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Die Erfindung geht aus von einem panoramischen Abbildungssystem zur Abbildung eines panoramischen Gesichtsfelds auf einen Detektor mit einer ersten optischen Einheit, die das Gesichtsfeld in Teilfelder unterteilt, die im Gesichtsfeld in einer ersten Anordnung angeordnet sind.
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Aus der
EP 0 846 840 B1 ist ein Videoinspektionsgerät bekannt, das mehrere Fischaugenoptiken umfasst, um unterschiedliche Sichtbereiche auf einen Detektor abbilden zu können. Die von den Fischaugenoptiken erfassbaren Sichtbereiche werden von einem Prisma mit mehreren reflektierenden Seitenflächen auf zugehörige Kameralinsen umgelenkt, welche die Sichtbereiche auf unterschiedliche Bereiche der Bildebene des Detektors fokussieren.
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Die
US 6 630 952 B1 beschreibt ein optisches Erfassungssystem, welches ein optisches Element mit mehreren unterschiedlich geneigten Spiegelflächen umfasst, die wiederum einzelnen Elementen eines Flüssigkristall-Arrays zugeordnet sind, das als selektive Blende fungiert. Jede Spiegelfläche sorgt für Reflexion unterschiedlicher Bilder durch ein Element des Flüssigkristall-Arrays.
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Die
US 2004/0027689 A1 offenbart eine Weitwinkel-Abbildungseinrichtung mit einem rotationssymmetrischen Reflexionsspiegel, der derart ausgestaltet ist, dass ein Panoramabild auf einem rechteckigen Detektor abbildbar ist.
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Aus der
DE 197 42 462 A1 ist ein Abbildungssystem zur Abbildung eines weitwinkligen Gesichtsfelds auf einen Detektor bekannt, bei dem das Gesichtsfeld durch eine optische Einheit in Teilfelder unterteilt wird. Die Teilfelder werden jeweils einzeln und nacheinander auf den Detektor abgebildet. Die Auswahl des jeweils abzubildenden Teilfelds geschieht durch eine mikrooptische Anordnung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abbildungssystem anzugeben, mit dem ein panoramisches Gesichtsfeld kostengünstig und einfach auf einen Detektor abgebildet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein panoramisches Abbildungssystem gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Hierdurch kann das panoramische Gesichtsfeld auf einfache Weise in einem Bild vollständig auf einen Detektor mit kostengünstigen Abmessungen abgebildet werden, wodurch ein einfaches, kostengünstiges und schnell abbildendes Abbildungssystem erreichbar ist. So kann beispielsweise ein sehr langes und schmales panoramisches Gesichtsfeld in einem Bild auf einem quadratischen Detektor abgebildet werden.
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Die Unterteilung des Gesichtsfelds in Teilfelder geschieht zweckmäßigerweise durch unterschiedliche Strahlführungen der Teilfelder, wobei die Strahlführungen nicht stetig ineinander übergehen oder die Strahlführung zwischen den Teilfeldern unterbrochen ist. Die Teilfelder werden vorteilhafterweise gleichzeitig auf den Detektor abgebildet. Die Teilfelder können auf den Detektor abgebildet werden, indem sie in eine Detektorebene abgebildet werden, in der der Detektor angeordnet werden kann. Das Abbildungssystem kann einfach gehalten sein, wenn die zweite optische Einheit in einer Zwischenbildebene angeordnet ist.
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Durch eine kompakt aneinander grenzende Abbildung der Teilfelder auf den Detektor können sowohl der Detektor als auch die optischen Einheiten kompakt ausgeführt werden, und somit kann das Abbildungssystem klein bauend ausgeführt werden. Ein besonders weitwinkliges panoramisches Gesichtsfeld kann kompakt auf einen rechteckigen Detektor abgebildet werden, wenn die Teilfelder rechteckig sind und in der ersten Anordnung längs nebeneinander und in der zweiten Anordnung quer nebeneinander angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Abbildungssystem einen Strahlengang auf, der an der zweiten optischen Einheit telezentrisch ist. Die Symmetriegeraden der Strahlenbündel der Teilfelder sind hierbei zweckmäßigerweise jeweils parallel ausgerichtet. Die Teilfelder können im Wesentlichen ohne Abbildungsfehler auf den Detektor abgebildet werden. Die zweite optische Einheit ist vorteilhafterweise in einem Zwischenbild des Strahlengangs angeordnet, wobei ein Detektorobjektiv den Detektor im Zwischenbild telezentrisch abbildet.
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Eine einfache Herstellung und Justierung des Abbildungssystems kann erreicht werden, wenn die erste optische Einheit Teileinheiten und die zweite optische Einheit Untereinheiten aufweist und jede Teileinheit Strahlen aus einem der Teilfelder auf eine, insbesondere nur eine einzige Untereinheit lenkt. Vorteilhafterweise werden die Teilfelder auf der Untereinheit abgebildet.
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Durch die Ausbildung der Untereinheiten als streifenförmige Strahlumlenkelemente kann auf einfache und kostengünstige Weise ein sehr ausgedehntes panoramisches Gesichtsfeld auf einen kompakten Detektor abgebildet werden. Die Strahlumlenkelemente können dabei Prismen, Spiegel, Stufenprismen, Stufenspiegel, Mikroprismen oder Mikrospiegel sein. Zweckmäßigerweise sind die Strahlumlenkelemente starr angeordnet und in einem Zwischenbild des Abbildungssystems angeordnet. In Richtung zur ersten optischen Einheit gesehen, lenken sie vorteilhafterweise die den Teilfeldern zugeordneten Strahlenbündel aus drei streifenförmigen Zwischenbildsektoren in drei separate Eintrittspupillen eines gemeinsamen Primärobjektivs der ersten optischen Einheit. Alternativ sind drei separate Primärobjektive der ersten optischen Einheit denkbar. Besonders kostengünstig sind die Teileinheiten als Prismen ausgestaltet.
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Durch die Anordnung der Teileinheiten um eine optische Achse des Abbildungssystems kann das Abbildungssystem besonders kompakt ausgeführt sein. Die Teileinheiten sind hierbei nicht jeweils um die optische Achse, sondern in ihrer Gesamtheit um die optische Achse angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Teileinheiten um eine optische Achse des Abbildungssystems drehbar, wodurch variable Strahlumlenkwinkel in variable Richtungen erreicht werden können. Hiermit kann ein Abbildungssystem mit variablem Gesichtsfeld aufgebaut werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste optische Einheit in einer ersten Zwischenbildebene und die zweite optische Einheit in einer zweiten Zwischenbildebene angeordnet. Hierdurch können das Direktlicht und das Streulicht gering gehalten werden.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines zweistufigen panoramischen Abbildungssystems mit einer nicht unter die Erfindung fallenden ersten optischen Einheit,
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2 eine unter die Erfindung fallende erste optische Einheit eines panoramischen Abbildungssystems mit drei verschiedenen zugehörigen Gesichtsfeldern und
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3 eine Prinzipdarstellung eines dreistufigen panoramischen Abbildungssystems.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt ein zweistufiges panoramisches Abbildungssystem 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung und einen zugehörigen Detektor 4, der ein quadratisches Detektorfeld mit einem Zellengitter aus 264 × 264 Detektorzellen umfasst. Nur der Verdeutlichung halber ist das Detektorfeld in der Zeichnung in drei Segmente 6 unterteilt, auf die jeweils eine Teilfeldabbildung a, b, c von drei Teilfeldern A, B, C eines panoramischen Gesichtsfelds 8 abgebildet ist. Vor dem Detektor 4 ist eine Austrittspupille 10 als kreisförmige Kaltblende angeordnet. Das Abbildungssystem 2 weist ein Relay-Objektiv oder Detektorobjektiv 12 auf, durch das die drei Segmente 6 des Detektors 4, die in einer Detektorebene angeordnet sind, telezentrisch in eine Zwischenbildebene 14 abgebildet werden. Durch die telezentrische Abbildung der Segmente 6 in die Zwischenbildebene 14 sind die in der Figur nicht dargestellten Symmetriegeraden der Strahlengänge der einzelnen Segmente 6 vom Detektorobjektiv 12 zur Zwischenbildebene 14 hin parallel ausgerichtet.
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In der Zwischenbildebene 14 ist eine zweite optische Einheit 16 platziert, die drei Untereinheiten 18 in Form von drei streifenförmigen Strahlumlenkelementen, die starr angeordnet sind, aufweist. Die drei Untereinheiten sind streifenförmige Prismen, deren Prismenstellung in 1 schematisch angedeutet ist. In jede dieser Untereinheiten 18 ist eine der Teilfeldabbildungen a, b, c aus der Detektorebene abgebildet, wobei die geometrische Anordnung der Teilfeldabbildungen a, b, c sich von der Anordnung in der Detektorebene unterscheidet. Die drei Prismenstreifen in der Zwischenbildebene 14 lenken die Strahlbündel der drei streifenförmigen Teilfeldabbildungen a, b, c in drei separate Eintrittspupillen eines gemeinsamen Primärobjektivs 20.
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In unmittelbarer Nachbarschaft des Primärobjektivs 20 ist eine erste, nicht unter die Erfindung fallende optische Einheit 22 mit drei Teileinheiten 24 angeordnet. Die Teileinheiten 24 sind weitere Strahlumlenkelemente, welche das panoramische Gesichtsfeld 8 des Abbildungssystems 2 einstellen. Die drei Teileinheiten 24 sind relativ zu einer optischen Achse 26 des Abbildungssystems 2 jeweils etwas geneigt, wie in 1 schematisch angedeutet ist. Sie stehen dicht vor den drei getrennten Eintrittspupillen des Primärobjektivs 20 und sind drei achromatische Prismenkeile, die die drei streifenförmigen Teilfeldabbildungen a, b, c ohne Bilddrehung zu einem Panorama zusammenfügen. Dieses panoramische Gesichtsfeld 8 besteht aus den drei Teilfeldern A, B, C, die innerhalb des panoramischen Gesichtsfelds 8 längsseitig aneinander gefügt sind. Sie sind kompakt aneinander grenzend auf den Detektor 4 abgebildet, wobei sich die in 1 gezeigte erste Anordnung der Teilfelder A, B, C von einer zweiten Anordnung der Teilfeldabbildungen a, b, c auf dem Detektor 4 unterscheidet, in der die Teilfeldabbildungen a, b, c quer nebeneinander angeordnet sind.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines Abbildungssystems 2' dargestellt, wobei im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert sind. Ferner kann bzgl. gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Abbildungssystems 2 gemäß 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Abbildungssystem 2 gemäß 1. Das panoramische Abbildungssystem 2' umfasst eine erste optische Einheit 22' mit wiederum drei Teileinheiten 24'. Anstatt der achromatischen Prismenkeile, die in der optischen Einheit 22 als Teileinheiten 24 eingesetzt sind, sind in der optischen Einheit 22' zwei achromatische Prismenkeile als Teileinheiten 24' eingesetzt. Im Gegensatz zur nicht unter die Erfindung fallenden optischen Einheit 22 aus 1 ist die optische Einheit 22' um die optische Achse 26 des Abbildungssystems 2', wie durch die Pfeile 28 angedeutet, rotierbar. Hierdurch wird ein so genannter Risley-Prismenkeil-Rotator erzeugt.
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In einer ersten, in 2 dargestellten Stellung der Teileinheiten 24 der ersten optischen Einheit 22' ist das Gesichtsfeld 8 des Abbildungssystems 2', wie in dem mittleren Diagramm und in 1 angedeutet, ausgerichtet. Die drei Teilfelder A, B, C, die jeweils ein Verhältnis von Länge l zu Höhe h von l:h = 1:1/3 aufweisen, sind längs nebeneinander angeordnet, so dass das gesamte Gesichtsfeld 8 ein Verhältnis von Länge L zu Höhe h von 3:1/3 hat. Es kann auf diese Weise ein sehr langgestrecktes Gesichtsfeld 8 mit einer Länge L von beispielsweise 60° und einer Höhe h von knapp 7° kompakt auf den quadratischen Detektor 4 abgebildet werden.
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Bei einer Drehung der optischen Einheit 22' bzw. deren Teileinheiten 24' kann ein quadratisches Gesichtsfeld 8', wie in 2 im unteren Diagramm dargestellt, kompakt auf den Detektor 4 abgebildet werden. Das quadratische Gesichtsfeld 8' weist ein Verhältnis von Länge l zu Höhe H von 1:1 auf. Die drei Teilfelder A, B, C werden hierbei ohne Bilddrehung in der Zwischenbildebene 14 abgebildet. Bei einer weiteren Drehung der Teileinheiten 24' um die optische Achse kann ein Gesichtsfeld 8'' geformt werden, wie es im oberen Diagramm in 2 dargestellt ist. Dieses Gesichtsfeld 8'' weist ein Verhältnis von Länge l zu Höhe h von 1:1/3 auf und wird dreifach übereinander auf den Detektor 4 abgebildet. In diesem Falle wäre das Abbildungssystem 2' dreifach abtastend. Es sind auch andere Stellungen und andere Anordnungen von Teileinheiten 24' in der ersten optischen Einheit 22' denkbar, so dass anders geformte Gesichtsfelder 8, 8', 8'' möglich sind.
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In 3 ist ein dreistufiges Abbildungssystem 30 schematisch dargestellt. Bezüglich der Einzelheiten dieses Abbildungssystems 30 wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen. Im Unterschied zum Abbildungssystem 2 umfasst das Abbildungssystem 30 zwei Zwischenbildebenen 14, 32 mit weiteren optischen Einheiten 34, 36. Die erste optische Einheit 22 ist hierbei in der Zwischenbildebene 32 angeordnet, und die zweite optische Einheit 16 ist in der Zwischenbildebene 14 angeordnet. Im Unterschied zum Abbildungssystem 2 weist das Abbildungssystem 30 nur sehr geringes Direktlicht und Streulicht auf, so dass qualitativ sehr hochwertige Abbildungen auf den Detektor 4 erzeugt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Abbildungssystem
- 2'
- Abbildungssystem
- 4
- Detektor
- 6
- Segment
- 8
- Gesichtsfeld
- 8'
- Gesichtsfeld
- 8''
- Gesichtsfeld
- 10
- Austrittspupille
- 12
- Detektorobjektiv
- 14
- Zwischenbildebene
- 16
- optische Einheit
- 18
- Untereinheit
- 20
- Primärobjektiv
- 22
- optische Einheit
- 22'
- optische Einheit
- 24
- Teileinheit
- 24'
- Teileinheit
- 26
- optische Achse
- 28
- Pfeil
- 30
- Abbildungssystem
- 32
- Zwischenbildebene
- 34
- optische Einheit
- 36
- optische Einheit
- A
- Teilfeld
- B
- Teilfeld
- C
- Teilfeld
- a
- Teilfeldabbildung
- b
- Teilfeldabbildung
- c
- Teilfeldabbildung
- H
- Höhe
- h
- Höhe
- L
- Länge
- l
- Länge
