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Title:
SCANNING CAMERA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/028363
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a scanning camera (SC) comprising a two-dimensionally displaceable micro-mirror (SP) for scanning an object (OB) and for representing said image on an anastigmatic optoelectric sensor (SE), which is configured for converting an image that is scanned by time-division multiplexing into electric image data. According to the invention, the micro-mirror (SP) and the optoelectric sensor (SE) are arranged on one plane and a deflection mirror (US) is located in the optical path between the micro-mirror (SP) and the optoelectric sensor (SE).

Inventors:
BOCK GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/002703
Publication Date:
April 03, 2003
Filing Date:
July 23, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
BOCK GERHARD (DE)
International Classes:
H04N5/225; H04N3/08; H04N101/00; (IPC1-7): H04N3/08
Domestic Patent References:
WO2001033258A12001-05-10
Foreign References:
FR2703475A11994-10-07
US5612736A1997-03-18
US6155490A2000-12-05
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. ScanningKamera (SC) mit einem zweidimensional beweglichen Mikrospiegel (SP) zur Abtastung eines Objektes (OB) und zur Abbildung auf einen punktförmigen optoelektrischen Sensor (SE), der zur Umset zung eines im Zeitmultiplex abgetasteten Bildes in elektri sche Bilddaten ausgebildet ist, wobei der Mikrospiegel (SP) und der optoelektrische Sensor (SE) in einer Ebene angeordnet sind, und wobei ein Umlenkspiegel (US) im optischen Weg zwischen Mikrospiegel (SP) und optoelektrischen Sensor (SE) angeord net ist.
2. ScanningKamera (SC) nach Anspruch 1, bei der der Mikrospiegel (SP) und der optoelektrische Sensor (SE) mit einer Glasplatte (GP) abgedeckt sind, wobei der Um lenkspiegel (US) durch eine zumindest teilweise Verspiegelung der Glasplatte (GP) realisiert ist.
3. ScanningKamera (SC) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Mikrospiegel (SP) und der optoelektrische Sensor (SE) auf einem einzigen Chip (CP) angeordnet sind.
Description:
Beschreibung Scanning-Kamera Die Erfindung betrifft eine sogenannte Scanning-Kamera.

Die heute in elektronischen Kameras beziehungsweise Digital- kameras, Camcordern und Bildtelefonen eingesetzten opto- elektrischen Bildsensoren basieren auf Halbleiterchips mit einem Array von lichtempfindlichen Elementen, sogenannten Pi- xeln. Zur Abbildung eines Objektes auf diesen Sensor ist eine Linsenoptik vorgesehen, die im einfachsten Fall aus einer einzigen Linse besteht. Eine solche Optik ist mit Verzerrun- gen behaftet, sie benötigt eine Scharfstellung oder ist an einen fest vorgegebenen Entfernungsbereich gebunden, und sie ist in ihrer Auflösung beschränkt.

Die Hersteller der eingangs genannten Geräte streben eine Re- duzierung von Gewicht, Aufbauvolumen und der Kosten an. Die Linsenbrennweite und der Abstand der Linse vom Bildsensor ist durch die Sensordiagonale und den Aufnahmewinkel der Kamera fest vorgegeben. Eine weitere Miniaturisierung durch eine Verkleinerung der Sensordiagonale und damit der Pixelgrösse erfordert eine deutlich höherwertige und damit auch teurere Optik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kleinere und doch kostengünstige Kamera anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan- spruch angegebene Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kamera wird keine Linse mehr benö- tigt und alle optischen Eigenschaften können deutlich verbes- sert werden.

Das Aufbauvolumen ist bei der erfindungsgemäßen Scanning- Kamera verglichen mit den herkömmlichen Kameras mit Optik und Sensor-Array drastisch reduziert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zei- gen : Figur 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Scan- ning-Kamera, Figur 2 und 3 Ausführungsformen für einen dabei verwendeten Mikrospiegel, und Figur 4 eine Implementierung der erfindungsgemäßen Scanning- Kamera auf einem Chip.

Die erfindungsgemäße Scanning-Kamera (SC) benutzt ein neuar- tiges Bildaufnahmesystem. Im Prinzip scannt ein zweiachsig kippbarer beziehungsweise schwenkbarer Mikrospiegel die Umge- bung beziehungsweise ein Objekt rasterweise ab und lenkt den Lichtstrahl auf ein beispielsweise einzelnes Lichtdetektor- element beziehungsweise opto-elektrischen Sensor.

Wie in Figur 1 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Scan- ning-Kamera SC einen punktförmigen Bildaufnahmesensor SE auf.

Der Sensor SE besteht aus einem Element beziehungsweise einem Pixel. Insbesondere bei einer Farbkamera können mehrere Pixel vorgesehen sein, die für die verschiedenen Farben empfindlich sind. Der Bildaufnahmesensor SE kann beispielsweise durch ei- nen Fototransistor, einen CCD-Chip oder durch einen CMOS- Baustein realisiert sein.

Weiter weist die Scanning-Kamera SC eine Ablenkeinheit auf, die durch einen Mikrospiegel SP realisiert ist. Erfindungsge- mäß tastet der Mikrospiegel SP ein Objekt OB zweidimensional ab. Der Mikrospiegel SP ist dazu zweiachsig kippbar ausgebil- det. Vorzugsweise stehen diese beiden Kippachsen senkrecht aufeinander Diese Kippbewegung ist in der Figur 1 durch die beiden Doppelpfeile (nicht näher bezeichnet) symbolisch dar- gestellt. Der abgetastete Raumwinkel wird auf den Sensor SE gelenkt beziehungsweise reflektiert. Hierdurch werden alle Elemente eines aufzunehmenden Bildes im Zeitmultiplexverfah- ren abgetastet und vom Sensor SE in Bilddaten umgesetzt.

Die Ablenkeinheit beziehungsweise der Mikrospiegel SP kann beispielsweise durch sogenannte mikromechanische Elemente (MEMS-Anordnungen) realisiert sein. Ein Überblick über solche Bauelemente kann beispielsweise im Internet unter der URL <BR> <BR> http : //mems. colorado. edu/cl. res. ppt/ppt/oe. review abgefragt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Scanning-Kamera SC reduziert sich der lichtempfindliche Sensor SE auf nur einen einzigen Bild- punkt, wobei alle Elemente eines aufzunehmenden Bildes bezie- hungsweise eines Objektes OB im Zeitmultiplex aufgenommen werden. Prinzipbedingt kann auf eine Kollimationsoptik ver- zichtet werden, womit auch das Fokussieren auf die Bildent- fernung entfällt.

In Figur 2 ist eine mögliche Realisierungsform für den Mikro- spiegel SP durch ein mikromechanisches Element dargestellt.

Das mikromechanische Element besteht vorzugsweise aus Silizi- um, aus dem eine bewegliche Zunge Z herausgeätzt ist. Die Zunge Z kann senkrecht zur Zeichnungsebene ausgelenkt werden, beispielsweise mit einer Frequenz von ca. 30 bis 40 KHz. Die- se Bewegungsrichtung ist durch einen Doppelpfeil Pl symbo- lisch dargestellt. Der in Figur 2 dargestellt Mikrospiegel SP kann weiter in der Zeichnungsebene gedreht werden, beispiels- weise mit einer Frequenz von 50 Hz. Diese Bewegungsrichtung ist durch einen Doppelpfeil P2 symbolisch dargestellt.

In Figur 3 ist eine weitere Realisierungsmöglichkeit für den Mikrospiegel SP dargestellt. Ein Spiegelelement SPM ist der- art an zwei Seiten beweglich mit einem Grundkörper aus Sili- zium verbunden, so dass dieses Element SPM zweidimensional ausgelenkt werden kann. Die Schwingungsfrequenzen sind bei- spielsweise die gleichen wie in Figur 2.

In Figur 4 ist eine besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß Scanning-Kamera SC dargestellt. Hierbei sind der Mikrospiegel SP und der Bildaufnahmesensor SE in einer Ebene angeordnet. Mikrospiegel SP und Bildaufnahmesensor SE können beispielsweise als mikromechanische Elemente auf einem integrierten Baustein, einem Chip CP, nebeneinander herge- stellt sein.

Zur Umlenkung eines vom Mikrospiegel SP reflektierten Licht- strahle LS auf den Sensor SE ist ein Umlenkspiegel US vorge- sehen.

Der Chip CP kann in einer Ausnehmung eines Gehäuses GH ange- ordnet, und die Öffnung durch eine Glasplatte GP abgedeckt sein. Der durch die Glasplatte GP auf den Spiegel SP fallende Lichtstrahl LS wir dann über den Umlenkspiegel US auf den Sensor SE gelenkt. Der Umlenkspiegel ist hierbei vorzugsweise durch eine teilweise Verspiegelung der Glasplatte GP reali- siert.