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Periskope sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Diese werden unter anderem dazu verwendet, Bildinformationen in einen geschützten Raum zu übertragen.
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Generell besteht bei Periskopen das Problem eines eingeschränkten Sichtfelds. Um das Sichtfeld zu vergrößern, ist es bekannt, Periskope drehbar auszugestalten. So ist aus der
WO 97/42538 A2 ein Periskop bekannt, welches einen um 360° frei drehbaren Periskopkopf aufweist. Solche Lösungen sind allerdings mechanisch aufwändig. Zudem besteht nach wie vor das Problem, dass in Sichtrichtung des Betrachtes das Sichtfeld sehr eingeschränkt ist. Der Betrachter kann einen umfassenden Überblick über die Umgebung daher nur erhalten, wenn das Periskop auch tatsächlich geschwenkt wird. Bereits beobachtete Bereiche geraten nach dem Schwenken aber wieder außer Sicht.
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Zudem erlaubt die Mechanik schwenkbarer Periskope unter Umständen keinen Einbau in einen bereits vorhandenen, räumlich begrenzten Einbauort. Dies erschwert die Umrüstung bestehender Systeme.
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Es besteht weiterhin die Möglichkeit, Bilder zum Betrachter über elektronische Kameras zu übertragen. Derartige Systeme können zwar sehr kompakt aufgebaut werden, allerdings besteht andererseits das Problem, dass das System auf eine Spannungsversorgung angewiesen und damit entsprechend anfällig ist.
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Die
US 6 731 845 B1 offenbart ein solches System. Hier wird mittels mehrerer Optiken ein Panoramabild auf einer umlaufenden Fläche erzeugt. Innerhalb dieser Fläche ist eine drehbare Optik mit einer elektronischen Kamera angeordnet, so dass mit der Kamera ein durch Drehung der Optik wählbarer Teil des Panoramabilds aufgenommen wird.
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Die
DE 2740456 A1 beschreibt eine Einrichtung, welches es ermöglicht, aus geschlossenen Räumen zu sehen. Die Einrichtung umfasst flexible Bildleitkabel, mit denen das Bild in den Raum übertragen wird. Die Aufnahmeoptik soll drehbar gestaltet sein, um einen Rundumblick zu ermöglichen.
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Aus der
US 4 969 707 A ist weiterhin eine Anordnung mit mehreren faseroptischen Bildleitern bekannt, bei welcher verschiedene Sichtfelder mit den Bildleitern erfasst und zu einem Beobachter übertragen werden. Die Anordnung soll dazu dienen, verschiedene Sektoren im Umfeld eines Fahrzeugs, Sicherheitssysteme und gefährliche oder schwer zu erreichende Objekte überwachen zu können.
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In der
US 3 985 424 A wird eine Panoramasichtanordnung mit mehreren Bildleitern für ein Fahrzeug beschrieben, bei welcher die lichteintrittsseitigen Bildleiterenden an verschiedenen Orten auf dem Fahrzeugdach angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Periskop-Einrichtung zur Verfügung zu stellen, welche bei kompakter Baugröße ein Weitwinkel-Sichtfeld bereitstellt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Periskop-Einrichtung vor, welche zumindest zwei Objektive aufweist, deren optische Achsen einen Winkel zueinander aufweisen, so dass die Objektive unterschiedliche Raumwinkelbereiche abbilden. Die optischen Achsen zweier Objektive spannen also eine Ebene auf. Sind mehr als zwei Bildleiter und Objektive vorgesehen, können vorteilhaft ebenfalls alle optischen Achsen in einer Ebene liegen. Generell bietet es sich an, die Objektive so anzuordnen, dass diese Ebene waagerecht liegt, die einzelnen Objektive also einen die Horizontlinie einschließenden Raumwinkelbereich aufnehmen.
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Es sind zumindest zwei Multifaser-Bildleiter vorgesehen, von denen jeweils ein Multifaser-Bildleiter einem der Objektive zugeordnet ist. Jeweils ein erstes, objektivseitiges Ende eines Multifaser-Bildleiters ist bezüglich des zugeordneten Objektivs so angeordnet, dass das vom Objektiv erzeugte Bild auf das erste, objektivseitige Ende des Multifaser-Bildleiters abgebildet wird. Zumindest ein Längs-Abschnitt der Multifaser-Bildleiter verläuft quer zu der optischen Achse des zugeordneten Objektivs. Um dabei das auf das erste Ende abgebildete Bild durch den Bildleiter übertragen zu können, ist eine erste Lichtumlenkeinrichtung vorgesehen, mit welcher das Licht aus der Richtung der optischen Achse des Objektivs auf die Längsrichtung des Längsabschnitts des Multifaser-Bildleiters umzulenken. Die Multifaser-Bildleiter weisen zweite, betrachterseitige Enden auf, die nebeneinander so angeordnet sind, dass die an diesen Enden sichtbaren, von den Objektiven auf die ersten Enden abgebildeten und zu den zweiten Enden übertragenen Teilbilder ein zusammengesetztes Bild des von den Objektiven insgesamt auf die ersten Enden abgebildeten Raumwinkelbereichs ergeben.
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Die Erfindung weist gegenüber herkömmlichen Periskopen oder Winkelspiegel-Anordnungen besondere Vorteile auf. Durch ein Objektiv des Periskops wird die Divergenz des Lichts besonders dann erhöht, wenn das Objektiv einen Weitwinkel-Bereich erfasst. Wird das Licht wie in einem herkömmlichen Periskop zum Betrachter nach dem ersten Umlenkspiegel oder -prisma durch einen Freistrahlbereich geleitet, so führt die Divergenz des Lichts dazu, dass ein Großteil des Lichts nicht mehr auf das Okular fällt. Demgegenüber wird das Licht bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Bildleiter in den einzelnen Fasern durch Totalreflexion geleitet. Trotz der Divergenz gelangen auf diese Weise die Lichtstrahlen zum zweiten Ende der Bildleiter und damit zum Betrachter. Dies führt zu einer besonders hohen Lichtstärke der erfindungsgemäßen Periskop-Einrichtung.
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Gegenüber Kamerasystemen bietet die Erfindung andererseits den Vorteil, zumindest bis zur Bildausgabe an den zweiten Enden der Bildleiter rein optisch zu funktionieren, Damit ist eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet. Im übrigen führt eine Beschädigung eines der durch die Bildleiter mit zugeordnetem Objektiv gebildeten Bildkanäle nicht zu einem Totalausfall des Systems, sondern lediglich zu einer Einschränkung des Sichtfelds.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Lichtumlenkeinrichtung vorgesehen, welche das aus den zweiten, betrachterseitigen Enden der Multifaser-Bildleiter austretende Licht wieder in Richtung auf die optische Achse des jeweiligen zugeordneten Objektivs umlenkt. Damit wird eine für den Betrachter eine Betrachtungsrichtung geschaffen, welche der objektivseitigen Betrachtungsrichtung oder Betrachtungsebene entspricht oder dieser zumindest angenähert wird. Die Umlenkung muss dabei nicht notwendigerweise die Umlenkung der ersten Umlenkeinrichtung vollständig oder exakt rückgängig machen. Vielmehr kann der Betrachtungswinkel an die jeweilige Anwendung, beziehungsweise an die gewünschte Betrachtungsposition angepasst werden.
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Unter einem Multifaser-Bildleiter wird im Sinne der Erfindung ein Bildleiter mit einer Vielzahl von Lichtleitern verstanden, bei welchem die Anordnungen der Lichtleiter an den Enden so zueinander korrespondieren, dass ein auf ein Ende abgebildetes Bild am anderen Ende wieder sichtbar ist. Dabei kann die Orientierung des Bildes am lichtaustrittsseitigen Ende gegebenenfalls von der Orientierung des Bildes am eintritsseitigen Ende abweichen. Insbesondere kann durch eine Torsion des Multifaser Bildleiters eine Drehung des austrittsseitigen Bildes erzielt werden. Dies ist, wie im Folgenden erläutert wird, für eine Weiterbildung der Erfindung besonders von Vorteil.
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Soll betrachterseitig ein flaches, oder im Wesentlichen ebenes Panoramabild des insgesamt von den Objektiven erfassten Raumwinkelbereichs erzielt werden, so führt der Winkel zwischen den optischen Achsen der Objektive, beziehungsweise der Betrachtungsrichtungen der einzelnen Objektive aufgrund der Umlenkung durch die erste Umlenkeinrichtung zu einer Drehung der Orientierung der einzelnen Teilbilder. Um die Teilbilder betrachterseitig mit gleicher Orientierung zusammensetzen zu können, kann in zumindest einen der Multifaser-Bildleiter eine Torsion eingefügt werden, so dass die Orientierung eines auf das zweite Ende übertragenen Bildes einen Winkel zur Orientierung des auf das erste Ende abgebildeten Bildes aufweist. Insbesondere kann die Torsion demgemäß so sein, dass die Orientierung des auf das zweite Ende übertragenen Bildes mit der Orientierung des auf das zum zweite Ende eines benachbarten Multifaser-Bildleiter übertragenen Bildes übereinstimmt. Die Orientierung kann beispielsweise die Richtung der Vertikalen sein.
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Weiterhin ist es günstig für die Bildqualität, betrachterseitig ein möglichst nahtloses Bild aus den von den einzelnen Multifaser-Bildleitern übertragenen Teilbildern zu erzeugen. Dazu ist es zunächst einmal günstig, die Objektive so auszurichten, dass die von den Objektiven abgebildeten Raumwinkelbereiche überlappen. Hierbei ist als abgebildeter Raumwinkelbereich der gesamte Abbildungsbereich des Objektivs, nicht aber notwendigerweise der auf die Querschnittsfläche des ersten Endes des Bildleiters abgebildete Bereich oder der zum zweiten Ende des Bildleiters übertragene Bereich gemeint.
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Damit nun die Teilbilder an den zweiten Enden der Multifaser-Bildleiter nahtlos aneinander angrenzen können, ist es günstig, die Querschnittsformen der zweiten Enden der Bildleiter so zu wählen, dass die Querschnittsflächen benachbarter Enden der Bildleiter an zusammenpassenden Stoßkanten aneinandergesetzt sind. Dabei werden die Bildleiter vorzugsweise insbesondere auch so angeordnet, dass ein übertragenes Teilbild über die Stosskante hinweg im Wesentlichen orientierungsrichtig und versatzlos durch das Teilbild des benachbarten Bildleiters fortgesetzt wird. Es eignen sich hierzu aufgrund der Einfachheit der Fertigung insbesondere geradlinige Stosskanten.
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Hierzu besteht die Möglichkeit, Bildleiter mit zumindest einer ebenen Seitenfläche zu verwenden. Beispielsweise können Bildleiter mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt eingesetzt werden, Derartige Bildleiter sind jedoch schwieriger zu fertigen. Eine andere, einfache Möglichkeit besteht darin, einen Bildleiter von vorgegebener Form am zweiten Ende unter Ausbildung einer geraden Seitenfläche zu bearbeiten, insbesondere anzuschleifen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden dazu Bildleiter, beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt verwendet, die an der Mantelfläche am zweiten Ende abgeschrägt sind, wobei die eingefügte Schrägfläche am zweiten Ende eine geradlinige Kante bildet.
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Um einen insgesamt sehr großen Raumwinkelbereich mit der erfindungsgemäßen Periskop-Anordnung zu erreichen, werden vorzugsweise Objektive verwendet, die jeweils einen Bildwinkel von zumindest 45°, besonders bevorzugt von zumindest 55° aufweisen.
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Weiterhin sollte auch eine hinreichende Bildauflösung erzielt werden, um einen Verlust von Bildinformation aufgrund der durch die Einzelfasern verursachten Rasterung des Bildes zu begrenzen. Dazu ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass jeder der Multifaser-Bildleiter zumindest 50000, vorzugsweise zumindest 100000 lichtleitende Fasern aufweist. Mit mehr als 100000 lichtleitenden Fasern kann auch mit Weitwinkelobjektiven, die einen Bildwinwinkel von mehr als 50° erfassen und auf das Ende des Bildleiters abbilden, auf 100 Meter Entfernung eine Ortsauflösung von besser als 30 cm erreicht werden.
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Da die Bauform durch die Verwendung von Bildleitern sehr kompakt und insbesondere durch eine anpassbare Formgebung der Bildleiter auch anwendungsspezifisch variierbar ist, eignet sich die Erfindung insbesondere auch zum Austausch einer bestehenden Winkelspiegel-Anordnung in einem Einbauschacht eines geschützten, insbesondere gepanzerten Fahrzeugs. Gerade bei gepanzerten Fahrzeugen ist der Platzbedarf generell kritisch, da der Einbauschacht für einen Winkelspiegel eine Öffnung und damit eine Schwachstelle in der Panzerung darstellt und daher vorzugsweise so eng wie möglich gehalten wird. Die Erfindung ist weiterhin auch als Beobachtungseinrichtung in strahlengeschützen Fahrzeugen oder Beobachter-Räumen einsetzbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
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1 eine Ansicht einer Periskop-Einrichtung,
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2 eine Ansicht der Periskop-Einrichtung gesehen von der entgegengesetzten Seite,
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3 eine schematische Aufsicht auf die Anordnung der Objektive,
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4 eine Aufsicht auf die zweiten, lichtaustrittsseitigen Enden der Multifaser-Bildleiter,
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5 eine Ansicht eines Multifaser-Bildleiters,
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6 eine Darstellung des Bildfelds der Periskop-Einrichtung, und
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7 eine mikroskopische Aufnahme des Querschnitts eines Multifaser-Bildleiters.
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Die 1 und 2 zeigen zwei Ansichten einer erfindungsgemäßen Periskopeinrichtung 1. Dabei zeigt 1 die Periskopeinrichtung 1 von der Seite des Okulars 11 her, 2 eine Ansicht von der gegenüberliegenden Seite, auf welcher in dieser Ausführungsform drei Objektive 21, 22, 23 angeordnet sind. Die Objektive 21, 22, 23 blicken in verschiedene Richtungen, so dass zwischen den optischen Achsen 31, 32, 33 der Objektive, beziehungsweise deren Blickrichtungen ein Winkel 5 besteht. In der Ansicht der 2 sind nur zwei der Objektive 22, 23 zu sehen, die optische Achse 31 des Objektivs 21, sowie deren Winkel 5 zur optischen Achse 32 des benachbarten Objektivs 22 sind eingezeichnet. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiels liegen die Blickrichtungen der Objektive 21, 22, 23, beziehungsweise deren optische Achsen 31, 32, 33 dabei in einer Ebene. Insbesondere ist es zweckmäßig, die Periskopeinrichtung 1 so einzubauen, dass diese Ebene horizontal oder im wesentlichen horizontal liegt, um des terrestrische Umfeld in einem weiten Winkelbereich einsehen zu können.
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Ergänzend zeigt dazu 3 eine schematische Aufsicht auf die Anordnung der Objektive 21, 22, 23 mit optischen Achsen 31, 32, 33 und den Winkeln 5 zwischen den optischen Achsen benachbarter Objektive. Zusätzlich eingezeichnet sind für die Objektive 21, 22 die Kegel der von den Objektiven erfassten Raumwinkelbereiche 50. Die Kegel schneiden sich in einiger Entfernung von den Objektiven. Demgemäß überlappen sich die von den Objektiven abgebildeten Raumwinkelbereiche 50. Vorzugsweise erfasst jedes der Objektive, ohne Beschränkung auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Raumwinkel mit einem Öffnungswinkel, beziehungsweise einem Bildwinkel von zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 55°. Weitwinkel-Objektive, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen sind, weisen dabei noch den Vorteil auf, dass sehr lichtstarke Objektive verwendet werden können. Dies um so mehr, als die Ortsauflösung ohnehin durch die Faserdurchmesser der einzelnen Lichtleiter, beziehungsweise lichtleitenden Fasern der Bildleiter begrenzt wird. Es können also Objektive verwendet werden, bei welchen die Lichtstärke zugunsten der Ortsauflösung optimiert ist. Ohne Beschränkung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele werden daher Objektive mit einem Öffnungsverhältnis 1/x mit x < 2, vorzugsweise mit x < 1,4 bevorzugt.
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Die erfindungsgemäße Periskopeinrichtung 1 umfasst weiterhin entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Objektive zumindest zwei Multifaser-Bildleiter, wobei dementsprechend die in 1 und 2 gezeigte Ausführungsform drei Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 aufweist. Jeweils ein Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 ist einem der Objektive 21, 22, 23 zugeordnet und transportiert dessen Bildinformation vom Periskopkopf 100 zu einer Beobachtungseinrichtung 101 am gegenüberliegenden Ende der Periskopeinrichtung 1. Dazu ist jeweils zumindest ein Längsabschnitt 912, 922, 932 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 quer zur optischen Achse des zugeordneten Objektivs 21, 22, 23 angeordnet.
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In 1 sind die Objektive 21, 22, 23 von der Rückseite her, beziehungsweise lichtaustrittsseitig zu sehen. Das aus den Objektiven 21, 22, 23 austretende Licht wird mittels einer ersten Lichtumlenkeinrichtung 7 in Richtung auf die ersten, objektivseitigen Enden 911, 921, 931 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 umgelenkt. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die erste Lichtumlenkeinrichtung 7 Prismen 71, die an der Rückseite der Objektive 21, 22, 23 angeordnet sind. Mittels dieser Lichtumlenkeinrichtung 7 wird dann das vom Objektiv 21, 22, 23 erzeugte Bild auf das erste, objektivseitige Ende 911, 921, 931 des Multifaser-Bildleiters 91, 92, 93 umgelenkt und dort abgebildet.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind die Multifaser-Bildleiter 91,92, 93 nicht nur entlang eines Längsabschnitts 912, 922, 932, sondern vollständig mit ihrer Längsrichtung quer zu den optischen Achsen 31, 32, 33 liegend, insbesondere im Wesentlichen senkrecht dazu liegend ausgebildet. Es ist aber auch möglich, als Lichtumlenkeinrichtung 7 einen gekrümmten Abschnitt des Multifaser-Bildlichtleiters vorzusehen, so dass der Bildlichtleiter von einem ersten, in Richtung der optischen Achse des Objektivs liegenden Abschnitt in einen quer dazu liegenden Längsabschnitt übergeht.
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Wie anhand von 2 zu erkennen ist, ist eine zweite Lichtumlenkeinrichtung 8 vorgesehen, welche das aus den zweiten, betrachterseitigen Enden 913, 923, 933 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 austretende Licht nochmals umlenkt. Entsprechend zu einem herkömmlichen Periskop wird insbesondere das Licht wieder in Betrachtungsrichtung des Periskops, also hier in Richtung auf die optischen Achse 31, 32, 33 des jeweiligen zugeordneten Objektivs 21, 22, 23 umgelenkt. Als Umlenkeinrichtung 8 dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein gemeinsames Prisma 81, welches das Licht aller an den zweiten, betrachterseitigen Enden 913, 923, 933 zusammengeführten Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 umlenkt. Als Beobachtungseinrichtung 101 dient hier ein Okular 12, mit welchem über das Prisma die an den zweiten Enden 913, 923, 933 der Bildleiter 91, 92, 93 sichtbaren Teilbilder des abgebildeten Raumwinkelbereichs vergrößert betrachtet werden können. Das Okular 12 kann ohne Beschränkung auf das spezielle in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel eine Linse, mehrere Linsen, sowie auch eine Fresnel-Linse, beziehungsweise Stufenlinse aufweisen, um das an den zweiten Enden 913, 923, 933 sichtbare Panoramabild zu vergrößern.
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Für den Bildeindruck und die Erfassbarkeit der Umgebung ist es für den Beobachter besonders günstig, wenn aus den an den betrachterseitigen Enden 913, 923, 933 sichtbaren Teilbildern ein möglichst nahtloses Gesamtbild erzeugt wird. Dazu werden die Querschnittflächen 914, 924, 934 der zweiten Enden 913, 923, 933 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 an zusammenpassenden Stoßkanten 970 aneinandergesetzt, wobei die Bildleiter so angeordnet sind, dass ein übertragenes Teilbild über die Stosskante hinweg orientierungsrichtig und versatzlos durch das Teilbild eines benachbarten Multifaser-Bildleiters (91, 92, 93) fortgesetzt wird.
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Eine Ausführungsform dazu zeigt die in 4 dargestellte Aufsicht auf die Querschnittflächen 914, 924, 934 der zweiten, lichtaustrittsseitigen Enden 913, 923, 933 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93.
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Wie anhand von 4 zu erkennen ist, weisen die Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 eine runde, vorzugsweise zylindrische Querschnittform auf. Derartige Bildleiter sind einfacher herstellbar, als Bildleiter mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt. Zudem ist eine runde Querschnittform gut an die Abbildung der Objektive angepasst, so dass eine sehr gute Ausnutzung des von den Objektiven 21, 22, 23 bereitgestellten Sichtfelds erzielt wird. Andererseits besteht das Problem, dass sich runde Querschnittflächen nicht nahtlos entlang einer Linie, sondern nur punktuell aneinandersetzen lassen. Um dieses Problem zu lösen, sind die Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 an deren Mantelflächen 95 am zweiten, lichtaustrittsseitigen Ende 912, 922, 932 unter Ausbildung einer Schrägfläche 97 abgeschrägt, wobei die eingefügte Schrägfläche am zweiten Ende 912, 922, 932 eine geradlinige Kante 970 bildet. Diese geradlinigen Kanten 970 bilden dann die Stosskanten, an welchen die Multifaser-Bildleiter aneinandergesetzt sind.
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Einen entsprechend bearbeiteteten Multifaser-Bildleiter, im Speziellen beispielhaft einen der beiden äußeren Multifaser-Bildleiter 91, 93 mit einer Schrägfläche 97 am zweiten Ende 913, beziehungsweise 933, zeigt 5. Anstelle einer Schrägfläche könnte auch die gesamte Mantelfläche auf einer Seite abgeschliffen werden, um eine geradlinige Kante am zweiten Ende des Multifaser-Bildleiters zu erhalten, was allerdings etwas aufwändiger ist.
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6 zeigt ein Bildfeld 15, wie es mit der Anordnung gemäß den vorstehenden Figuren erzielt werden kann. Die Form des Bildfelds 15 entspricht der Form der aneinandergesetzten Querschnittflächen 914, 924, 934 der Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93. Vorzugsweise sind die Multifaser-Bildleiter 91, 92, 93 so angeordnet, dass die Teilbilder in der horizontalen Richtung aneinandergesetzt sind.
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Der schmalste sichtbare Bereich in der vertikalen Richtung entsteht hier entlang der Stosskanten. Wie anhand des Ausführungsbeispiels der 6 zu erkennen ist, beträgt der erfasste Winkelbereich dort aber immer noch 36°. Im Bereich der Mitte der Teilbilder wird in dieser Richtung der Maximalwert entsprechend des auf das erste Ende des jeweiligen Multifaser-Bildleiters abgebildeten Bildwinkels erreicht. Dieser von den Objektiven auf die ersten Enden 911, 921, 931 abgebildete Bildwinkel beträgt im gezeigten Beispiel der 6 etwa 60°. Damit ergibt sich in der horizontalen Richtung, beziehungsweise allgemeiner in der Richtung entlang welcher die Teilbilder zusammengesetzt sind, insbesondere ein Bildwinkel von etwas mehr als 165°. Demgemäß wird in dieser Richtung fast der gesamte Halbraum abgebildet und für den Beobachter als gut mit einem Blick erfassbares flaches Panoramabild dargestellt.
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Ohne Beschränkung auf die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beträgt dabei der Bildwinkel des Bildes an den zweiten Enden der Multifaser-Bildleiter entlang der Richtung, in der zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei Teilbilder zusammengeführt sind, mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 150°.
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Zum Vergleich ist ein typisches Bildfeld 16 eines herkömmlichen Winkelspiegels gezeigt, wie er vielfach in geschützten Fahrzeugen eingesetzt wird, Der Bildwinkel beträgt hier in der horizontalen Richtung nur 28°, in der Vertikalen sogar nur 8°. Hieran wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Anordnung, nicht beschränkt auf die speziellen angegebenen Winkel, gegenüber einem herkömmlichen Winkelspiegel eine erheblich verbesserte Rundumsicht ermöglicht, beziehungsweise eine solche Rundumsicht überhaupt erst bereitstellt, ohne dass die Anordnung bewegt werden muss. In geschützten Fahrzeugen ist meistens der zur Verfügung stehende Raum so eng, dass eine Drehung der gesamten Anordnung nicht möglich oder vorgesehen ist. Hier schafft die Erfindung also gegenüber einem Winkelspiegel bei gleichem Platzbedarf die Möglichkeit, einen sehr großen Winkelbereich der Umgebung gleichzeitig zu erfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert sich das mit der Erfindung erzielte Bildfeld gegenüber dem Bildfeld eines herkömmlichen Winkelspiegels um etwa einen Faktor 30, also um etwa 3000%.
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Besonders von Vorteil ist bei der Erfindung, wie auch anhand des Beispiels der 5 ersichtlich ist, die Erhöhung des vertikalen Bildwinkels. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Ausführungsbeispiel kann der vertikale Bildwinkel von typischerweise etwa 8° eines herkömmlichen Winkelspiegels auf einen Bildwinkel von vorzugsweise mindestens 35° erhöht werden. Zieht man die Bildwinkel in der Mitte der Teilbilder in Betracht, ist diese Erhöhung sogar deutlich größer. Beim Einbau in Fahrzeugen führt die zu einer deutlich geringeren Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeugs oder Geländes. Bei den herkömmliche erreichten 8° vertikalem Bildwinkel kann eine geringe Geländeneigung bereits dazu führen, daß kritische Bereiche des Umfelds, besonders im Bereich des Horizonts oder allgemeiner des weiteren Umfelds des Fahrzeugs nicht mehr beobachtbar sind.
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Die Erfindung ermöglicht weiterhin auch eine verbesserte Panzerung oder allgemeiner eine verbesserte Abschirmung des geschützten Beobachterraums. Bei einem herkömmlichen Winkelspiegel muß die Panzerung in ähnlichen Abmessungen wie die der Spiegel geöffnet sein. Bei einer erfindungsgemäßen Periskop-Einrichtung reicht gegebenenfalls ein Durchbruch für die Multifaser-Bildleiter. In der horizontalen Mittelebene kann dazu eine abschirmende, oder panzernde Zwischenplatte eingezogen werden. Allgemeiner gesagt kann die Periskop-Einrichtung eine Abschirmung oder Panzerung zwischen den ersten und zweiten Enden der Multifaser-Bildleiter aufweisen, durch welche die Multifaser-Bildleiter hindurchgeführt sind.
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7 zeigt eine mikroskopische Aufnahme des Querschnitts eines für die Erfindung verwendbaren Multifaser-Bildleiters 91, 92, 93. Der Multifaser-Bildleiter ist aus einer Vielzahl von einzelnen Lichtleitern 9 zusammengesetzt, wobei die Lichtleiter 9 von einem Mantel 96 umgeben sind, dessen Brechungsindex größer als der Brechungsindex des lichtleitenden Materials der Lichtleiter 9, beziehungsweise dessen Kern ist. Demgemäß wird das Licht in den einzelnen Lichtleitern 9 durch Totalreflexion geleitet. In 7 sind beispielhaft einige Maße des für die Erfindung verwendbaren Multifaser-Bildleiters angegeben. Die Lichtleiter 9 sind in einem hexagonal gepackten Muster angeordnet. Die Breite der Lichtleiter 9 zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen beträgt bei dem in 7 gezeigten Beispiel 28,86 μm. Der gemeinsame Mantel 96 zwischen zwei benachbarten Lichtleitern 9 weist eine Dicke von 1,63 μm auf. Wie weiterhin zu erkennen ist, sind die einzelnen Lichtleiter 9 in Form von hexagonal geformten Strängen mit einer Breite von etwa 172 μm zusammengefasst.
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Der Abstand der randseitigen Lichtleiter 9 zweier Stränge beträgt hier 6,91 m.
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Um Multifaser-Bildleiter herzustellen, wie sie beispielhaft in
7 dargestellt sind, eignet sich besonders das in der
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2010 052 479.4 beschriebene Verfahren. Das Verfahren wird für die Herstellung der Multifaser-Bildleiter demgemäß vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Das Verfahren basiert darauf, dass parallele Lichtleitstäbe gleicher Länge gebündelt werden, wobei die Querschnittsfläche und die Anzahl der Lichtleitstäbe in Bezug auf die Querschnittsfläche einer umgebenden Hülle ausgewählt werden. Die gebündelten Lichtleitstäbe können dabei durch eine Hülle oder durch eine Hilfsvorrichtung zusammengehalten werden. Die gebündelten Lichtleitstäbe werden dann einem Ziehprozeß zugeführt, bei dem durch Temperaturzuführung die Lichtleitstäbe miteinander verschmolzen werden. Mehrere so erhaltene Faserstäbe können dann zusammengefasst und erneut einem Bündel- und Ziehprozeß zugeführt werden. Damit können als Multifaser-Bildleiter verwendbare Multi-Faserstäbe erhalten werden, bei welchen der Durchmesser eines einzelnen Lichtleiters 9, wie auch bei dem in 7 gezeigten Beispiel nicht größer als 100 μm ist. Insbesondere kann dabei auch die Packungsdichte der Lichtleiter 9, beziehungsweise der Anteil des lichtleitenden Materials im Querschnitt mehr als 98%, bevorzugt mindestens 99% und besonders bevorzugt mehr als 99% betragen.
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Unter erneuter Erwärmung können dann die Multifaser-Bildleiter dann in eine geeignete Form, wie sie beispielhaft in 5 gezeigt ist, gebogen werden. Hierbei kann auch gleichzeitig eine Torsion eingebracht werden, bei welcher die Orientierung der Querschnittflächen an den beiden Enden (bei dem in 1 bis 3 gezeigeten Beispiel die Enden 911, 913, beziehungsweise 931, 933 der beiden äußeren Multifaser-Bildleiter 91, 93) zueinander verdreht wird. Mit einer solchen Torsion wird eine Bilddrehung ausgeglichen, welche durch die Lichtumlenkung von der seitlichen Blickrichtung der äußeren Objektive 21, 23 zur planaren Anzeige in der Beobachtungseinrichtung 101 entsteht.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche variiert werden können. Dabei können die Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele auch kombiniert werden. So ist eine erfindungsgemäße Periskopeinrichtung auch mit zwei, aber auch mit vier oder mehr Objektiven und entsprechend ebenso vielen Multifaser-Bildleiter realisierbar.
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Als Lichtumlenkeinrichtungen kommen neben den in den Figuren dargestellten Prismen auch Spiegel in Betracht. Ebenso können anstelle dessen auch einfach die Multifaser-Bildleiter entsprechend gebogen sein, so dass die Lichtumlenkeinrichtung ganz oder teilweise durch gekrümmte Abschnitte der Bildleiter realisiert wird.
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Weiterhin müssen die Blickrichtungen der Objektive nicht in einer Ebene liegen. Auch kann, anders als in den Figuren dargestellt, ein horizontaler Bildwinkel von mehr als 180° ohne weiteres realisiert werden. Da die Multifaser-Bildlichtleiter fast beliebig gebogen und tordiert werden können, kann ohne weiteres eine Panoramadarstellung mit 360° Betrachtungswinkel realisiert werden. Hierbei ist es auch möglich, zwei oder mehr Teilbilder übereinander darzustellen, um die Breite des Panoramabildes zu reduzieren und dessen Informationsgehalt schneller auswerten zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Periskop-Einrichtung
- 5
- Winkel zwischen 31, 32, 33
- 7
- erste Lichtumlenkeinrichtung
- 8
- zweite Lichtumlenkeinrichtung
- 9
- Lichtleiter
- 12
- Okular
- 15
- Bildfeld
- 16
- Bildfeld Winkelspiegel
- 21, 22, 23
- Objektive
- 31, 32, 33
- optische Achsen von 21, 22, 23
- 50
- Raumwinkelbereich
- 71, 81
- Prisma
- 91, 92, 93
- Multifaser-Bildleiter
- 95
- Mantelflächen von 91, 92, 93
- 96
- Mantel von 9
- 97
- Schrägfläche
- 100
- Periskopkopf
- 101
- Beobachtungseinrichtung
- 911, 921, 931
- erstes, objektivseitiges Ende von 91, 92, 93
- 912, 922, 932
- Längs-Abschnitt von 91, 92, 93
- 913, 923, 933
- zweites, betrachterseitiges Ende von 91, 92, 93
- 914, 924, 934
- Querschnittsflächen der zweiten Enden 913, 923, 933
- 970
- geradlinige Kante
