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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abbildungssystem, insbesondere ein Abbildungssystem, das ein Bündel von Lichtleitern umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Abbildungssystems. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines optischen Abbildungssystems zum Verfolgen eines Objekts.
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Herkömmliche Kameras umfassen eine abbildende Optik sowie eine planare Projektionsfläche. Während bei herkömmlichen analogen Kameramodellen zum Erstellen einer Abbildung ein Film auf der Projektionsfläche bzw. in der Bildebene positioniert wird, befindet sich bei Digitalkameras an dieser Stelle ein Bildsensor, wie beispielsweise ein CCD Sensor oder CMOS Sensor. Bei beiden Systemen erfolgt die Abbildung jedoch auf eine planare Ebene. Um eine scharfe und unverfälschte Abbildung zu erreichen, wird die abbildende Optik dabei derart ausgelegt, dass sich auf der planaren Ebene möglichst ideale Abbildungsbedingungen ergeben. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass eine derartige Auslegung und Korrektor der abbildenden Optik mit einem hohen Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden ist.
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Das Erzeugen einer Abbildung auf einer planaren Ebene weist jedoch weitere Nachteile auf. Insbesondere treten diese bei der Abbildung von 3-dimensionalen Objekten hervor. Dieses ist nachfolgend anhand von 1 veranschaulicht.
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Ein Nachteil besteht darin, dass bei Verwenden einer planaren Abbildungsebene ein Pixel am Bildrand eine andere Abbildungsgeometrie als ein Pixel in der Bildmitte verkörpert. Dies ist in 1 veranschaulicht, welche eine Abbildungsoptik 11 mit einem Projektionszentrum 17 zeigt, die Objekte in einer Ebene 6 auf die planare Abbildungsebene 5 abbildet. Das Pixel P1 des planaren Bildsensors 16, der die Pixel P1 bis Pn aufweist, sieht dabei einen Abschnitt O2 eines Objekts in der Ebene 6, wohingegen das Pixel Px ein Abschnitt O1 des Objekts sieht. Neben dem auf Pixel Px abgebildeten Abschnitt O1 ist zum Vergleich der auf Pixel P1 abgebildete Abschnitt O2 dargestellt. Das Pixel P1 „sieht” somit in der Ebene 6 einen kleineren Abschnitt des Objekts als Pixel Px. Für zwei gleichgroße Objekte, die sich in der Ebene 6 befinden, wobei das eine in der Bildmitte und das andere am Bildrand angeordnet ist, entsteht folglich die in 2 veranschaulichte Situation. Wie in 2 gezeigt wird das Objekt O1 in der Bildmitte der Ebene 6 auf den planaren Bildsensor 16 etwa über 6,2 Pixel (L1) abgebildet. Das Objekt O2, welches sich auf der Ebene 6 am Bildrand befindet und die gleiche Größe wie Objekt O1 aufweist, wird hingegen über etwa 8,2 Pixel (L2) abgebildet. Zum Vergleich sind die Längen L1 und L2 in 2 gegenüber gestellt. Dieser Effekt tritt bei Weitwinkelobjektiven besonders deutlich auf. Insbesondere weist ein derartiges System keine winkeltreuen Abbildungseigenschaften auf, so dass das vom Projektionszentrum 17 weiter entfernte Objekt O2 auf dem Bildsensor 16 fälschlicherweise größer als das Objekt O1 abgebildet wird.
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Derartige Abbildungsfehler sind für eine Reihe von Anwendungen nachteilig. Ein Beispiel dafür ist das Erstellen einer Panoramaaufnahme. Dabei sind zum Zusammenfügen von zwei nebeneinander aufgenommener Bilder in den nebeneinander liegenden Bildern entsprechende Korrelationen vorzunehmen. Werden Objekte in der Bildmitte und am Bildrand mit unterschiedlichen Größen abgebildet, so treten Probleme beim Zusammenfügen der Bilder auf. Dieses kann zwar mit heutiger Computertechnik durch entsprechende Transformationen gelöst werden, jedoch sind dafür hohe Rechenzeiten erforderlich, und es können Artefakte entstehen.
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Eine Möglichkeit, derartige Abbildungsfehler zu reduzieren, ist die Verwendung einer gekrümmten Abbildungsebene. Damit kann in der Regel eine winkeltreue Abbildung erreicht werden, so dass ein weiterer vom Projektionszentum 17 entfernt liegendes Objekt in der Abbildungsebene auch kleiner abgebildet wird als ein näher positioniertes Objekt der gleichen Größe. Das Erstellen einer gekrümmten Abbildungsfläche kann bei einem herkömmlichen System beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Sensorfläche durch mechanische Umformung in eine entsprechend gekrümmte Fläche, z. B. eine Kugelkalotte, umgewandelt wird. Dieses setzt jedoch eine gewisse Elastizität des Sensors voraus. Dementsprechend ist die Herstellung eines derartigen Sensors, als auch die anschließend erforderliche Umformung aufwendig. Ein derartiger elastischer gekrümmter Sensor setzt flexible Zwischenelemente voraus, die die genannte Umformung ermöglichen. Auf Grund der elastischen Zwischenelemente können einzelne Pixel nicht direkt nebeneinander gesetzt werden, so dass Zwischenräume entstehen. Dies führt zu einem schlechten Füllfaktor des Bildsensors, und folglich zu entsprechenden verschlechterten Abbildungseigenschaften, wie beispielsweise einer verringerten Sensitivität. Bei der Umformung können weiterhin Inhomogenitäten auftreten, so dass die Pixelgeometrie verschlechtert werden kann. Somit weist ein derartiger gekrümmter Bildsensor neben dem Aufwand und der hohen Kosten der Herstellung auf weitere, abbildungsbezogene Nachteile auf.
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Aus der
US 6,885,817 B2 ist eine Vorrichtung zum Aufnehmen von digitalen Panoramabildern bekannt, die einen Aufbau zum Einspannen einer herkömmlichen, kleinformatigen Digitalkamera aufweist, wobei der Aufbau des Weiteren eine Panaromaadapterlinse aufweist und um eine Achse drehbar ist, die in der Nodalebene der Frontlinse der Adapterlinse liegt. Da das optische System der digitalen Kompaktkamera verwendet wird, können Verzerrungen und Abbildungsfehler insbesondere in Randbereichen aufgenommener Bilder entstehen, so dass mit derartigen Systemen winkeltreue Abbildungen nicht realisierbar sind.
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Die
US 2002/0096629 A1 offenbart ein optisches Faserbündel, das die von einem omnidirektionalen Abbildungssystem erzeugte kreisförmige Abbildung in ein rechteckiges Format transformiert, das dem Format eines hinter dem Faserbündel angeordneten Sensors entspricht.
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Die
US 5,640,246 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserbündels, bei dem ein Faserbündel zunächst gezogen wird, um einen sich verjüngenden Bereich zu erzeugen, und bei dem nach einem Schneiden des Faserbündels im Bereich der Verjüngung eine konkave Frontfläche in das sich verjüngende Ende des Faserbündels eingeschnitten wird.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein optisches Abbildungssystem, mit welchem sich auch mit einem herkömmlichen Bildsensor, wie beispielsweise einem CCD oder CMOS Sensor, Abbildungen ohne die vorab genannten Abbildungsfehler erstellen lassen. Insbesondere sollte die Größe von abgebildeten Objekten beibehalten werden, wenn das Abbildungssystem so geschwenkt bzw. gedreht wird, dass Objekte von der Bildmitte zum Bildrand wandern. Weiterhin ist es wünschenswert, dass das Abbildungssystem einen relativ einfachen, kompakten Aufbau aufweist sowie einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes optisches Abbildungssystem sowie ein Verfahren für dessen Herstellung bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Abbildungssystem bereitgestellt. Das optische Abbildungssystem umfasst eine Abbildungsoptik, die ein Projektionszentrum aufweist, einen Bildsensor, der ausgestaltet ist, um Licht ortsaufgelöst zu detektieren, ein Bündel von Lichtleitern, wobei erste Enden der Lichtleiter eine gekrümmte erste Endfläche des Bündels bilden, die in einer Bildebene der Abbildungsoptik angeordnet ist, und wobei zweite Enden der Lichtleiter eine zweite Endfläche des Bündels bilden, die dem Bildsensor gegenüberliegend angeordnet ist. Das optische Abbildungssystem umfasst des weiteren eine mechanische Halterung, an der die Abbildungsoptik, der Bildsensor und das Bündel von Lichtleitern befestigt sind, wobei die mechanische Halterung derart ausgestaltet ist, dass das Abbildungssystem um ein Rotationszentrum drehbar ist und dass das Projektionszentrum im Wesentlichen auf dem Rotationszentrum liegt, d. h. einen Abstand von weniger als 1 cm zu dem Rotationszentrum aufweist.
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Ein derart ausgestaltetes Abbildungssystem kann eine gekrümmte lichtempfindliche Fläche bereitstellen, ohne einen gekrümmten Bildsensor zu benötigen. Somit können bei Verwendung eines herkömmlichen Bildsensors mit einem guten Pixel-Füllfaktor Abbildungsfehler vermieden werden. Die Lichtleiter können Licht, das von der Abbildungsoptik auf die gekrümmte erste Endfläche abgebildet wird, zu dem Bildsensor weiterleiten, wodurch eine winkeltreue Abbildung verwirklicht werden kann. Das Projektionszentrum kann beispielsweise als der optische Mittelpunkt der Abbildungsoptik beschrieben werden, der sich jedoch nicht in der physikalischen Mitte der Abbildungsoptik befinden muss. Die Position hängt beispielsweise von der Brennweite der Abbildungsoptik ab. Bei Drehung des Abbildungssystems um das Projektionszentrum können Paralaxverschiebungen minimiert werden. Das Projektionszentrum kann beispielsweise ein vorderer oder ein hinterer Nodalpunkt sein. Nodalpunkte der Abbildungsoptik sind beispielsweise die Punkte auf der optischen Achse der Abbildungsoptik, auf die Lichtstrahlen, die im selben Winkel zur optischen Achse in die Abbildungsoptik eintreten, wie sie sie auch wieder verlassen, scheinbar zulaufen (vorderer Nodalpunkt) bzw. von dem sie scheinbar ausgehen (hinterer Nodalpunkt). Das Projektionszentrum kann auch der Schnittpunkt einer Hauptebene der Abbildungsoptik mit der optischen Achse der Abbildungsoptik sein, beispielsweise wenn eine Abbildungsoptik mit einem Linsenelement verwendet wird. Bei Verwendung einer Abbildungsoptik mit mehreren Linsenelementen, wie beispielsweise eines Kameraobjektivs, kann das Projektionszentrum auch auf den Schnittpunkt der Eintrittspupille mit der optischen Achse der Abbildungsoptik liegen. Bevorzugt wird eine Abbildungsoptik verwendet, bei der vorderer und hinterer Nodalpunkt aufeinanderfallen und das Projektionszentrum bilden.
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Wird mit dem Abbildungssystem beispielsweise eine Panoramaaufnahme erstellt, so können Bildpaare auf einfache Weise aneinander gefügt werden, da Abbildungsfehler verringert bzw. vermieden werden. Auf eine entsprechende Bildverarbeitung, beispielsweise durch Entzerrung, kann damit verzichtet werden. Weiterhin erleidet die Geometrie von Objekten bei einer Drehung der Kamera um das Projektionszentrum keine Verzerrung. Entsprechend kann durch die Drehung des Abbildungssystems ein großes virtuelles Bild erzeugt werden, welches größer als die eigentliche Fläche des Bildsensors ist, wobei sich nahtlose Übergänge zwischen Teilbildern ergeben. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine vorhandene zentrale Perspektive erhalten bleibt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die gekrümmte erste Endfläche eine Vertiefung in Form eines Kugelsegments einer Kugel aufweisen, wobei ein Mittelpunkt der Kugel im Wesentlichen auf dem Rotationszentrum liegt. Bei einer winkeltreuen Abbildung eines Objekts durch das Projektionszentrum auf die gekrümmte erste Endfläche des Lichtleiterbündels können damit auch bei Drehung des Abbildungssystems um das Rotationszentrum Abbildungsfehler vermieden werden. Insbesondere kann die Geometrie des abgebildeten Objekts in der Abbildung auch bei einer derartigen Drehung erhalten bleiben.
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Die ersten Enden der Lichtleiter, die die erste Endfläche bilden, können in Längsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der gekrümmten ersten Endfläche angeordnet sein. Damit kann sichergestellt werden, dass ein auf die Mitte der gekrümmten ersten Endfläche und auf den Rand der gekrümmten ersten Endfläche abgebildetes Objekt der selben Größe auch von der selben Anzahl von Pixeln auf dem Bildsensor detektiert wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform können die Lichtleiter im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Somit kann ebenfalls eine Transformation der gekrümmten ersten Endfläche auf einen beispielsweise ebenen Bildsensor erfolgen, wobei bei einer parallelen Anordnung der Lichtleiter die Herstellung des Lichtleiterbündels vereinfacht werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Rotationszentrum eine Rotationsachse, auf welcher das Projektionszentrum liegt. Die Abbildungsoptik kann somit in einer Ebene um die Rotationsachse verschwenkbar sein. Dabei kann auch eine zylinderförmige Linse verwendet werden, so dass das Projektionszentrum eine Projektionsachse ist, welche mit der Rotationsachse zusammenfällt. In einem solchen System kann auch eine eindimensionale kreisbogenförmige Anordnung als Bildsensor zum Einsatz kommen. Es können jedoch auch eine herkömmliche Abbildungsoptik, z. B. auf sphärischen oder asphärischen Linsen basierend, und ein 2-D Bildsensor zum Einsatz kommen.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist die Halterung derart ausgestaltet, dass das Abbildungssystem um zwei Raumachsen drehbar ist, wobei das Rotationszentrum ein Schnittpunkt der zwei Raumachsen ist. Das Abbildungssystem kann dabei im Wesentlichen auf einer Kugeloberfläche um das Rotationszentrum gedreht werden. Mit einem derartigen Abbildungssystem kann beispielsweise ein Objekt über einen Bildabschnitt hinaus in mehreren Raumrichtungen verfolgt werden, ohne die Geometrie der Abbildung zu ändern.
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Die Halterung kann beispielsweise eine kardanische Aufhängung umfassen. Bei einem anderen Beispiel kann die Halterung auch eine kugelförmige Aufhängung mit mindestens zwei Reibrädern umfassen. Abbildungsoptik, Lichtleiterbündel und Bildsensor sind beispielsweise in einem drehbar gelagerten kugelförmigen Gehäuse untergebracht, welches mittels der Reibräder um zwei senkrecht zueinander stehende Raumachsen drehbar ist. Die Bewegung kann damit ähnlich der des Augapfels in der Augenhöhle erfolgen.
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Die ersten Enden der Lichtleiter, die die erste Endfläche des Bündels bilden, können einen Anschliff aufweisen, der im Wesentlichen der Krümmung der gekrümmten ersten Endfläche entspricht. Somit kann die gekrümmte erste Endfläche als eine im Wesentlichen glatte Fläche ausgestaltet sein. Damit kann eine gute Effizienz bei der Weiterleitung von Licht auf den Bildsensor erreicht werden.
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Die ersten Enden der Lichtleiter, die die erste Endfläche des Bündels bilden, können jedoch auch jeweils eine Endfläche aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Endes des entsprechenden Lichtleiters ist. Bei senkrecht zur Krümmung der ersten Endfläche angeordneten Lichtleitern kann sich dabei wiederum eine im Wesentlichen glatte Fläche ergeben, wohingegen bei parallel angeordneten Lichtleitern eine stufenförmige Endfläche erhalten werden kann.
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Der Bildsensor kann ein ebener Bildsensor sein, wobei die zweite Endfläche des Bündels von Lichtleitern eine ebene, zu dem Bildsensor parallele Fläche ist. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Endfläche des Bündels von Lichtleitern direkt auf den Bildsensor aufgebracht. Jedoch ist es auch möglich, einen Abstand zwischen der zweiten Endfläche und dem Bildsensor vorzusehen, wobei weitere optische Elemente zwischen Bündel und Bildsensor einfügbar sind.
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Das optische Abbildungssystem kann weiterhin einen Diffuser umfassen, der auf der gekrümmten ersten Endfläche angeordnet ist. Damit lässt sich die Effizienz steigern, mit welcher die Lichtleiter auf die erste gekrümmte Endfläche projiziertes Licht an den Bildsensor weiterleiten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das optische Abbildungssystem einen Szintillator umfassen, der auf der gekrümmten ersten Endfläche angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass eine Intensität von Röntgenstrahlung, welche auf die erste Endfläche trifft, mit dem Bildsensor detektiert werden kann. Beispielsweise sind Szintillatorkristalle auf den Enden der Lichtleiter aufgebracht, wobei die Szintillatorkristalle auftreffenden Röntgenstrahlen in Licht einer Wellenlänge umwandeln, welche von dem Bildsensor detektiert werden kann, beispielsweise sichtbares Licht. Ein derartiges Abbildungssystem kann beispielsweise in der Röntgentomografie eingesetzt werden, wobei ein zu untersuchendes Objekt um ein im Inneren des Objekts liegende Achse gedreht wird, und von einer Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung nach Durchdringen des Objekts von dem Abbildungssystem detektiert werden können.
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Die Lichtleiter können derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass ein Lichtleiter Licht aus der Bildebene zur im Wesentlichen einen Sensorpunkt des hochaufzulösenden Bildsensors leitet. Die Anzahl der Sensorpunkte bzw. Pixel des Bildsensors kann also im Wesentlichen der Anzahl der Lichtleiter entsprechen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lichtleiter derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass mehrere Lichtleiter für jeweils einen Sensorpunkt des hochaufzulösenden Bildsensors Licht aus der Bildebene zu dem Bildsensor leiten. Die Dichte der Lichtleiter in der zweiten Endfläche kann also höher sein als die Dichte von Sensorpunkten des Bildsensors. Damit kann eine hohe optische Auflösung erzielt werden sowie die Justage von Bildsensor zu Fasernbündel vereinfacht werden.
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Bei einer Ausführungsform kann die Abbildungsoptik ein einzelnes Linsenelement umfassen, Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abbildungsoptik auch ein Kameraobjektiv umfassen. Beispielsweise umfasst die Abbildungsoptik mindestens ein bewegliches Linsenelement. Mit einem derartigen Linsenelement kann ein Fokussieren oder ein Zoomen, d. h. ein Ändern der Brennweite erfolgen.
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Als Lichtleiter können beispielsweise Glasfasern verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kamera, die eines der oben beschriebenen optischen Abbildungssysteme umfasst, bereitgestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Abbildungssystem bereitgestellt, welches insbesondere in der Röntgentomografie eingesetzt werden kann. Das optische Abbildungssystem umfasst einen Bildsensor, der ausgestaltet ist, um Licht ortsaufgelöst zu detektieren; ein Bündel von Lichtleitern, wobei erste Enden der Lichtleitern eine gekrümmte erste Endfläche des Bündels bilden, und wobei zweite Enden der Lichtleiter eine zweite Endfläche des Bündels bilden, die dem Bildsensor gegenüber liegend angeordnet ist; einen Szintillator, der auf der gekrümmten ersten Endfläche angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass eine Intensität von Röntgenstrahlung, welche auf die erste Endfläche trifft, mit dem Bildsensor detektiert werden kann, und eine mechanische Halterung, an der der Bildsensor und das Bündel von Lichtleitern befestigt sind. Die mechanische Halterung ist derart ausgestaltet, dass das Abbildungssystem um ein Rotationszentrum drehbar ist, in welchem ein mit den Röntgenstrahlen zu untersuchendes Objekt angeordnet werden kann. Die gekrümmte Endfläche kann beispielsweise eine Vertiefung in Form eines Kugelsegments oder eines Zylindersegments umfassen, wobei der erste Kugelmittelpunkt, bzw. die entsprechende Zylinderachse auf dem Rotationszentrum liegt. Das Rotationszentrum kann wiederum einer Rotationsachse sein, so dass das optische Abbildungssystem in einer Ebene schwenkbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform liegt der Kugelmittelpunkt bei einer Position, die der Position der Quelle der Röntgenstrahlung entspricht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Abbildungssystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bündeln einer Anzahl von Lichtleitern, ein Ausbilden einer gekrümmten ersten Endfläche an einem Ende des Bündels von Lichtleitern und das Ausbilden einer im Wesentlichen ebenen zweiten Endfläche an dem anderen Ende des Bündels von Lichtleitern.
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Gemäß einer Möglichkeit, die nicht Teil der Erfindung ist, erfolgt das Ausbilden der gekrümmten ersten Endfläche durch Schleifen der ersten Endfläche, wobei das Schleifen derart erfolgt, dass die erste Endfläche eine vorbestimmte Krümmung aufweist. In die erste Endfläche kann beispielsweise eine Vertiefung in Form eines Kugelsegments oder eines Zylindersegments eingeschliffen werden.
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Erfindungsgemäß sind die Lichtleiter zunächst nur lose gebündelt, so dass sie gegeneinander verschiebbar sind, wobei das Ausbilden der gekrümmten ersten Fläche durch Aufsetzen der ersten Fläche des Bündels von Lichtleitern auf eine Musterfläche, die eine vorbestimmte Krümmung aufweist, erfolgt, wobei sich die erste Endfläche durch Verschieben von Lichtleitern des Bündels der Musterfläche anpasst. Die Musterfläche kann wiederum beispielsweise durch ein Kugelsegment oder ein Zylindersegment bereitgestellt werden. Weiterhin kann das Verfahren ein Fixieren des Bündels von Lichtleitern nach dem Ausbilden der gekrümmten ersten Endfläche und ein Abschleifen der anderen Endfläche des Bündels von Lichtleitern, um die zweite ebene Endfläche auszubilden, umfassen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Bündel von Lichtleitern auf einfache und kostengünstige Weise herzustellen, das es ermöglicht, Licht aus einer gekrümmten Bildebene auf einem planen Bildsensor zu leiten.
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Das Verfahren kann des weiteren ein Aufbringen eines Diffusers oder eines Szintillators auf die gekrümmte erste Endfläche umfassen.
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Das Bündeln der Lichtleiter und das Ausbilden der ersten Endfläche kann derart erfolgen, dass Abschnitte der Lichtleiter, die die erste Endfläche bilden, in Längsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der gekrümmten ersten Endfläche angeordnet sind. Ein Abbildungssystem mit einem derartigen Lichtleiterbündel weist verbesserte Abbildungseigenschaften auf.
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Das Verfahren kann weiterhin die folgenden Schritte umfassen:
Anordnen der ersten Endfläche des Bündels von Lichtleitern in einer Bildebene einer Abbildungsoptik, die ein Projektionszentrum aufweist;
Anordnen der zweiten Endfläche des Bündels von Lichtleitern gegenüberliegend zu einem Bildsensor; und Befestigen der Abbildungsoptik, des Bildsensors und des Bündels von Lichtleitern an einer mechanischen Halterung, wobei die mechanische Halterung derart ausgestaltet ist, dass das Abbildungssystem um ein Rotationszentrum drehbar ist, und wobei das Befestigen derart erfolgt, dass das Projektionszentrum im Wesentlichen auf dem Rotationszentrum liegt.
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Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Abbildungssystem kann die vorab genannten Vorteile aufweisen.
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Das Anordnen der ersten Endfläche kann derart erfolgen, dass ein Mittelpunkt einer Oberfläche, welche die Krümmung der ersten Endfläche beschreibt, im Wesentlichen auf dem Projektionszentrum der Abbildungsoptik liegt. Damit kann eine winkeltreue Abbildung erreicht werden, so dass sich die Größe von abgebildeten Objekten auch bei einem Drehen des Abbildungssystems um das Rotationszentrum im Wesentlichen nicht ändert. Weiterhin kann die zweite Endfläche direkt auf dem Bildsensor aufgebracht werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines der vorab beschriebenen optischen Abbildungssysteme zum Aufnehmen von Bilddaten eines Bereichs, in dem sich ein Objekt befindet, und zum Verfolgen des Objekts, in dem der Bereich, aus welchem Bilddaten aufgenommen werden, durch Drehen des Abbildungssystems um das Rotationszentrum dem Objekt nachgeführt wird. Die Verwendung des optischen Abbildungssystems für ein derartiges Objekt-„Tracking” ist vorteilhaft, da sich auch bei einem Drehen des Abbildungssystems die Größe des Abbilds des Objekts im Wesentlichen nicht ändert, wodurch das verfolgte Objekt erfasst bleiben kann und vereinfachte Trackingalgorithmen verwendet werden können. Weitere Verwendungen umfassen das Aufnehmen von Bilddaten zum Erstellen von Panoramabildern sowie das Detektieren von Röntgensignalen bei der Röntgentomografie.
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Merkmale der vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können kombiniert werden. Insbesondere können sie nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden.
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Die Figuren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt schematisch die Abbildungsgeometrie bei einem herkömmlichen Abbildungssystem.
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2 zeigt schematisch die Abbildungsgeometrie bei einem herkömmlichen Abbildungssystem.
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3 zeigt schematisch ein Lichtleiterbündel mit einer ersten in das Bündel geschliffenen Endfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4A bis 4D veranschaulichen schematisch die Herstellung eines Lichtleiterbündels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Herstellung mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt.
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5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems.
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6 veranschaulicht eine winkeltreue Abbildung bei einem optischen Abbildungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt einen Vergleich von Bildgrößen bei Abbildung eines Objekts mit einem herkömmlichen optischen Abbildungssystem und mit einem Abbildungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt einen Vergleich von Bildgrößen bei Abbildung eines Objekts mit einem herkömmlichen optischen Abbildungssystem und mit einem Abbildungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt schematisch ein optisches Abbildungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei mit Hilfe von Szintillatorkristallen die Intensität von Röntgenstrahlung mit einem Bildsensor gemessen wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung sollen Abbildungsfehler dadurch vermieden werden, dass eine gekrümmte Bildebene mit Hilfe eines Bündels von Lichtleitern in eine planare Ebene transformiert wird, wo ein Bildsensor positioniert werden kann. Eine Ausführungsform eines solchen Bündels von Lichtleitern ist schematisch in 3 gezeigt. Das Bündel von Lichtleitern 12 umfasst mehrere Lichtleiter 13, beispielsweise Glasfasern. Lichtleiterbündel 12 weist eine gekrümmte erste Endfläche 14, sowie eine im Wesentlichen ebene zweite Endfläche 15 auf. Die zweite Endfläche 15 kann direkt auf einen Bildsensor 16 wie beispielsweise ein CCD-Chip oder einen CMOS-Chip aufgesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstellung des optischen Abbildungssystems auf herkömmliche Bildsensoren zurückgegriffen werden kann, von denen eine große Vielzahl für verschiedene Anwendungen zur Verfügung steht.
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Auf der vom Bildsensor 16 abgewandten Seite weist das Lichtleiterbündel 12 eine Vertiefung auf, welche die Form der ersten Endfläche 14 bestimmt. Diese Vertiefung kann die Form eines Kugelsegments aufweisen. In 3 ist eine seitliche Schnittansicht des Faserbündels 12 gezeigt, so dass die Endfläche 14 als ein Kreisbogensegment dargestellt ist. Im Beispiel von 3 haben die Enden der Lichtleiter, die die erste Endfläche 14 bilden, Abschlussebenen, bzw. Endflächen, die im Wesentlichen dem Verlauf der Krümmung der Endfläche 14 entsprechen. Endfläche 14 ist somit eine im Wesentlichen glatte Fläche. Wird ein Bild auf die erste Endfläche 14, beispielsweise von einer Abbildungsoptik, abgebildet, so leiten die Lichtleiter 13 das Licht auf den Bildsensor 16 weiter. Wie in 3 gezeigt kann dabei der Durchmesser der Lichtleiter auf das Pixelraster des Bildsensors abgestimmt werden. Es kann jedoch auch eine höhere Lichtleiterdichte verwendet werden. Bei dieser sog. Überabtastung ist insbesondere das Ausrichten des Lichtleiterbündels 12 auf Bildsensor 16 unproblematisch, da jeweils mehrere Lichtleiter einen Sensorpunkt bzw. ein Pixel des Bildsensors beleuchten. Die Auswahl der Dimensionierung kann ähnlich wie bei Kameras erfolgen, die mit einer vorgesetzten Mikrochannelplatte (MCP) arbeiten. Im Gegensatz zu MCP, wo eine Licht- bzw. Elektronenverstärkung erfolgt, wird hier jedoch auftreffendes Licht weitergeleitet, so dass im Wesentlichen die Transformation einer gekrümmten sensitiven Fläche 14 in eine planare sensitive Fläche 15 erfolgt. Auch bei Mikrokanalplatten können selbst bei einem Nichtübereinstimmen des Rasters der Mikrokanäle mit dem CCD-Raster gute Abbildungseigenschaften erreicht werden.
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Auf die Enden der Lichtleiter 13, die die Endfläche 14 bilden, kann weiterhin eine Diffusorschicht aufgebracht werden. Mit einer derartigen Diffusorschicht kann Licht in die Lichtleiter gestreut werden, so dass das Licht effizienter zum Bildsensor 16 transportiert wird.
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Das Lichtleiterbündel 12 kann beispielsweise aus einzelnen Glasfasern mit einem Durchmessern von mehreren Mikrometern bestehen. Jede Faser kann dabei einen Glaskern umfassen, sowie einen Mantel, der den Kern umgibt und einen niedrigeren Brechungsindex aufweist. Um einen „Cross Talk” zwischen den Glasfasern zu verhindern, so dass Licht nicht von einer Faser in die andere gelangt, kann des weiteren ein absorbierendes Wandmaterial zwischen den Fasern vorgesehen werden. Dieses ist jedoch optional.
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Die Herstellung des in 3 gezeigten Lichtleiterbündels 12 kann beispielsweise durch Zusammenfassen eines Bündels von Lichtleitfasern in einer mechanischen Halterung erfolgen. Dabei werden die Fasern derart gehalten, dass sich an einem Ende bereits eine ebene Fläche ausbildet, d. h. die zweite Endfläche 15. Das andere Ende des Lichtleiterbündels kann nun beispielsweise durch entsprechendes Schleifen derart bearbeitet werden, dass sich eine Vertiefung der gewünschten Form ergibt. Die ebene Endfläche 15 kann direkt an einen Sensor-Chip angelegt werden. Die durch Bündel 12 auf die gekrümmte Fläche 14 transformierte Sensorfläche kann dann der Abbildungsoptik zugewandt werden.
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4A bis 4D veranschaulichen ein Herstellungsverfahren eines Lichtleiterbündels gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei werden die Lichtleiter 13 zunächst lose gebündelt. Durch Aufsetzen des Lichtleiterbündels 12 auf eine Musterfläche 30, welche die gewünschte Krümmung aufweist, beispielsweise eine Kugeloberfläche, bildet sich die erste Endfläche 14 unter dem Einfluss der Schwerkraft aus. Die Unterseite des Lichtleiterbündels passt sich der vorgegebenen Musterfläche 30 an. Dies ist in 4A veranschaulicht. In diesem Zustand wird das Lichtleiterbündel fest zusammengefügt und fixiert. Verbleibende Zwischenräume können dabei mit den vorab genannten Licht absorbierenden Material gefüllt werden, was gleichzeitig als Klebemittel für das Lichtleiterbündel dienen kann.
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Nach Entfernen der Musterfläche 30 ergibt sich wie in 4B gezeigt die gekrümmte erste Endfläche 14. Die resultierende, ebenfalls gekrümmte Oberseite des Lichtleiterbündels 12 kann nun beispielsweise in der Ebene 24 in einem weiteren Arbeitsgang plan geschliffen werden. Schleifebene 24 bildet die Adapterfläche für den Bildsensor. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Lichtleiterbündel 12 während des Schleifvorgangs weiterhin an der formgebenden Musterfläche 30 anliegt, so dass eine bessere Fixierung erreicht wird. Das Lichtleiterbündel 12 nach dem Schleifvorgang ist in 4C dargestellt. Bezugszeichen 15 kennzeichnet die zweite im Wesentlichen plane Endfläche des Lichtleiterbündels 12. In einem nächsten Schritt kann das Lichtleiterbündel 12 auf den Bildsensor 16 aufgebracht werden, wie in 4D dargestellt. Bei dem resultierenden Lichtfaserbündel 12 sind die dem Bildsensor 16 abgewandten Endflächen der Lichtleiter 13 im Wesentlichen parallel zur Ebene des Bildsensors. Es kann wiederum eine derartige Sortierung der Lichtleiter erfolgen, dass ein Lichtleiter im Wesentlichen einem Sensorpunkt des Bildsensors 16 entspricht. Jedoch ist auch hier eine Überabtastung durch Verwendung einer höheren Faserdichte denkbar.
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5 zeigt schematisch ein optisches Abbildungssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in 5 gezeigten Ausführung kommt ein Lichtleiterbündel 12 zum Einsatz, bei welchem die Enden der Lichtleiter 13, die die gekrümmte erste Endfläche 14 bilden, im Wesentlichen senkrecht auf der Endfläche 14 stehen. Jedoch sind auch andere Winkel möglich, wie es in 5 angedeutet ist. Im Wesentlichen senkrecht bedeutet dabei, dass der Winkel zwischen der Längsachse und des Lichtleiterendes und der gekrümmten Oberfläche 14 90°±15°, vorzugsweise 90°±10° oder besonders bevorzugt 90°±5° aufweist. Wie in 5 gezeigt können dabei sich verjüngende, kegelförmige Glasfasern zum Einsatz kommen („tapered optical fibers”), wobei dies beispielsweise durch Ziehen der Fasern oder Ähnliches erreicht werden kann. Selbstverständlich können in dem optischen Abbildungssystem 10 auch die in 3 und 4 gezeigten Lichtleiterbündel zum Einsatz kommen.
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Das optische Abbildungssystem 10 weist eine Abbildungsoptik 11 auf, welche die Umgebung vor der Abbildungsoptik in eine Bildebene abbildet, welche der gekrümmten Endfläche 14 entspricht. Das Abbild wird durch die Lichtleiter 13 zum Bildsensor 16 geleitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Abbildungsoptik 11 ein einzelnes Linsenelement, sie kann jedoch bei anderen Ausführungsformen auch mehrere Linsenelemente umfassen. Beispielsweise können sphärische, asphärische, oder Kugellinsen zum Einsatz kommen. Zum Fokussieren eines Objekts, d. h. zum Scharfstellen des Abbildes auf Endfläche 14, kann die Abbildungsoptik 11 ein bewegliches Linsenobjekt umfassen, oder mehrere, relativ zueinander bewegliche Linsenelemente.
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Die Abbildungsoptik 11 weist ein Projektionszentrum 17 auf. Bei einer einfachen Linse ist dies beispielsweise der Schnittpunkt zwischen der Hauptebene der Linse und der optischen Achse der Linse. Die Winkelverhältnisse von durch das Projektionszentrum laufenden Lichtstrahlen bleiben gleich, so dass bei einer Drehung des Abbildungssystems um das Projektionszentrum eine gleichbleibende winkeltreue Abbildung erzielt wird.
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Dementsprechend weist das optische Abbildungssystem 10 eine Halterung 20 auf, mit welcher sich das Abbildungssystem um das Rotationszentrum 18 drehen lässt. Halterung 20 ist in 5 nur angedeutet und kann beispielsweise eine kardanische Aufhängung umfassen. Damit kann das Abbildungssystem 10 um die Rotationsachse 22 sowie um eine senkrecht zur Figur stehende Rotationsachse gedreht werden, wobei beide Rotationsachsen durch das Rotationszentrum 18 verlaufen. Es sollte klar sein, dass die Rotation auch nur um eine Achse erfolgen kann, und dass sich bei einem zweiachsigen System die Rotationsachsen nicht notwendigerweise in einem Punkt schneiden müssen. Auch können andere Halterungen als eine kardanische Aufhängung verwendet werden, beispielsweise eine dem menschlichen Auge nachempfundene Halterung. Das Abbildungssystem kann dazu von einer kugelförmigen Hülle umgeben sein, welche in einer entsprechenden Kapsel sitzt und beispielsweise von zwei Reibrädern angetrieben wird. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem älterer Computermäuse, wobei hier die Reibräder nicht zur Detektion, sondern zum Antrieb der Kugel verwendet werden. Auch ist eine nur um eine Achse verschwenkbare Halterung denkbar.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Halterung derart konfiguriert, dass das Rotationszentrum im Wesentlichen auf dem Projektionszentrum der Abbildungsoptik 11 liegt. Als Rotationszentrum kann dabei auch eine einzelne Rotationsachse 22 angesehen werden. Selbstverständlich können dabei je nach Anwendung gewisse Toleranzen berücksichtigt werden. Das Projektionszentrum kann sich beispielsweise in einem Abstand von weniger als 1 cm, vorzugsweise weniger als 5 mm und besonders bevorzugt weniger als 1 mm zum Rotationszentrum befinden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Rotationszentrum der Schnittpunkt zweier senkrecht zueinander stehender Rotationsachsen, und es liegt auf dem Projektionszentrum 17. Das optische Abbildungssystem 10 kann damit wie durch Pfeile angedeutet in der Ebene der Figur, oder um Rotationsachse 22 verschwenkt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die gekrümmte erste Endfläche 14 die Form eines Kugelsegments auf, wobei der Mittelpunkt 19 der entsprechenden Kugel mit dem Projektionszentrum 17 der Abbildungsoptik 11 sowie dem Rotationszentrum 19 zusammenfällt. Damit lassen sich die einleitend beschriebenen Abbildungsfehler verringern bzw. vermeiden. Insbesondere werden auf die Mitte der Endfläche 14 abgebildete Objekte mit derselben Größe wie auf den Rand der Endfläche 14 abgebildete Objekte von Bildsensor 16 erfasst. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf 6 bis 8 genauer beschrieben.
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Das optische Abbildungssystem 10 kann beispielsweise Teil einer Überwachungskamera oder einer Panoramakamera sein. Das Abbildungssystem kann dabei ähnlich dem menschlichen Auge um zwei Achsen rotiert werden. Dabei zeigt sich die besondere Eigenschaft einer winkeltreuen Abbildung einer derartigen Kamera. Wird mit der erfindungsgemäßen Kamera beispielsweise eine Panoramaaufnahme erstellt, so lassen sich entsprechende Bildpaare ohne Probleme aneinander fügen. Entzerrungen oder andere Bildberechnungen müssen nicht mehr vorgenommen werden. Insbesondere bei der Verwendung mit einem Trackingsystem, wobei ein Objekt mit der Kamera verfolgt wird, kann mit dem optischen Abbildungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform sichergestellt werden, dass die Geometrie des abgebildeten Bereichs trotz Bewegung der Kamera um deren Rotationszentrum keine Verzerrung erleidet. Insbesondere wenn sich die Objekte im Raum bewegen und sich somit in ihre Größe in der Abbildung ändert ist dies vorteilhaft, da keine zusätzliche Größenänderung des Objekts dadurch eingeführt wird, dass sich das Objekt an den Rand des abgebildeten Bereichs bewegt, oder dass die Kamera um das Rotationszentrum gedreht wird. Somit ist ein im Wesentlichen nahtloses Nachführen möglich. Durch die Drehung der Kamera kann somit effektiv ein virtuelles Bild erzeugt werden, welches größer ist als die Chipfläche des Bildsensors 16, wobei es sich nahtlose Übergänge zwischen einzelnen Bildabschnitten ergeben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vorhandene zentrale Perspektive erhalten bleibt.
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6 veranschaulicht die Abbildung von zwei Punkten P1 und P2 auf die gekrümmte erste Endfläche 14, wobei die Bildpunkte mit P1' und P2' bezeichnet sind. Der Einfachheit halber ist die Abbildungsoptik 11 sowie die Halterung 20 in 6 nicht dargestellt. Hinter der gekrümmten ersten Endfläche 14 befindet sich die ebene Aufnahmefläche E, in welcher beispielsweise Bildsensor 16 angeordnet ist, wobei die Aufnahmefläche E mit der gekrümmten ersten Endfläche 14 über das Lichtleiterbündel 12 verbunden ist. Entlang der gekrümmten Fläche 14 ergibt sich ein Abstand 13 zwischen den Bildpunkten P1' und P2'. Wird das optische Abbildungssystem nun um einen bestimmten Winkel um das Rotationszentrum 18 gedreht, so dass die Ebene E an die Stelle E' wandert, so ist aus 6 ersichtlich, dass der Abstand L3 konstant bleibt. Dies wird bei der vorliegenden Ausführungsform dadurch erreicht, dass das Rotationszentrum 18 derart gewählt ist, dass es dem Mittelpunkt der gekrümmten Kugeloberfläche 14 entsprechenden Kugel mit dem Radius r entspricht. Dieser Mittelpunkt 19 fällt mit dem Projektionszentrum 17 und dem Rotationszentrum 18 zusammen. Das Zusammenfallen dieser Punkte ermöglicht eine Winkeltreue, im Wesentlichen verzerrungsfreie Abbildung auf dem Bildsensor 16.
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In 6 beträgt der Abstand des Punktes E1' vom oberen Rand der gekrümmten ersten Endfläche vor der Drehung L1 und nach der Drehung L2. Dies verdeutlicht, dass nach der Drehung ein anderer Ausschnitt der Perspektive abgebildet wird. Der Abstand zwischen P1' und P2' entlang der Krümmung wird vor und nach der Drehung L3 bleiben. Damit ändert sich die Geometrie der Abbildung auf der gekrümmten Fläche im Wesentlichen nicht.
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Das Zusammenfallen des die gekrümmte erste Endfläche bildenden Mittelpunkts, des Rotationszentrums und des Projektionszentrums entspricht einer Art Scheimpflugbedingung für das optische Abbildungssystem. Gemäß der Scheimpflugbedingung für eine herkömmliche Kamera müssen sich die Bildebene, die Objektivhauptebene und die Projektionsebene gemeinsam schneiden, damit eine scharfe Abbildung erzielt wird. Wenn die Projektionsebene parallel zur Objektebene steht, so treffen sich die drei Ebenen im Unendlichen. Wird bei einer herkömmlichen Kamera die Scheimpflugbedingung verletzt, so ergeben sich entsprechende Unschärfen und/oder Verzeichnungen. Auch in diesem Bezug erzielt das erfindungsgemäße Abbildungssystem eine Verbesserung, indem als Schnittpunkt zumindest ein neuer virtueller Schnittpunkt erzeugt wird, da sich die Abbildungsebene in einem konstanten Abstand um das Projektionszentrum befindet. So wird die Linsengleichung 1 / f = 1 / b + 1 / g besser über eine größere Bildfläche erfüllt.
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7 veranschaulicht die Verbesserung der Abbildungseigenschaften der vorliegenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems durch den Vergleich der Abbildung mit einem herkömmlichen Abbildungssystem. 7 verdeutlicht eine Größenänderung eines abgebildeten Objekts bei Drehung des Abbildungssystems um das Rotationszentrum 18, wenn kein Lichtleiterbündel 12 mit einer gekrümmten Oberfläche 14 vorgesehen ist, sondern die Abbildung direkt auf die Abbildungsebene E erfolgt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist der Abstand der abgebildeten Punkte P1 und P2 in der Abbildungsebene E L4. Bei einer Drehung des Abbildungssystems um das Rotationszentrum 18 werden die Punkte P1 und P2 auf die Ebene E abgebildet. Auf der Ebene E' ergibt sich ein Abstand L5 zwischen den Bildpunkten. Die Zeichnung verdeutlicht, dass die beiden Abstände L4 und L5 nicht gleich sind, so dass es bei Rotation des Abbildungssystems um das Projektionszentrum 17, welches auf dem Rotationszentrum 18 liegt, zu einer Verzeichnung der Abbildung kommt. Zum Vergleich zeigt 7 ebenfalls die gekrümmte erste Endfläche 14, auf die die beiden Punkte P1 und P2 jeweils als P1' und P2' abgebildet werden. Dabei ist es offensichtlich, dass die Drehung des Abbildungssystems auf den sich entlang der Krümmung ergebenden Abstand L3 keinen Einfluss hat.
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Zur Verdeutlichung dieses Unterschieds ist das entsprechende System nochmals in 8 dargestellt, wobei hier extremere Abbildungsverhältnisse gewählt wurden. Zum Einen wurde die Ebene E näher an die gekrümmte Fläche 14 gesetzt, und zum Anderen wurde der Drehwinkel, mit dem das Abbildungssystem um das Rotationszentrum 18 gedreht wird, vergrößert. Für diesen Fall wird besonders deutlich, dass der Abstand L5 auf der Abbildungsebene E der Abbilder der Punkte P1 und P2 wesentlich größer ist als der entsprechende Abstand 14 auf der Ebene E. Der Abstand L3, welcher entlang der gekrümmten ersten Endfläche 14 gemessen wird, bleibt hingegen stets gleich, unabhängig von der Verdrehung der Ebene E nach E' um das Rotationszentrum 18.
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Aus diesen Betrachtungen wird ersichtlich, dass das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem wesentlich verbesserte Abbildungseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Systemen aufweist. Durch Transformieren der ebenen sensitiven Fläche des Bildsensors in eine gekrümmte sensitive Fläche und der Verwendung des Bündels von Lichtleitern können insbesondere Verzerrungen und Verzeichnungen am äußeren Rand der sensitiven Fläche vermindert werden. Das mit einem derartigen optischen Abbildungssystem aufgenommene Bild stammt damit im Wesentlichen von einer gekrümmten Abbildungsfläche. Dies ist ähnlich der Wahrnehmung einer Umgebung durch das menschliche Auge, welches ebenfalls über eine gekrümmte Aufnahmefläche verfügt, und somit Verzeichnungen am Rand eines wahrnehmbaren Bildes vermeidet.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 9 gezeigte Ausführungsform des optischen Abbildungssystems 10 wird in der Röntgen-Tomografie eingesetzt. Ein Ziel der Röntgentomografie ist es, von einem Punkt (Voxel) eines Untersuchungsobjekts 43 möglichst genaue Informationen über dessen Dichte zu bekommen, und zwar möglichst ohne dass diese Informationsanteile von nicht interessierenden benachbarten Punkten (Nachbarvoxelen) enthält. Dazu wird das zu untersuchende Objekt 43 mit Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenquelle 41 emittiert werden, durchstrahlt. Beim Durchlaufen des Objekts 43 erfährt die Röntgenstrahlung eine zur Dichte proportionale Abschwächung, die mit einem Detektor registriert wird. Zum Erzielen einer räumlichen Auflösung wird das Objekt typischerweise um eine im Inneren des Objekts liegende Rotationsachse 18 gedreht, oder es erfolgt eine Verdrehung der Röntgenquelle und des Detektors um das Objekt um dieselbe Achse. Der Einfluss von benachbarten Voxeln kann dadurch zumindest teilweise eliminiert bzw. herausgerechnet werden, in dem das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen bzw. unterschiedlichen Winkeln mehrfach durchstrahlt wird, und dann aus diesen Daten per Rückrechnung (Radontransformation) auf die lokale Dichte eines Voxels geschlossen wird. Herkömmliche Systeme verwenden dabei im Allgemeinen einen flachen Detektor, der die abgeschwächte Röntgenstrahlung detektiert, und Datensätze für die entsprechende Rechnung liefert. Dabei können wiederum Verzeichnungen am Rand des Detektors auftreten, da Röntgenstrahlen, die zueinander den gleichen Winkel aufweisen, in der Mitte des Detektors in unterschiedlichem Abstand registriert werden als am Rand des Detektors.
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Zur Umgehung dieses Problems verwendet die vorliegende Ausführungsform einen ebenen Sensor 16, auf den ein Lichtleiterbündel 12 aufgesetzt ist. Das Lichtleiterbündel 12 weist wiederum eine gekrümmte erste Endfläche 14 auf, wobei der Krümmungsradius derart gewählt ist, dass die von der Quelle 41 emittierten Röntgenstrahlen im Wesentlichen senkrecht auf die erste Endfläche 14 treffen. Die erste Endfläche 14 weist beispielsweise eine Vertiefung in Form eines Kugelsegments einer Kugel auf, wobei die Position des Mittelpunkts 19 der Kugel im Wesentlichen der Position der Quelle der Röntgenstrahlung entspricht. Auf der ersten Endfläche 14 des Lichtleiterbündels 12 sind am Ende der Lichtleiter 13 Szintillatorkristalle 42 aufgebracht, so dass bereits an der Einkoppelstelle in den jeweiligen Lichtleiter 13 eine Umwandlung der Röntgenstrahlung in eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgt. Insbesondere erfolgt eine Umwandlung in eine für den verwendeten Sensorchip 16 detektierbare Lichtwellenlänge.
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Selbstverständlich können auch andere, beispielsweise wie die mit Bezug auf 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen von Lichtleiterbündeln 12 bei dem in 9 gezeigten optischen Abbildungssystem 10 zum Einsatz kommen. Selbstverständlich kann das Abbildungssystem 10 weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine Halterung, mit der das System um das Rotationszentrum 18 gedreht werden kann. Im Beispiel von 9 ist das Rotationszentrum 18 eine senkrecht zur Figur stehende Rotationsachse. Andere Geometrien sind jedoch auch denkbar, wie beispielsweise die Rotation des Abbildungssystems 10 um zwei Achsen.
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Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden. Auch können die Ausführungsformen weitere nicht gezeigte Elemente aufweisen, die bei herkömmlichen optischen Abbildungssystemen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann eine Aperturblende vorgesehen werden, mit welcher sich die Tiefenschärfe des Abbildungssystems regulieren lässt. Durch Vergrößern der Tiefenschärfe mit Verwendung einer kleineren Aperturblende kann sichergestellt werden, dass ein Objekt scharf auf der ersten Endfläche des Lichtleiterbündels abgebildet wird. Auch können weitere optische Elemente, wie Filter und ähnliches im Strahlengang vorgesehen werden. Die Beschreibungen, die mit Bezug auf 6 bis 8 bezüglich der Abbildungseigenschaften des optischen Abbildungssystems gemacht wurden, können gleichermaßen auf die in 5 gezeigte Ausführungsform angewandt werden. Auch sollte klar sein, dass eine Vielzahl von Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen denkbar sind und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
