DE1547339A1 - Anordnung zur Erhoehung des Aufloesungsvermoegens optischer Systeme - Google Patents

Description

Anordnung zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme mit einer die Höhe der übertragbaren räumlichen Frequenzen begrenzenden Aperturblende.

Ein bestimmtes optisches System tiberträgt nur einen bestimmten Bereich räumlicher Frequenzen. Im allgemeinen wird dieser Bereich desto größer sein, je höher die Qualität des optischen Systems ist. Der Begriff "räumliche Frequenz" ist aus der Filtertheorie der optischen Abbildung entlehnt und bezieht sich auf den Abstand zweier abzubildender Punkte. Im gleichen Zusammenhang wird unter dem Begriff Grenzfrequenz die obere Grenze des Frequenzbereiches verstanden, die ein bestimmtes optisches System vom Objekt zur Bildebene übertragen kann.

Der so definierte Begriff der Grenzfrequenz fällt mit dem in der üblichen Darstellungsweile gebrauchten Begriff Auflösungsvermögen weitgehend zusammen. Diese Tatbestände werden in der Veröffentlichung "Applied

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Optics", Band 3, Nr. 7, September 1964, Seiten 1037 bis 1043, Superresolution for Nonbirefringent Objects, von A. W. Lohmann und D. P. Paris näher erläutert.

Es sind eine Reihe von Verfahren zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme oder, in anderer Ausdrucks weise, zur Erhöhung der Grenzfrequenz solcher Systeme bekannt, bei denen Elemente des Systems mechanisch bewegt werden müssen. Ein derartiges Verfahren wird in der obengenannten Literatur stelle beschrieben.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Anordnung zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme mit einer die Höhe der übertragbaren räumlichen Frequenzen begrenzenden Aperturblende anzugeben, bei der keine mechanisch bewegten .Teile erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Anordnung zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme mit einer die Höhe der übertragbaren räumlichen Frequenzen begrenzenden Aperturblende gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem optischen System ein. erstes Beugungsgitter zur Erzeugung von Summen- und Differenzfrquenzen der räumlichen Frequenzen des Beugungsgitters und des abztfcildenden Objektes angeordnet ist, wobei die Richtungen der Periodizitätsachsen des Beugungsgitters und des Objektes unterschiedlich sind, daß ferner im hinteren Brennpunkt der ersten Linse eine Blende angeordnet ist, die nur die Beugungsfiguren der dem Beugungsgitter entsprechenden Raumfrequenz sowie die Beugungsfiguren der Differenzfrequenz durchläßt, und daÄ ein zweites, die gleichen räumlichen Frequenzen erzeugendes und in gleicher Weise orientiertes Beugungsgitter zwischen den Linsen des optischen Systems angeordnet ist, das die räumlichen Frequenzen des zu übertragenden Bildes wieder herstellt.

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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Systemausganges eine vorzugsweise als Schlitzblende ausgebildete Maske zum Ausblenden störender räumlicher Frequenzen angeordnet ist.

Eine andere besonders vorteilhaftes Auführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu übertragenden Bild und der die Abbildung aufnehmenden Unterlage eine Relativbewegung stattfindet, um durch die Übertragung erzeugte periodische Störungen zu verwischen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß das abzubildende Objekt Änderungen seiner Beschaffenheit, beispielsweise seiner Transparenz, nur in einer Richtung aufweist und daß diese Richtung von den Richtungen der periodischen Änderungen der besagten modulierenden Elemente abweicht.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zur Erläuterung des Erfindungsgegenetandes dienende schematische Darstellung eines optischen Systems;

Fig. 2 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A u. Darstellung der Strahlungszustände in den verschiedenen Ebenen des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichtung der Arbeitsweise eines erfindung sg emäß en Ausführung sb ei spiel s;

Fig. 3A_f Darstellungen der Strahlung szustände in einzelnen Ebenen der

3Bu.3C . , „„„. ,

Anordnung gemäß Fig. 3;

909847/0287 Pi₅₄₇ 339.9

Pig. Λ ' ein weiteres AuaführungstJeispiel des Brfindungsgedankenej ·

Pig» 4A, kB, Darstellungen von Strahlungszuständen in JJj ^u* einseinen Ebenen der Anordnung gemäß Fig. 4. .· ~ · '

Bevor auf eine nähere Beschreibung der Erfindung eingegangen wird» werden im Zusammenhang mit der in Pig· 1 dargestellten Anordnung die Nachteile der bisher bekannten optischen Systeme beschrieben· ,

Die Elemente des in Pig« 1 dargestellten optiaohen Systems sind entlang der optischen Achse OX angeordnet· Zur Vereinfachung der Darstellungen sind zwölf zur optischen Achse senkrecht liegende Ebenen vorgesehen» die mit den Bezugsselohen PI - P12 bezeichnet sind. Eine nahezu punktförmige Lichtquelle 20 let in der Ebene Pt angeordnet« fcur Vereinfachung der folgenden Erklärungen wird angenommen, daß die lichtquelle 20 «onochroeatische· Licht erzeugt. Ein Objekt al 1st in der Ebene f}_$ 5 Linsen L1 - £0 sind auf der optischen Achse OX in den Ebenen PZ, P5, Pf» P9 und £11 angeordnet» während der Schirm 24 in der Ebene P1i und •ine Maske oder eine Blende 25 in der Ebene H angeordnet 1st. Die mead* 85 NfMuit au* undurohl«**i#** Heterlal und wetit in ihrer Mittt einen durchlKealgefi Bereich; auf. Sur weiteren Vereinfachung d$r Darstellung wird angenommen, daß da· Objekt fil au« eine» einfachen Beugungsgitter besteht. Die Richtung der periodischen Änderungen dieses Gitters ist senkrecht· Das heißt« die undurchsichtigen linienförnigen Bereiche des Objektes 21 stehen senkrecht zu einer horizontalen Achse, die als Periodizitütseohse bezeichnet wird. Die Linson LI - L5 haben gleiche Brenn-weiten. Die Entfernungen zwischen den Ebenen P1 und P2ji " »wischen den Ebenen P5 und V6; c zwischen den Ebenen Ρβ und P7; ' zwicchen

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den Ebenen P9 und PlO und zwischen den Ebenen PlO und Pll sind gleich den Brennwelten dieser Linsen. Die Abstände zwischen den anderen Ebenen sind so gewählt» daß auf den Sohirro 24 die Abbildung des Objektes 21 erscheint. Insbesondere sind die Abstände zwischen den Ebenen P2 und P5 (mit a bezeichnet)} zwischen den Ebenen P7 und P9 (mit 2f bezeichnet) und zwischen den Ebenen Pll und P 12 (mit b bezeichnet) so gewühlt, daß die Qleichung a + b · 2f gilt. Es sei noch darauf hingewiesen» daß zur Vereinfachung der Darstellung die Abstände zwischen den einzelnen Elementen der Fig. 1 nioht maßstäblich sind. Die Öffnung in der Maske 25 wird als Aperturblende de3 Systems bezeichnet. Durch diese Blende wird eint Vignetderung vermieden» da der Durchmesser der Öffnung geringer als der Durchmesser der Linse L2 ist. Xn vielen optischen Systemen fehlt ein die Apertur bestimmendes Element» da die Apertur in diesen Systemen duroh die Eigenschaften der anderen Elemente» beispielsweise durch die äußeren Begrenzungen verschiedener Linsen bestimmt wird. Zur Vereinfachung der Darstellung und der besseren Übersicht halber 1st in diesem AusfUhrungsbeispiel ein besonderes die Apertur bestimmendes Element 25 vorgesehen· Ea ist jedoch einzusehen» daß ein besonderes» die Apertur bestimmendes Element nicht erforderlich ist. Di« Linsen L2 und L3 und die- Blende 25 bilden •in telezentrisch^ optisches System,mit desäen Hilfe die"vorliegende Erfindung «rlXuttrt wird. Es i»t jedoch leicht einzusehen» daS dl* vorliegende Erfindung auch im Zusammen-* hang mit anderen optischen Systemen beliebiger Kompliziertheit von Nutzen ist*

Mit Hilfe de· in Fig. t dargestellten optischen Systems wird ein Bild des Objekt·· 21 auf den in der Ebene P12 liegenden Schirm 24 projiziert. Dabei v.erscheint olne

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Beugungoflgur In der Bbene P6. Daa Objekt 21 ist dabei so ausgeführt, daß die In der Ebeno ?6 erscheinende Beugungafigur aus einer Reihe von Funkten bo3teht. Dieses · Beugungsgitter 1st weiterhin so ausgebildet» daß die Beuguntismaxlma oroter Ordnung voriiorroöhen, was beispielsweise bei einem Sinusgitter der Fall ist.*Eo oraohelnen daher drei Punkto In der Ebene P6, die auf einer horizontalen Geradeil logon. Diese Gerade 1st alt der Periodizitätaachee des Objektes 21 parallel. Dqt Abstand zwischen den Punkten In dor Ebeno P6 hängt von der räumlichen Frequenz» d. h. von dem Abstand der undurchalchtlgen Linien des Objektes 21 ab. Hat das Gitter eine hohe räumliche Frequenz» d. h, liegen die undurchsichtigen Linienbereiche sehr nahe aneinander» so liegen die Punkte In der Ebene P6 weiter auseinander, während bei einer niedrigen räumlichen Frequenz« d. h. bei größeren Abständen ewlsohon den undurchsichtigen Oerelohcn dos Olltore die Punkte näher beieinander liegen» Die Ausnehmung in der Blende 25 hat einen vorgegebenen Durohmesser* so dad bei einer zu hohen räumlichen Frequenz des Gittere 21 die auf Maxima der ersten Ordnung' beruhenden Punkte In der Ebene Po auOerhalb dieser Öffnung liegen« so da0 kein Lloht mit Information»inhalt durch dio Ebene ?6 zum Schirm 24 Übertragen werden kann. £3 wird dabei zwar das Licht der Maxima nullter Ordnung der Beugungaflgur Übertragen« diese· Licht enthält aber keinerlei Informationen. Die

Frequenz des Objekte 21«die den durch die Maxima erster Ordnung in der Ebene P6 erzeugten Punkten entsprechen« deren Abstand grüßor als der Durohmesser der Blendenöffnung 1st« wird als die obere Orenzfroquena des optischen Systems bezeichnet. Die vorliegende Erfindung betrifft ein· Anordnung zur übertragung von räumlichen Prquenztn, die oberhalb der Qrenzfrequenz des Systems liegen.

Bine erste einfaohe AusfUhrungsform dos Srflndungegedankcna wird in Flg. 2 wiedergegeben. Das in dieser Figur dargestellte optische System 1st dem In Flg. 1 dargestellten ähnlich. Es sind Jodoch zusätzliche Elemente vorgesehen,

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dl· ea ermöglichen, ohne Vergrößerung der BlendenttlTnung in der Bbene P6 ein breiteres Frequenzband als mit der In der Flg. 1 dargestellten Anordnung zu Übertragen* Diese zusätzlichem Elemente cind Beugungsgitter 26 und 27« die in den Ebenen P4 und Ρθ liegen. Die Beugungsgitter 26 und 27 haben eine PerlodlzltHtsaohee· die mit der Periodizittttsachee des Objektes 21 in der Ebene P? •Inen Winkel von 43 Qrad einaohließt. Die Abstünde . swisohen den Ebenen P4 und PS und den Ebenen P7 und i*8 •lud gleich der alt f beeelohnoton Brennweite:: der Linoen« nobel ein Bild dos Elementes 26 auf dem Element 27 er« seugt wird. Bei den dargestellten Beugungsgittern handelt •β sloh der Einfachheit halber um Gitter« bei denen die Maxina der ersten Ordnung vorherrschen· Wie noch im einseinen su erläutern sein wird» gestattet dlo gemeinsame Vlrlcung der Beugungsgitter 26 und 27 die Übertragung eines breiteren räumlichen Frequent bande β. . _;/

Di· Anordnung gemXB Flg. 2 weist auch eine suUUtsllohe Maske 28 auf« die in der Bbene PlO angeordnet 1st. Dl· in der Bbene PlO angeordnete Maske besteht aus undurohslohtigem Material und weist einen relativ sohmalen durch« sichtigen horizontalen Sohllts auf« MIe nooh apUter orlMutert «lrd_# dient diese Maske daeu» dl· Abbildung de· ¹^ *^lTi9t' *ur reriodiiititsaoh·· senkrechten tu vrwisehen. --.γ·. ■-,.. ^^!:^·.-·'.^^-:^;:.^1:,

to tür Verdeutlichung dieser Vorgänge wird dl· in der Bbene

° P6 auftretende Beugungefigur In FIg· 2A und die in der

Bbene PlO auftretende Beugungsfigur In der Flg. 2B ver-

-j größert dargestellt« Dl· Objekt· 22 und 26 erzeugen in

ο der Bbene P6 eine Beugungefigur, dl· folgende Elemente

£ enthält!

. —

a) Ein« vom Objiki JJ »//#//» ^r2ougte Bougungsflcur;

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b) eine von der Figur 26 allein erzeugte Beugungsflgur; . ·

o) die fieugungsfigur eines Objektes»dessen räumliche Frequenzen gleloh der vektoriellon Summe der räumlichen Frequenzen der Objekte 21 und 26 Bind; • ■

■ d) die Beugungefigur eines Objektes* dessen räumliche Frequenzen gleloh der vektoriellen Differenz zwieohen den rttunliohen Frequenzen der Objekte und 26 sind·

Die diese Figuren bildenden Punkte sind in Flg. 2A darge~ ■ «teilt« Die Punkte B und B* stellen eine Beugungsfigur dar« die duroh das Objekt 21 allein erzeugt wUrde. Be wird darauf hingewiesen, daß diese Punkte sich außerhalb der Öffnung in der Maske 25 befinden. Die Punkte 0 und 0 stellen eine Beugungsfigur dar, die duroh die Maske 26 allein dargestellt wUrde· Die Punkte A, A¹, C¹ und D¹ stellen dl« vektoriellen Summen-und Differenzfrequenzen dar· C*stellt die Vektorsumme von B und C dar, wobei A die Vektorsumne von C und B* 1st. 0* 1st die Vektorsumme von D und B' und A* 1st dl· Vektoreumme von D und B. Öle vektorielle Addition der Frequenzen B und C zur Erzeugung des Punktes C* wird in der Flg. 2A durch die diokpunktiert dargestellten Pfeile (Vektoren) In Richtung auf die Punkt· B, Q und C* dargestellt. Die durch die Punkte A, A¹, C und D* dar* * gestellten Verbindungen können abweohselnd als Differenzfrequenzen dargestellt werden« Beispielsweise 1st der

Vektor A die vektorielle Differenz zwischen C-B.

——*·—_

Bsi wird darauf hingewiesen, daß die mit C, D, A und A¹ bezeichneten Punkte irnerhalb der öffnung in der Maske 25

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ließen. Dan duroh dlo Punkte A, A*, C und D verlaufende Licht enthält UIe gesamte zur Rekonstruktion deu Bildea des Objektes 21 erforderliohe Information· Die Frequenz und die Orientierung doa Oittorelements 26 muß εο gewählt worden, daß aioh die ergebenden« die BiIdinformation enthaltenden Sumroenfrequensfien ( das sind die Frequenzen A und A¹) innerhalb der Öffnung der Blende verlaufen. Beet 1mm te Werte betreffend die Richtung und dlo Frequenz des Oltters und die dabei erreichten Verbesserungen werden welter unten wiedergegeben·

Die in der Eben· PlO auf auftretende Beugungsfigur 1st das Ergebnis der Summ· der durch die Eben« P6 hindurchtretenden Frequenzen und der durch das Element 27 erzeug- -ten rüuinliohen Frequenzen. Die durch das Element 27 be-* dingten Frequenzen bestehen aus der Frequenz dieses Elements und den vektorlellen Summen dieser Frequenz mit jeder der anderen vorhandenen Frequenzen. Auf diese Weise werden in der Eben« PlO Punkte erzeugt, die den Punkten A und A¹, C und D entsprechen, da diese Frequenzen in den Licht, das duroh dl· Ebene P6 hindurchtritt, enthalten ist. Bs treten

jedoch keine Punkte auf »die ^n Punkten B, B¹, D¹ und C* entsprechen, da das diesen Punkten entsprechende Frequenzen enthaltende Licht nicht durch die Ebene P6 hindurchtreten konnte. Außer.^eüen Punkten A, A¹, C und D entsprechenden Punkten treten noch weitere Punkte in der Ebene PlO auf, die durch die räumlichen Frequenzen dos

Beueungsgittera 27 MUmt ^{ma der} "<**«*·"·« *«■· «™» Differenz zwisohen der Frequenz dieses Gittere und der den Punkten A, A*, C und D entsprechenden Frequenzen entstehen '

Da die Frequenz und die Orientierung des Beugungsgitters

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• ίο -

gleich der Frequenz und Orientierung deo 26 1st» werden die durch das Beugungsgitter Zf selbst eingeführte Proquenzen üaratollonden Punkto von doη Punkten C und D Überlagert. Die folgenden vier durch die vek~ torlellen Summen- und Differenzfrequenzen erzeugten Punkte erscheinen zusätzlich in der Ebene PlOt

' a) Der duroh die räumliche Frequenz erzeugte Punkt B*_t der auf der vektoriellan Summ· der dl· Punkte A und D erzeugenden räumlichen Frequenzen beruht;

b) der duroh dl« rUumliohe Frequenz erzeugt· Punkt K, der auf der vektorlellen Summ« der dl· Punkte A* und C bewirkenden raumlichen Frequenzen beruht)'

o) der auf der räumlichen Frequenz beruhende Punkt F¹,

, der auf der vektoriellen Summe der.die Punkte A*

und D bewirkenden räumlichen Frequenzen beruhtj'

d) der auf der räumllohen Frequenz beruhende Punkt P» der auf der die Punkte A und C bewirkenden räum·* Hohen Frequenzen beruht ·

Dl· Blende 28 bewirkt« daß die Eben· PlO nur in den Punkten B und B* von Licht durchsetzt werden kann. Es wird darauf hingewiesen« daß dl· Punkto B und B* die gleiche Lage wie dl· Punkt« B und B¹ in der Ebene< ?6 haben· Daher 1st das auf dem Schirm 24 erscheinende Bild eine genaue Abbildung des Objektes 21.

In Flg. 2 wird, wie schon vorhin erwähnt, ein vereinfachtes AusfUhrungabeispiel dargestellt. Die Vereinfachungen beziehen sich auf die Tatsache, daß die Lichtquelle 20 elno

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uo r»ionochro:.iatlßchu Lichtquelle let und UaJ daa Objokt 21 mit kohärentem parallelen Licht beleuohtet wird. DarUberhinaus besteht das Objekt Sl aua einem einfachen Beugungsgitter* ^{Ee wlrd im} folgenden noch gezeigt, wie die Erfindung auch auf Objekte mit Jeder beliebigen Verhinderung der Traneparonz ausgedehnt werden kann« Eo ist Jedoch zu bemerken, daß nur Objekte mit Veränderungen der Transparenz in einer Richtung ι Übertragen werden können. Es wird weiterhin gezeigt* wio die Erfindung auch auf Objekte aus* gedehnt wird, dl· mit Inkohärentem mehrfarbigem ti oh t beleihtet werden« , .-;·... :

In Pig· 3 wird eine Anordnung wiedergegeben» die es erlaubt» ein relativ kompliziertes Objekt 29 von der Ebene P2 tür Ebene P12 zu Übertragen. Aua dieser Figur geht auch hervor« ; weshalb die Aperturblende des Systeme des unmöglich maoht, ein genaues Abbild den Objektes zu Übertragen· Das System ,,,, - gentfiil Flg. 3 enthält die gleiche Llnson&nordnung wie die in den vorherigen Figuren dargestellten Systeme. In der Ebene P6 ist ebenfalls eine Aperturblende 25vorgeeehen.

Dos Objekt 29 weist Veränderungen seiner Transparenz nur in X~Riohtung auf· Dlose Transparenzttnderungen des Objektes 29 in X-Rlohtung werden in der Flg. 2A dargestellt» in der die Transparenz des Objektes 29 über der X-Achse aufgetragen 1st· Im folgenden wird die Aohae.in deren Richtung sieh ., __ die Transparenz des Objektes 29 verändert, d. h. die X-Achse, als PeriodizitKtsachse ides Objektes 29 pezeiohnet.

Das Objekt 29 erzeugt eine Beugungsfigur in der Ebene P6. Da das Objekt 29 ein Kontlnuum von räumlichen Frequenzen enthält» erscheint in der Ebene P6 an Stelle elnor Heteah1 von Punkten ein Lichtutretfen. Die Intensität dieses Lichtßtreifens verändert eich in I*Ungsrlchtung als Funktion der

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im Objekt 29 enthaltenen rHumlichen Frequenzen. Die In FIg· J dargestellte räumllohe Verteilung der Llohtlnteneltäten let nur beleplelswelee und stellt keine genaue Wiedergabe der Prauenhofer-Plguren eines Objektes mit der in Pig* JJA dargestellten Transparenzvertellung dar. Die genaue Form mit der von einem bestimmten Objekt erzeugten Beugungsfigur wird duroh die feirlertransformatlon und die Transparenzverteilung des Objekte bestimmt.

Die Anwesenheit der Maske 25 bewirkt, da0 nur ein Teil 4«8 Beugungsblldes duroh die Ebene P6 hinduroh Übertragen wird« Die Maske 2$ verhindert* daO die Randberelohe (die Informationen mit hohen Frequenzen enthalten) duroh die Ebene P6 Übertragen werden« so daß das in der Ebene P12 erzeugte Bild kein genaues Abbild des Objektes 29 1st· InjFigur }C wird die räumllohe Llohtvertellung der Abbildung entlang der X-Achse wiedergegeben. Aus diestr Figur 1st eine Versohleohterung der Abbildung aufgrund dee Verlustes der höheren räumlichen Frequenzen eu ersehen· Diese Erscheinung kann man bei jedem optischen System beobaohten, bei dem versucht wird« ein Bild eu Übertragen« dessen räumliche Frequenzen oberhalb der räuollohen Orenzfrequenten des Übertragenden Systems liegen·

In der Anordnung nach Pig. 4 sind die Beugungsgitter #6 und 37 in den Ebenen P4 und P8 angeordnet. Die PeriodIeItateaohsen der Beugungsgitter 26 und 27 sind zueinander parallel und schließen mit der Perlodlsitätsaohse des Objektes einen Winkel ein. Vie im zuerst beschriebenen AusfUhrungs-

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J _β.ν.h.x

belapicl 1st in dor Ebene Plü eine ßuhlitzblendo angeordnet, die verhindert, daß unerwünschte Signale zur Ebene P12 gelangen. In Flg. 4A wird die räumliche Verteilung der Transparenz dea Objektes 29 In Riohtung der X-Achoo und In Fig. 4C die Verteilung der Helligkeit des Bildes in der Ebene P12 in Riohtung der X-Aohse dargestellt. Durch das Vorhandensein der Beugungsgitter 36 und 37 ist die Flg. 40 Im wesentlichen gleich der Flg. 4A, woraus hervorgeht« daß ein genaues Bild des Objektes 29 in der Ebene P12 erscheint.

Au9 den Flg. 4B und 4C kann entnommen werden, weshalb des optlsohe System ein Bild übertragen kann» dessen räumliche Frequenzen Über der normalen Qrenzfrequenz des Systems liegen. In Fig. 4B 1st die Beugungsfigur dargestellt» die durch die Wirkung der Maske 36 In der Ebene P6 gebildet wird· Wie im zuerst beschriebenen AusfUhrungsbeispiel der Erfindung 1st auch das Beugungsgitter 36 so ausgebildet, dafl die Maxima der ersten Ordnung vorherrschen. Auf diese Weise erscheinen anstelle eines Lichtpunktes In der Darstellung nach Fig. 3B Jeweils drei Lichtpunktein der Beugungsfigur gemUfl der Flg. 4B. Da die tatsäohlicho Beugungsfigur *aus einem Punktkontinimm besteht, besteht die tatsächliche Beugungsfigur aufgrund dos Vorhandenseins der -Maske 36 aua drei Punktkontinua. Ba wird darauf hingewiesen, dad dleae drei Kontinua gegeneinander Jn X-Rlchtung veraohoben alnd. Das hat zur Folge, daß die Information der gesamten Beugungsfigur durch die kleine Öffnung der Maske 25 gelangt, obwohl die Randbereiohe der mit Q bezeichneten Figur und der rechte bzw. der linke Teil der mit J bzw. mit H bezeichneten Figur dleae Maake nioht durchsetzen können. Ba lat aber zu eraehen, daß durch die seitliche Versetzung der Bcugungsflguren H, O, J bewirkt wird, daS sowohl der reohte, der mittlere und der linke Boreich der Beugungsfiguren im Bereich der Öffnung der Macke 25 liegen.

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Die Randbereioho der figuren J und H entsprechen den In Flg. 2A dargestellten Punkten A und A*. Diejenigen Teile der Beugungsfigur, die durch die Ebene ?6 hindurohtreten» enthalten dio ganze zur Erzeugung elnea genauen Abbildes des Objektes 29 erforderliche Information. Dies« Information liegt aber wggen des Vorhandenseins des Beugungsgitters 36 In modulierter Form vor· Sie wird durch das Beugungsgitter 37t wie im Zusammenhang mit der Beschreibung des ersten AusfUhrungsbeispiels gezeigt» demoduliert. Dieses Beugungsgitter bewirkt, daß die in der Ebene PlO auftretenden Beugungsfiguren alle in der Ebene P6 vorliegenden rUumliohen Frequenzen; die durch dl· Maske 37 eingeführten Frequenzen und die vektorlellon Summen und Differenzen dieser Frequenzen enthalten.-Dieser Tatbestand 1st aus der Fig. 4C erslohtlich, die der Pig* 2B im ersten Ausftlhrungsbelopiel entspricht. Es wird darauf hingewiesen» daß in Fig. 2B die mittlere Gerade 3 Punkte» die darunter und darüber liegenden horizontalen Geraden 2 Punkte und die oberste und unterste Gerade Jeweils einen Punkt aufweisen· Die Gründe für das Vorliegen Jeder dieser Punkte wurden in vorgehenden erlüutort. In ähnlicher Welse weist in Flg. 4C die mittlere Oorade die vollständige Beugungaflgur auf (entsprechend den drol Punkten in Fig· 2B) während dl« darilber und darunter liegenden Geraden Jeweils zwei Drittel der vollständigen Figur (entsprechend den zwei Punkten in Flg. 2B) und die obersten und untersten Geraden Jeweils ein Drittel der Figur (entsprechend einem Punkt in Fig. 2B) aufweisen«

Di· Maske 28 bewirkt« daß nur bestimmte Teil· der Beugungsflgur durch die Ebene PlO hindurchtreten können» wodurch •in genaues Abbild des Objektes 29 auf dem Schirm 24 erzeugt wird. Die durch die Maske 28 unterdruckten Frequenzen weisen Komponenten auf» die von der X-Rlchtung abweichen.

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- is -

Dies« zusätzlichen Komponenten wurden durch das Vorhanden sein der Masken % und 37 eingeführt.

Öle Maske 28 stellt nur eine Möglichkeit dar« diese von der X-Rlchtung abweichende Komponenten enthaltenden rttumllohen Frequenzen su unterdrücken. Andere Verfahren Eur Verwischung dieser störenden Komponenten bestehen in der Verwendung von Zylinderlinsen oder eines photographieohen FlInes, der während der Aufnahme senkrecht eur X-Rlchtung bewege wird. Die in den vorbesohrlebenen Ausführungβbeispielen verwendeten Elemente zur Modulation und Demodulation des die Bildübertragung bewirkenden Lichtes sind Beugungsgitter. Bs ist Jedoch auch möglich, andere Arten von Elenenten mit sich In bestimmten Richtungen periodisch verändernden räumlichen Strukturen zu verwenden·

Wie solion erwähnt, kann die vorliegende Erfindung auoh mit nichtkohtirenten optieohen Systemen oder in Systemen mit nicht punktfönnlger Lichtquelle verwendet werden* Bei Verwendung einer flächenhaften Lichtquelle können bestimmte Schwierigkeiten vermieden werden, wenn die Entfernungen und die Brennwelten so gewählt werden* daß das modulierende Blonent und das ursprüngliche Objekt (bzw. dessen Abbildung) Im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen«

Die mit der Erfindung erzielbare Verbesserung der übertragungeelgenechaften eines optischen Systems 1st aus folgendem Zahlenbeispiel ersichtlich. Es wird eine Anordnung mit einer Aperturblende von k mm Durchmesser und einem durch Inkohärentes Licht von 5000 R Wellenlänge (grünes Licht) beleuchtetem Objekt verwendet. Durch die Verwendung von Nasken 26 und 27 mit einer rliuml ionen Frequenz von 330 Linien je mm und einer Richtung der

PeriodizitStsachsen, die mit der Periodizltätsachse des

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abzubildenden Objekts einen Winkel von JO⁰ einschließt. wird eine Krhöhung cicui Auriücuiii;3verniö_c;cn3 von i>()0
Je nun auf 750 Linien j· ma erreicht· Dartlberhlnaue wird Im Bereich der unter 500 Linien Je ran liegenden räumlichen Frequenzen ein wesentlich besserer Kontrast erzielt·

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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme mit einer die Höhe der übertragbaren räumlichen Frequenzen begrenzenden Aperturblende, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem optischen System (L2, L3, IA, L5) ein erstes Beugungsgitter (26 bzw. 36) zur Erzeugung von Summen- und Differenzfrequenzen der räumlichen Frequenzen des Beugungsgitters (26 bzw. 36) und des abzubildenden Objektes (21 bzw. 29) angeordnet ist, wobei die Richtungen der Periodizitätsachsen des Beugungsgitters (26 bzw. 36) und des Objekts (21 bzw. 29) unterschiedlich sind, daß ferner im hinteren Brennpunkt der ersten Linse (L2) eine Blende (25) angeordnet ist, die nur die Beugungsfiguren (C, D) der dem Beugungsgitter (26) entsprechenden Raumfrequenz sowie die Beugungsfiguren (A, A-) der Differenzfrequenz durchläßt, und daß ein zweites, die gleichen räumlichen Frequenzen erzeugendes und in gleicher Weise orientiertes Beugungsgitter (27 bzw. 37) zwischen den Linsen (L3, L4) des optischen Systems angeordnet ist, das die räumlichen Frequenzen des zu übertragenden Bildes (E, E* wieder herstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe

des Systemausganges eine vorzugsweise als Schlitzblende ausgebildete Maske (28) zum Ausblenden störender räumlicher Frequenzen angeordnet ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu übertragenden Bild und der die Abbildung aufnehmenden Unterlage eine Relativbewegung stattfindet, um durch die Übertragung erzeugte periodische Störungen zu verwischen.

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SA7339

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abzubildende Objekt (21 bzw. 29) Änderungen seiner Beschaffenheit, beispielsweise seiner Transparenz nur in einer Richtung aufweist und daß diese Richtung von den Richtungen der periodischen Änderungen der besagten modulierenden Elemente (26 bzw. 27) abweicht.

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