrift DE 34 39 868 A1 dar­ gelegt wird.

Die erstgenannte Methode ermöglicht keine selbsttätige Meß­ werterfassung und keine vollständige Auswertung der gesamten Bildfläche. Die einzelnen Bildpunkte überschneiden sich. Dadurch wird das gesamte Meßergebnis verfälscht dargestellt. Die Verwendung einer Kathodenstrahlröhre erfordert einen großen technischen Aufwand, der nur für den Einsatz in Groß­ anlagen gerechtfertigt erscheint. Das zuletzt genannte Bei­ spiel ermöglicht keine Messungen in verschiedenen Spektral­ bereichen. Des weiteren kann die strahlungsempfindliche Fläche nicht aus mehreren Einzelflächen bestehen ohne dabei den Nachteil von Leerflächen in Kauf nehmen zu müssen. Hinzu kommt noch die stark eingeschränkte Typenauswahl von Foto­ diodenoberflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen strahlungs­ empfindlichen Sensor vorzuschlagen, der in der Lage ist, durch geeignete Anordnungen von Blendenöffnungen, Filterein­ sätzen und optischer Bauteile zur Strahlenführung eine projizierte Bildfläche selbsttätig punkt- und rasterförmig auszumessen unter Berücksichtigung eines geringen, tech­ nischen Aufwandes. Des weiteren soll der Sensor durch eine flache Bauweise gekennzeichnet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß auf einer geeigneten Auflage eine oder mehrere strahlungsempfind­ liche Flächen zeilen- oder rasterförmig plaziert sind. Beweg­ liche Blendenöffnungen und Filtereinsätze steuern den Lichteinfall der projizierten Bildfläche auf die Sensoren, indem die Blendenöffnungen mit oder ohne Filtereinsätze schrittweise und parallel über die Sensoren hinweg bewegt werden. Die Größe der Blendenöffnungen bestimmen die ein­ zelnen Meßfeldgrößen innerhalb der Bildfläche.

Ein selbsttätig arbeitender Meßkanalumschalter führt die in den Sensoren entstandenen elektrischen Impulse den jeweils vorbestimmten elektronischen Komponenten zur weiteren Auf­ arbeitung zu. Die Schaltzustände des Meßkanalumschalters sowie der Einschaltzeitpunkt und die Einschaltdauer der Sensoren sind abhängig von der augenblicklichen räumlichen Lage der Blendenöffnungen bzw. der verschiedenen Filterein­ sätze. Dadurch können mit jeder einzelnen strahlungsempfind­ lichen Fläche oder einzelner Flächenabschnitte verschiedene Meßkriterien gleichzeitig erfaßt werden, wie z.B. die Er­ fassung der spektralen Zusammensetzung der Strahlung in den einzelnen Meßpunkten innerhalb der Bildfläche. Zusätzlich bewegt sich die gesamte Geräteanordnung parallel zur proji­ zierten Bildfläche, wobei die gesamte Bildfläche raster­ förmig ausgemessen wird.

Eine weitere Variante der Meßwertaufnahme besteht darin, daß die einzelnen Blendenöffnungen und Filtereinsätze bogen­ förmig über die Sensoren bewegt werden im Zusammenwirken mit geeigneten strahlenführenden, optischen Bauteilen. Die augen­ blickliche Winkelstellung der Blendenöffnung zum Sensor be­ stimmt dabei den Meßpunkt in der projizierten Bildfläche.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß mit einem geringen, technischen Aufwand eine selbst­ tätige, rasterförmige Meßwerterfassung der gesamten Bild­ fläche ermöglicht wird. Innerhalb eines Meßvorganges kann gleichzeitig in verschiedenen Meßkanälen gemessen werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, einzelne Meßwerte so zu korrigieren, daß die Ausgangslage des Impulsursprunges berücksichtigt werden kann. Des weiteren zeichnet sich der Sensor durch flache Bauweise aus. Dadurch findet der Sensor auch in Geräten mit beengten Platzverhältnissen Verwendung.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert.

Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Sensors mit da­ rüberliegendem Blendenband mit den dazugehörenden Antriebselementen, dargestellt in der Draufsicht.

Fig. 2 einen schematischen Aufbau wie in Fig. 1 darge­ stellt jedoch mit integrierten Linsen, darge­ stellt in der Vorderansicht.

Fig. 3 eine weitere schematische Ausführungsform eines Blendenbandes, dargestellt in der Draufsicht.

Fig. 4 schematisch ein Blendenband mit Filtereinsätzen für schmale, strahlungsempfindliche Flächen, darge­ stellt in der Draufsicht.

Fig. 5 eine weitere schematische Ausführungsform eines Blendenbandes für schmale, strahlungsempfindliche Flächen, dargestellt in der Draufsicht.

Fig. 6 einen möglichen schematischen Schaltungsaufbau eines Meßkanalumschalters.

Fig. 7 den schematischen Aufbau eines drehbaren Zylinder­ mantels mit verschiedenen integrierten Komponenten, dargestellt in der Vorderansicht.

Fig. 8 einen schematischen Ausschnitt aus einem Zylinder­ mantel mit eingebautem Linsenprisma und Raster­ blende, dargestellt in der Draufsicht.

Fig. 9 die schematische Anordnung eines Linsenprismas mit darüberliegender Rasterblende, dargestellt in der Vorderansicht.

Fig. 10 den schematischen Aufbau eines Linsenprismas mit Rasterblende und verschiedenen Ablenkprismen, dargestellt in der Vorderansicht.

Fig. 11 den schematischen Aufbau wie in Fig. 10 dargestellt, jedoch tritt das Strahlenbündel rechts von der Mittelachse aus, dargestellt in der Vorderansicht.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines strahlungs­ empfindlichen Sensors, dargestellt in der Draufsicht. Ein endlos Blendenband (1) mit integrierten Blendenöffnungen (2) und Filtereinsätzen (7) wird über zwei Umlenkrollen ge­ führt. Der Antrieb des Bandes erfolgt durch einen Motor (5) mit angekoppeltem Getriebe (4).

Auf einer geeigneten Auflage sind einzelne strahlungsempfind­ liche Flächen (6) derart plaziert, daß bei einer Vorwärtsbe­ wegung der gesamten Anordnung in Pfeilrichtung zusammen­ hängende Meßfeldzeilen (3) entstehen. Bedingt durch das um­ laufende, lichtdichte Blendenband (1) wird jede einzelne strahlungsempfindliche Fläche (6) abwechselnd durch die Blendenöffnung (2) oder durch die Filtereinsätze (7) be­ lichtet. Die unterschiedlichen Filtereinsätze (7) ermög­ lichen z.B. Messungen in verschiedenen Spektralbereichen.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines strahlungs­ empfindlichen Sensors, dargestellt in der Vorderansicht. Auf einer geeigneten Auflage befinden sich zwei Reihen strahlungsempfindlicher Flächen (6). Parallel zu diesen Flächen bewegt sich das Blendenband (1) mit den integrierten Blendenöffnungen (2) und den Filtereinsätzen (7). Die Anord­ nung einzelner Linsen (8) bündeln die einfallende Strahlung entsprechend der Größe der strahlungsempfindlichen Flächen (6) der Sensoren.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Blenden­ bandes, dargestellt in der Draufsicht.

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine längliche, strah­ lungsempfindliche Fläche (10) verwendet. Die Blendenöffnung (2) und die Filtereinsätze (7) des Blendenbandes (1) werden staffelförmig angeordnet. Das Blendenband (1) bewegt sich in Pfleilrichtung. Es entsteht eine fortlaufende Teil­ flächenbelichtung auf der strahlungsempfindlichen Fläche (10), so daß wiederum einzelne Meßfelder (3) entstehen. Ein ge­ eigneter Meßkanalumschalter aktiviert die strahlungsempfind­ liche Fläche (10) über die Kodiermarken (9).

Fig. 4 zeigt in der Draufsicht ein weiteres Ausführungs­ beispiel eines Blendenbandes, dargestellt in der Draufsicht. Die strahlungsempfindliche Fläche (12) eines CCD-Sensors wird von einem Blendenband (1) in Pfeilrichtung passiert. Die Belichtung der strahlungsempfindlichen Fläche (12) erfolgt durch die Blendenöffnungen und durch die Filterein­ sätze (11).

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Blenden­ bandes, dargestellt in der Draufsicht. Eine langgezogene, strahlungsempfindliche Fläche (10) wird längsseitig zur Bewegungsrichtung des Blendenbandes (1) an­ geordnet. Das Blendenband (1) bewegt sich in Pfeilrichtung. Die Blendenöffnung (2) passiert die Fläche (10) und an­ schließend den Filtereinsatz (7). Dadurch wird die strah­ lungsempfindliche Fläche (10) fortlaufend belichtet. Es ent­ stehen einzelne Meßfelder.

Fig. 6 zeigt einen möglichen schematischen Schaltungsauf­ bau eines Meßkanalumschalters. Je nach der Schalterstellung (13, 14) gelangen die elektri­ schen Impulse von der strahlungsempfindlichen Fläche (6) in den vorgesehenen Kanalverstärker (15) und bei Bedarf noch zusätzlich in eine Korrekturschaltung (16). Der Meßkanalum­ schalter (17) arbeitet selbsttätig und steuert zusätzlich die Einschaltdauer sowie den Einschaltzeitpunkt der strah­ lungsempfindlichen Fläche (6).

Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau eines stralungs­ empfindlichen Sensors unter Verwendung eines drehbaren Zylindermantels, dargestellt in der Vorderansicht. Ein Zylindermantel (27) lagert drehbar in vier Führungs­ rollen (20). Der Antrieb erfolgt über einen Motor (21) mit einem angekoppelten Getriebe (22). In die Wandung des Zylin­ dermantels (27) werden an vier verschiedenen Stellen optische Komponenten eingebaut. An der oben liegenden Seite der Linse (23) wird eine Blende (24) angeordnet. An der Linsenunter­ seite befinden sich ein Ablenkprisma (25) und ein Filter (26). Zwischen der projizierten Bildfläche (18) bzw. der Vorlage und dem Zylindermantel (27) befindet sich ein größeres Ab­ lenkprisma (19). Im Innern des Zylindermantels (27) wird die strahlungsempfindliche Fläche (29) mit einem darüberliegenden Ablenkprisma (28) angeordnet.

Eine Blende (24) begrenzt das einfallende Strahlenbündel (30). Das Ablenkprisma (19) leitet das Strahlenbündel (30) senk­ recht auf die Linse (23). An der unteren Linsenfläche wird das Strahlenbündel (30) nochmals umgelenkt und gelangt durch das Filter (26) auf das Ablenkprisma (28) und von dort senk­ recht auf die strahlungsempfindliche Fläche (29) des Sensors. Durch die gemeinsame, fortlaufende Drehbewegung der Kompo­ nenten (23, 24, 25, 26) werden weitere Strahlenbündel innerhalb einer Zeile erfaßt.

Eine geeignete Ansteuerschaltung legt die Einschaltdauer und den Einschaltzeitpunkt der strahlungsempfindlichen Fläche (29) fest. Dadurch entstehen genau definierbare Meßfelder bzw. Meßfeldzeilen in der Bildfläche.

Zusätzlich kann die gesamte Anordnung noch eine lineare Be­ wegung zur projizierten Bildfläche durchführen. Somit wird die ganze Bildfläche rasterförmig ausgemessen. Durch die Verwendung verschiedener Filter (26) können verschiedene Meßkanäle mit einer Umdrehung des Zylindermantels erfaßt werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ergänzung zu Fig. 7, darge­ stellt in der Draufsicht. Anstelle einer einzelnen Linse kann auch ein Linsenprisma (32) in den Zylindermantel (27) eingebaut werden. Über dem Linsenprisma (32) befindet sich eine Rasterblende (31). Diese Anordnung ermöglicht einen großen Erfassungswinkel in der Bildebene. Jedem Blendenausschnitt kann ein Sensor zuge­ ordnet werden.

Fig. 9 zeigt eine Anordnung des Linsenprismas, dargestellt in der Vorderansicht. Über dem Linsenprisma (32) befindet sich eine zweireihige Rasterblende (31).

Fig. 10 zeigt eine optische Anordnung eines Linsenprismas, dargestellt in der Vorderansicht. Über dem Linsenprisma (32) befindet sich eine zweireihige Rasterblende (31). An der unteren Seite des Linsenprisma werden zwei verschiedene Ablenkprismen (33, 34) angeordnet. Ein senkrecht einfallendes Strahlenbündel (30) wird durch das Ablenkprisma (33) gegenüber der Mittelachse (35) nach links zu dem Meßort (36) verschoben.

Fig. 11 zeigt eine optische Anordnung wie in Fig. 10 be­ schrieben, jedoch wird das Strahlenbündel (30) nach rechts gegenüber der Mittelachse (35) zum Meßort (37) abgelenkt. Mit der Anordnung unterschiedlicher Ablenkprismen (33, 34) wird erreicht, daß ein einfallendes Strahlenbündel (30) mit gleichem Einfallswinkel auf verschiedene Meßorte (36, 37) gelenkt werden kann. Jedem Ablenkprisma (33, 34) ist eine Reihe der Rasterblende (31) zugeordnet.

Stückliste

 1 Blendenband
 2 Blendenöffnung
 3 Meßfeld/Meßfeldzeile
 4 Getriebe
 5 Motor
 6 strahlungsempfindliche Fläche
 7 Filtereinsatz
 8 Linse
 9 Kodiermarke
10 strahlungsempfindliche Fläche
11 Filtereinsatz
12 strahlungsempfindliche Fläche CCD
13 Schalter
14 Schalter
15 Meßkanalverstärker
16 Korrekturschaltung
17 Meßkanalumschalter
18 Vorlage/projizierte Bildfläche
19 Ablenkprisma
20 Führungsrolle
21 Motor
22 Getriebe
23 Linse
24 Blende
25 Ablenkprisma
26 Filter
27 Zylindermantel
28 Ablenkprisma
29 strahlungsempfindliche Fläche
30 Strahlenbündel
31 Rasterblende
32 Linsenprisma
33 Ablenkprisma
34 Ablenkprisma
35 Mittelachse
36 Meßort links der Mittelachse
37 Meßort rechts der Mittelachse

Claims (7)

1. Strahlungsempfindlicher Sensor für projizierte Bildflächen dadurch gekennzeichnet, daß durch ein beweg­ liches Blendenband (1) mit verschiedenen Plazierungen integrierter Blendenöffnungen (2), Filtereinsätzen (7, 11) und Linsen (8) oder durch einen drehbaren Zylindermantel (27) mit geeigneten Anordnungen verschiedener Komponenten (19, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 33, 34) eine Bildabtastung erfolgt, indem das Blendenband (1) eine lineare Bewegung durchführt oder der Zylindermantel (27) eine Drehbewegung ausführt und die Erfassung der augenblicklichen räumlichen Lage (9) der Komponenten (2, 7, 8, 11, 23, 24, 26, 31, 32) dazu dient, den Zeit­ punkt und die Einschaltdauer der strahlungsempfindlichen Flächen (6, 10, 12, 29) zu bestimmen sowie den Schaltzustand (13, 14) eines selbsttätigen Meßkanalumschalters (17) zu steuern, wobei das Blendenband (1) oder der Zylindermantel (27) gegenüber der projizierten Bildfläche (18) eine rela­ tive Bewegung durchführen kann.

2. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Flächen (6) der Sensoren flächendeckend aber reihenversetzt angeordnet sind.

3. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Flächen (29) der Sensoren innerhalb des Zylindermantels (27) angeordnet sind.

4. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß über der strahlungsempfindlichen Fläche (29) der Sensoren ein Ablenkprisma (28) angeordnet ist, mit dessen Hilfe das einfallende Strahlenbündel (30) senkrecht auf die strahlungsempfindliche Fläche (29) des Sensors fällt.

5. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung verschie­ dener Ablenkprismen (33, 34) hinter den Linsen (23, 32) das einfallende Strahlenbündel (30) an unterschiedlichen Meß­ orten (36, 37) auf die strahlungsempfindlichen Flächen (29) der Sensoren fällt.

6. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bildfläche (18) und der Linse (23, 32) ein Ablenkprisma (19) angeordnet ist, damit das Strahlenbündel (30) senkrecht auf die Linse (23, 32) fällt.

7. Strahlungsempfindlicher Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß über dem Linsenprisma (32) eine Rasterblende (31) angeordnet ist.