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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Reduzieren von Falschlicht, z.B. das Reduzieren von Falschlicht in einem kinematografischen oder medizintechnischen Kamerasystem. Vorgeschlagen werden Ausführungsformen einer Falschlichtreduzierungsvorrichtung, Ausführungsformen eines Kamerasystems, sowie Ausführungsformen von Systemen mit einem Kamerasystem und einer Lichtquelle.
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HINTERGRUND
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Aus der Druckschrift
WO 2006/012859 A2 ist beispielsweise ein kinematografisches Kamerasystem bekannt.
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Ein derartiges Kamerasystem umfasst eine Kameraeinheit zum Erfassen von Steh- und/oder Bewegtbildern eines Objekts, wobei die Kameraeinheit eine Optik mit wenigstens einem Objektiv sowie einem Bildsensor aufweist. Über das Objektiv wird das Licht eingefangen und dem Bildsensor zugeführt. Der Bildsensor ist mit einer Bildsignalauswerteeinheit verbunden, welche den Bildsensor ausliest und im Ergebnis digitale Daten produziert, die indikativ für die Steh- bzw. Bewegtbilder sind.
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Es ist praktisch unvermeidlich, dass auf den Bildsensor neben Licht, welches Objektinformationen enthält, auch Licht aus Reflexions-, Streuungs- und Beugungsprozessen trifft. Letzteres lässt sich teilweise als Falschlicht bezeichnen.
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Unter dem Begriff „Falschlicht“ wird vorliegend für die jeweilige Bildgestaltung in der Regel unerwünschtes Licht bezeichnet, das vom Bildsensor registriert wird.
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Zu Falschlicht gehört beispielsweise regulär oder diffus reflektiertes Licht, welches durch einfache oder mehrfache Reflexionen am Bildsensor, an Linsen, Filtern oder deren jeweiligen Rändern, Blenden oder anderen Bauteilen im Inneren der Kameraeinheit oder des Objektivs sowie an dem Objektiv vorgelagerten Filtern entsteht. Je nach Aufbau des Optiksystems kann sich das Falschlicht über Flächenabschnitte des Bildsensors verteilen und daher zum Beispiel den Kontrast mindern, insbesondere bei dunkleren Bildteilen. Weiter kann sich Falschlicht aufgrund von einfachen oder mehrfachen Reflexionen zwischen Linsen, Filtern und dem Bildsensor ergeben, oder aufgrund von Beschädigungen oder Einschränkungen in der geometrischen Auslegbarkeit von Komponenten wie Optikfassungen, die in einer Lichtundichtheit oder vermehrten Lichtstreuung resultieren, oder aufgrund von Verschmutzungen oder aufgrund von in anderer Weise eingekoppelten störenden Lichts.
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Besonders störend fällt Falschlicht auf, wenn dessen Bestrahlungsstärke, d.h. der Strahlungsfluss pro effektiver Empfängerfläche, durch einfache oder mehrfache Reflexionen auf dem Sensor erhöht und ggf. auch die spektrale Leistungsverteilung modifiziert wird. Letzteres hat zur Folge, dass sich die Farbigkeit des Falschlichtes ändert, was zu einer erhöhten Wahrnehmbarkeit führen kann.
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Üblicherweise soll so wenig störendes Falschlicht wie möglich zum Bildsensor gelangen. Dies ist insbesondere dann anspruchsvoll zu bewerkstelligen, wenn ein hochtransmissives Objektiv großer numerischer Apertur und großer Objektfeldwinkel eingesetzt wird. Abhängig von der Sensordynamik, der Sensorempfindlichkeit sowie der örtlichen und zeitlichen Auflösung, etc., kann bei kleiner werdenden Sensoren das Verhältnis von mit Falschlicht hoher Bestrahlungsstärke bestrahlten Flächen zur Sensorgröße ungünstiger im Vergleich zu großen Sensoren werden. Dies kann aber auch von der Ausgestaltung des vorgelagerten Optiksystems abhängen.
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Bekannte Maßnahmen zur Verminderung des Falschlichts bestehen in der Auslegung einer geeigneten Geometrie, deren Oberflächenstrukturierung und -beschichtung für den Innenraum der Kameraeinheit (zum Beispiel Kameragehäuseoberflächen, Streulichtblenden, Elektronikoberflächen und dergleichen), sowie der Optikoberflächen und -volumina und der Sensoroberflächen und -volumina (z.B. Mikrolinsenarray, Farbfilter (z.B. Bayer-Filter), Halbleiteroberflächen und Volumina (Pixel-Photosite), Füllgrad (Ausleseelektronik innerhalb der jeweiligen Pixel), etc.).
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Eine weitere Möglichkeit die optische Leistung im Propagationspfad zwischen Optikgruppen zu dämpfen ist der Einsatz eines Neutraldichtefilters zwischen diesen, beispielsweise zwischen Sensor und Objektiv. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass auch die optische Leistung des Lichts mit den gewünschten Abbildungsinformationen gedämpft wird, und zwar proportional zur Falschlichtdämpfung in inverser Propagationsrichtung.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Falschlichtreduzierungsvorrichtung für ein Kamera- oder Objektivsystem bereitzustellen, bei dem in vorteilhafterweise sichergestellt ist, dass Falschlicht unterdrückt wird.
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BESCHREIBUNG
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Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Falschlichtreduzierungsvorrichtung für ein Optiksystem ein Linearpolarisationsfilter und eine Viertelwellenverzögerungseinheit und ist für eine Anordnung zwischen einer ersten Optikkomponente und einer zweiten Optikkomponente des Optiksystems ausgebildet ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein System eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines Objekts mit polarisiertem Licht sowie ein Kamerasystem. Das Kamerasystem umfasst eine Kameraeinheit zum Erfassen von Steh- und/oder Bewegtbildern des von der Lichtquelle beleuchteten Objekts. Die Kameraeinheit umfasst einen Bildsensor und ein Objektiv, wobei das Objektiv ausgebildet ist, Licht, welches von dem von der Lichtquelle beleuchteten Objekt reflektiert worden ist, einer Sensoroberfläche des Bildsensors zuzuführen. Das Kamerasystem umfasst eine der Sensoroberfläche vorgelagerte Falschlichtreduzierungsvorrichtung, die ein Linearpolarisationsfilter und eine Viertelwellenverzögerungseinheit aufweist. Dabei gilt: Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung ist wenigstens teilweise beweglich angeordnet und in Abhängigkeit von einer Einstellung der Lichtquelle ausrichtbar und/oder die Lichtquelle ist in Abhängigkeit von einer Ausrichtung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung steuerbar.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform umfasst ein Kamerasystem eine Kameraeinheit zum Erfassen von Steh- und/oder Bewegtbildern eines Objekts. Die Kameraeinheit enthält: einen Bildraum, der einerseits von einem Bildsensor der Kameraeinheit und andererseits von einem Objektiv der Kameraeinheit begrenzt ist, wobei das Objektiv ausgebildet ist, Licht aus der das Objekt umfassenden Umgebung in den Bildraum einzukoppeln und einer Sensoroberfläche des Bildsensors zuzuführen; und eine im Bildraum zwischen dem Objektiv und der Sensoroberfläche angeordnete Falschlichtreduzierungsvorrichtung, die ein Linearpolarisationsfilter und eine Viertelwellenverzögerungseinheit aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann in Anbetracht des Studiums der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie des Sichtens der begleitenden Zeichnungen deutlich.
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Bei allen Ausführungen gilt, dass die Falschlichtreduzierungsvorrichtung als Falschlichtfilter ausgebildet sein kann. Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung wird in Rahmen dieser Schrift auch als Falschlichtfilter bezeichnet.
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Figurenliste
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Die in den Figuren gezeigten Teile sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; vielmehr liegt die Betonung in dem Darstellen von Prinzipien der Erfindung. Ferner bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Figuren zeigen:
- 1 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer vertikalen Querschnittsansicht eines Optiksystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
- 2-4C jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer vertikalen Querschnittsansicht einer Falschlichtreduzierungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 5A-E2 jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer vertikalen Querschnittsansicht einer Falschlichtreduzierungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen
- 6A.B jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer perspektivischen Ansicht einer Falschlichtreduzierungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einer Falschlichtreduzierungsvorrichtung;
- 7A-E jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer vertikalen Querschnittsansicht eines Kamerasystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 8-9 jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer vertikalen Querschnittsansicht eines Kamerasystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
- 10 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt einer Ansicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen durch die Veranschaulichung spezifischer Ausführungsformen gezeigt wird, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann.
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In diesem Zusammenhang können richtungsbezogene Begriffe, beispielsweise „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vorne“, „hinten“, „hinterseitig“, „nachgeschaltet“, „vorgeschaltet“, etc. mit Hinblick auf die Orientierung der jeweils beschriebenen Zeichnungen verwendet werden. Da Teile der Ausführungsformen jedoch in einer Vielzahl von unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, wird diese richtungsbezogene Terminologie nur zur Veranschaulichungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung soll also nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden; vielmehr ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert
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Bezug wird nunmehr im Detail auf verschiedene Ausführungsformen und auf ein oder mehrere Beispiele, die in den Figuren veranschaulicht sind, genommen. Jedes Beispiel wird in erläuternder Art und Weise präsentiert und ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung zu deuten. Beispielsweise können veranschaulichte oder als Teil einer Ausführungsform beschriebene Merkmale auf oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen angewandt werden, um noch eine weitere Ausführungsform hervorzubringen.
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Dass die vorliegende Erfindung derartige Modifizierungen und Variationen umfasst, ist beabsichtigt. Die Beispiele werden unter Anwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der angefügten Ansprüche einschränkend ausgelegt werden sollte. Die Zeichnungen sind keine maßstabgetreue Wiedergabe und dienen lediglich der Veranschaulichung. Zum besseren Verständnis sind, wenn nicht anders angegeben, dieselben Elemente durch dieselben Referenzen in den verschiedenen Zeichnungen gekennzeichnet worden.
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1 zeigt schematisch und exemplarisch eine Ausführungsform eines Optiksystems. Zu dem Optiksystem gehört eine erste Optikkomponente 101 und eine zweite Optikkomponente 102. Bei den beiden Optikkomponenten 101 und 102 kann es sich beispielsweise jeweils um Linsen handeln. Das Optiksystem kann auch für ein Kamerasystem ausgebildet sein, wobei dabei die erste Komponente 101 beispielsweise ein Objektiv ist oder umfasst, und die zweite Optikkomponente 102 ein Bildsensor oder ein Teil davon, z.B. eine Bildsensoroberfläche, sein kann.
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Eine Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ist für eine Anordnung zwischen der ersten Optikkomponente 101 und der zweiten Optikkomponente 102 ausgebildet. Die erste Optikkomponente 101 kann auch direkt an die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 angekoppelt sein, und auch die zweite Optikkomponente 102 kann direkt, beispielsweise an einer gegenüberliegenden Seite, an die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 gekoppelt sein.
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Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann beispielsweise sphärisch, toroidal oder ellipsoidal geformt sein und kann als Bestandteil innerhalb von verklebten/verkitteten/beliebig kontaktierten Optikkomponenten beliebiger Form (beispielsweise sphärische oder asphärische Linsen beliebiger geometrischer Symmetrie) eingesetzt werden. Entgegen den beispielhaften und schematischen Zeichnungen muss die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 nicht aus planparallelen Platten bestehen.
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Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 umfasst ein Linearpolarisationsfilter 61 und eine Viertelwellenverzögerungseinheit 62.
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Gemäß einer Ausführungsform reduziert die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ein Ghosting und/oder anderes Streulicht zwischen den Optikkomponenten 101 und 102, die es voneinander trennt, beispielsweise dann, wenn eine Phasenverzögerung der Polarisationskomponenten des Streulichts bei ungerade ganzzahligen Vielfachen von π liegt (beispielsweise ungerade Anzahl von idealen Reflexen an Dielektrika oder Metallen).
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Nach einer Ausführungsform sind das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 aus einem transmittierenden Material gefertigt, z.B. einem Glas, einer Keramik, einem Kunststoff, einem Kristall. Beispielsweise weisen sowohl das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 einen möglichst geringen Brechungsindex auf.
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Wie weiter unten noch näher ausgeführt werden wird, umfasst die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 bei einer Ausführungsform ein Flüssigkristallpanel oder ist als ein Flüssigkristallpanel ausgebildet. Das Flüssigkristallpanel kann ein transmissives Flüssigkristallpanel sein. Z.B. ist das Flüssigkristallpanel vollflächig oder mit einer oder mehreren Unterteilungen in Pixel ausgeführt (wobei die vollflächige Variante einem großen Pixel entspricht). Die erste Variante erlaubt z.B. ein dynamisches Einstellen der Falschlichtfilterwirkung (z.B. kontinuierlich zwischen Minimal und Maximal). Die zweite Variante erlaubt es beispielsweise zusätzlich, nur laterale Teilbereiche der Optik als Falschlichtfilter zu adressieren; auf diese Weise können Streulichtanteile selektiv zugelassen bzw. ausgeschlossen werden, z.B. um einen gewünschten künstlerischen „Look“ einzustellen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) steuerbare Spannungsquelle, die an das Flüssigkristallpanel der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 gekoppelt ist. Beispielsweise ist die Spannungsquelle zur Feineinstellung der Phasenverzögerung der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und/oder zur Einstellung eines Polarisationszustands des durch das Flüssigkristallpanel tretenden Lichts (z.B. kontinuierlich zwischen linearer, elliptischer oder zirkulärer Polarisation) ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform lässt sich durch Einstellung des Polarisationszustandes des Flüssigkristallpanels der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 eine Performance des Falschlichtfilters 60 einstellen, z.B. empirisch optimieren oder regeln. Ist das Flüssigkristallpanel als Pixel-Feld gerastert (z.B. ähnlich wie bei einem Monitor), können laterale Bereiche des Falschlichtfilters 60 unabhängig voneinander optimiert werden.
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Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Phasenverzögerungen bei Reflexionen (z.B. an den Stellen 32, 400, s. weiter unten) nicht immer perfekt (π) sind und mit zunehmendem Einfallwinkel und auch anderen Eigenschaften, wie z.B. Oberflächenbeschaffenheit etc. von π abweichen können. D.h., eine perfekt zirkular polarisierte Lichtwelle wird reflektiert und ändert ihre Händigkeit, ist zudem aber auch nicht mehr perfekt zirkular, sondern etwas elliptisch polarisiert. Das Ausstatten der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 mit dem Flüssigkristallpanel bzw. das Ausbilden der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 als Flüssigkristallpanel hat z.B. den Vorteil, dass mit dem Flüssigkristallpanel die Verzögerung so eingestellt werden, dass ein derartiger Fehler kompensiert wird.
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Bei einer Ausführungsform sind das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 als planparallele Platten bzw. Scheiben ausgebildet. Wie oben schon dargelegt, können sie gemäß anderen Ausführungsformen auch geometrisch anders ausgebildet sein.
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Ein beispielhaftes Wirkprinzip der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ist schematisch und exemplarisch in der 2 dargestellt, auf die nachstehend verwiesen wird.
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Beispielsweise fällt zunächst unpolarisiertes Licht L auf die erste Optikkomponente 101 (beispielsweise in Gestalt eines Objektivs) und durchquert diese in Richtung des Linearpolarisationsfilters 61. Dort erfolgt eine lineare Polarisierung des Lichts L, und linear polarisiertes Licht trifft auf die Viertelwellenverzögerungseinheit 62. Wenn die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 entsprechend relativ zum Linearpolarisationsfilter 61 eingestellt wird (beispielsweise durch Rotieren bei nicht-veränderlichen doppelbrechenden Filtern (entsprechender Kunststoff wie PVC oder ein Festkörperkristall entsprechender optischer Symmetrie) oder Ändern einer angelegten elektrischen Spannung (Flüssigkristall) etc.), bewirkt es eine Transformation des linearen Polarisationszustands in einen elliptischen bis hin zu einem zirkularen Polarisationszustand (wobei dies, wie oben erläutert, z.B. bei nicht-veränderlichen doppelbrechenden Filtern kontinuierlich durch den relativen Winkel zwischen Linearpolarisationsfilter 61 und Viertelwellenverzögerungseinheit 62 oder bei einem Flüssigkristallpanel kontinuierlich durch entsprechende Einstellung einer Steuerspannung erfolgen kann). Das elliptisch oder zirkular polarisierte Licht wird dann von der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 ausgegeben und trifft in dieser Form auf die zweite Optikkomponente 102 oder eine andere Komponente. Ein Teil des elliptisch oder zirkular polarisierten Lichts wird von der zweiten Optikkomponente 102 oder von einer anderen Komponente reflektiert und trifft als reflektiertes Licht RL wieder, nun durch die Reflexion in entgegengesetzter Händigkeit elliptisch oder zirkular polarisiert, auf die Viertelwellenverzögerungseinheit 62. Die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 bewirkt eine Rücktransformation des reflektierten Lichts RL in einen linearen Polarisationszustand, der jedoch orthogonal zum ursprünglich linear polarisierten Licht und damit auch orthogonal zum Linearpolarisationsfilter 61 orientiert ist. Hier wird das reflektierte Licht RL aufgrund des Polarisationszustands relativ zum Linearpolarisationsfilter 61 wenigstens teilweise absorbiert.
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Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine derartige Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 in einem Kamerasystem 100, wie exemplarisch und schematisch in den 7A-E veranschaulicht einzusetzen, und/oder, wie exemplarisch und schematisch in der 10 veranschaulicht, in einem System 1000 mit einem Kamerasystem 100 und einer Lichtquelle 200 einzusetzen.
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Bereits an dieser Stelle sei klargestellt, dass die mit Bezug auf die 1-6B exemplarisch beschriebenen möglichen strukturellen Ausbildungen sowie Funktionen der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, auch bei der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 vorgesehen sein können, die für das Kamerasystem 100 bzw. das System 1000 vorgesehen ist. Umgekehrt ist es auch möglich, dass optionale strukturelle Ausbildungen und Funktionen der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, welche mit Bezug auf das Kamerasystem 100 bzw. das System 1000 weiter unten beschrieben werden, auch unabhängig von dem Kamerasystem 100 bzw. dem System 1000 erfüllt sein können.
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Das hier beschriebene Kamerasystem 100 ist beispielsweise ausgebildet, im Rahmen der Kinematographie verwendet zu werden, also beispielsweise zur Aufnahme eines Dokumentarfilms, eines Spielfilms und dergleichen. Das Kamerasystem 100 kann ein kinematographisches Kamerasystem 1 sein.
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Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf kinematographische Kamerasysteme beschränkt; bei dem Kamerasystem 100 kann es sich zum Beispiel auch um ein medizintechnisches Kamerasystem handeln, beispielsweise zur Erzeugung von biomedizinischen Bildaufnahmen.
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Eine Kameraeinheit 20 des Kamerasystems 100 umfasst beispielsweise die üblichen Komponenten einer Kamera, die in den Zeichnungen nicht näher bzw. nur schematisch dargestellt sind.
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Zu derartigen Komponenten gehören beispielsweise eine Kamera-Optik mit wenigstens einem Objektiv 50, wenigstens ein Bildsensor 30, digitale Signalverarbeitungsmittel, z.B. umfassend eine Ausleseeinheit 91, die den Bildsensor 30 ausliest und entsprechende Daten einem digitalen Speicher 92 zuführt, sowie einen Controller 93, der die Ausleseeinheit 91 und/oder den Speicher 92 steuert, usw.
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Auf die Einzelheiten beispielhafter Ausbildungen der dem Bildsensor 30 nachgelagerten Komponenten soll hier nicht näher eingegangen werden, denn deren grundsätzliche Funktionsweisen sind dem Fachmann bekannt.
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Die Kameraeinheit 20 kann ausgebildet sein, im Rahmen der Kinematographie verwendet zu werden, also beispielsweise zur Aufnahme eines Dokumentarfilms, eines Spielfilms und dergleichen. Die Kameraeinheit 20 kann eine kinematographische Kameraeinheit 20 sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Kameraeinheit 20 für medizintechnische Zwecke ausgebildet, beispielsweise zur Erzeugung von Bildern oder Bildsequenzen eines Objekts 300 (s. 10, z.B. ein Stück Gewebe) oder dergleichen.
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Das Kamerasystem 100 kann ein digitales Kamerasystem sein, bei dem die Bilddaten mithilfe eines digitalen Bildsensors 30 erzeugt werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass der Bildsensor 30 in Gestalt eines heute noch gelegentlich verwendeten analogen Films vorliegt. Beim derart ausgebildeten Kamerasystem erfolgt die Aufnahme der Bilder also in analoger Weise.
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Typischerweise aber ist der Bildsensor 30 als digitaler Bildsensor ausgebildet, beispielsweise als ein Halbleiterchip mit einer Vielzahl von Pixeln, wie ein CMOS oder CCD Bildsensor.
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Die Kameraeinheit 20 umfasst einen Bildraum 40 (der sich auch als Objektivraum bezeichnen ließe), in den das Objektiv 50 Licht aus der das Objekt 300 umfassenden Umgebung einkoppelt und dem Bildsensor 30 zuführt, wobei zwischen dem Objektiv 50 und dem Bildsensor 30 weitere, hier nicht gezeigte optische Komponenten, wie Filter, Linsen und dergleichen vorgesehen sein können.
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Der Bildsensor 30 hat eine in den Bildraum 40 weisende Sensoroberfläche 31. Die Sensoroberfläche 31 kann von einem Sensorrahmen 32 umrahmt sein, wobei der Sensorrahmen 32 ebenfalls den Bildraum 40 begrenzen kann und beispielsweise bündig an die Innenwand 400 angrenzt.
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Andererseits kann der Bildraum 40 von dem Objektiv 50 begrenzt sein. Das Objektiv 50 kann durch einen Objektivrahmen 53 begrenzt sein, der ebenfalls den Bildraum 40 begrenzen kann. Im Übrigen wird der Bildraum auch von der Innenwand 400 begrenzt.
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An dem Objektivrahmen 53 (oder an anderer Stelle der Kameraeinheit 20 bzw. des Kamerasystems 100) kann ein Kompendium 70 (das auch als Matte-Box bezeichnet wird) angekoppelt sein. Das Kompendium 70 dient beispielsweise der Aufnahme einer streulichtmindernden Formatblende und/oder Streulichtblende und/oder der Abschattung, wodurch Streulicht reduziert wird.
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In den Zeichnungen ist der Bildraum 40 stets im Wesentlichen zylinderförmig gezeigt, wobei bei einer anderen Ausführungsform der Bildraum 40 eine sich in oder entgegen der Lichteinfallrichtung verjüngende kegelabschnittsform aufweist. Andere geometrische Ausbildungen des Bildraums 40 sind möglich.
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Die Zeichnungen zeigen hier vereinfachte schematische Darstellungen der Kameraeinheit 20. Die nähere Ausgestaltung der Kameraeinheit 20, beispielsweise ihrer Komponenten 50, 40, 30 und 91-93 sind vorliegend jedoch weniger relevant und vom Grundprinzip her dem Fachmann bekannt.
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Abgesehen von der Einkopplung des Umgebungslichts durch das Objektiv 50 kann der Bildraum 40 im Wesentlichen lichtdicht ausgebildet sein.
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Das Kamerasystem 100 umfasst gemäß einer Ausführungsform die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60. Zum Beispiel ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 vollständig in dem Bildraum 40 integriert.
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Beispielsweise umfasst die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 einen Montagerahmen 69, der eine Anordnung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 innerhalb des Bildraums 40 ermöglicht und bündig an die Innenwand 400 angrenzt. Ein solcher Montagerahmen 69 muss aber nicht zwingend vorhanden sein. Beispielsweise sind bei einer anderen Ausführungsform das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 in eine oder mehrere Aussparungen, beispielsweise in Gestalt einer oder mehreren Nuten, der Innenwand 400 eingelassen.
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Der Montagerahmen 69 kann derart ausgestaltet sein, dass eine weiter unten näher beschriebene Bewegung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, beispielsweise eine Drehung, eine Rotation oder eine Verschwenkung (hier auch als Verkippung bezeichnet), möglich ist.
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Bei einer Ausführungsform unterteilt die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 den Bildraum 40 in zwei voneinander getrennte Teilbildräume 41 und 42, wie schematisch in der 7B veranschaulicht, wobei der erste Teilbildraum 41 an das Objektiv 50 grenzt und der zweite Teilbildraum 42 an die Sensoroberfläche 31 des Bildsensors 30 grenzt. Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann lichtdicht mit der Innenwand 400 des Bildraums 40 abschließen; beispielsweise schließt also der Montagerahmen 69 lichtdicht an die Innenwand 400. Der Montagerahmen 69 kann also an die Geometrie des Bildraums 40 angepasst sein.
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Bei einer Ausführungsform bilden beispielsweise nur der Montagerahmen 69 und die falschlichtfilternde Fläche des Falschlichtfilters 60 oder nur die falschlichtfilternde Fläche des Falschlichtfilters 60 die einzige Schnittstelle zwischen den beiden Teilbildräumen 41, 42. Mit Blick auf die 5A-E2 soll aber klar sein, dass das Falschlichtfilter 60 auch eine Passage 68 aufweisen kann, die keine Falschlichtfilterung bewirkt, und auch dieses Passage 68 bildet folglich die Schnittstelle zwischen den beiden Teilbildräumen 41, 42 aus.
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Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ist beispielsweise ausgebildet, mittels der beiden Komponenten, dem Linearpolarisationsfilter 61 und der Viertelwellenverzögerungseinheit 62, die Entstehung und/oder weitere Ausbreitung von Falschlicht zu unterdrücken.
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Durch die spezifische Ausbildung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 und/oder durch die spezifische Anordnung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 auch ausgebildet sein, selektiv Falschlicht zu unterdrücken. Beispielsweise sind, wie eingangs dargelegt worden ist, bestimmte Arten von Falschlicht wünschenswert und daher nicht zu unterdrücken. Andere Arten von Falschlicht hingegen sollten, je nach Anwendung, unterdrückt werden. Eine Variante, Falschlicht selektiv zu unterdrücken, wurde oben bereits vorgestellt; danach umfasst die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 ein Flüssigkristallpanel oder ist als Flüssigkristallpanel ausgebildet, wobei das Flüssigkristallpanel beispielsweise über eine steuerbare Spannungsquelle der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 einstellbar sein kann. Andere Möglichkeiten zur selektiven Unterdrückung von Falschlicht bestehen, wie weiter unten noch näher ausgeführt werden wird, in der geometrischen Ausgestaltung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 und/oder in der beweglichen Anordnung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60.
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Durch entsprechende Platzierungen in einem Optiksystem kann z.B. gemäß einer Ausführungsform selektiert werden, welches Ghosting akzeptiert und welches durch die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 unterdrückt wird, beispielsweise Ghosting und anderes Streulicht zwischen Sensor 30 und Objektiv 50, oder zwischen Sensor 30 und (hier nicht dargestellten) Kamera-Filtern, oder zwischen Objektiv 50 und Matte-Box-Filtern (s. Bezugsziffer 75 in 7C), oder zwischen Linsengruppen innerhalb des Objektivs 50 (s. Bezugsziffern 51 und 52 in 8 u. 9).
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Bei einer Ausführungsform entsteht unerwünschtes Falschlicht durch Reflexionen am Sensor 30, z.B. an dessen Sensorrahmen 32 und/oder an der Sensoroberfläche 31, und/oder an der Innenwand 400 des zweiten Teilbildraums 42. Die Unterdrückung von Falschlicht dieser Art ist schematisch und exemplarisch in den 8 u. 9 dargestellt, wonach Licht L zunächst durch das Objektiv 50 in den ersten Teilbildraum 41 trifft, sodann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 durchquert und hiernach größtenteils auf die Sensoroberfläche 31 trifft. Ein Teil des Lichtes gelangt aber auch auf den Sensorrahmen 32 (s. 8) bzw. auf die Innenwand 400 (s. 9), die den zweiten Teilbildraum 42 begrenzt, und wird dort reflektiert und durchquert als reflektiertes Licht RL die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, wo es, wie anhand der 2 schon erläutert worden ist, absorbiert wird.
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Bei einer Ausführungsform weist der zweite Teilbildraum 42 an der Innenwand 400 eine Vielzahl von (nur schematisch dargestellten) Rippen 43 auf, die angeordnet sind, um auf sie fallendes Licht in Richtung der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 zu reflektieren, wie in der 9 veranschaulicht. Die Rippen 43 begünstigen also die Reflexion von Licht in Richtung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60. Wären die Rippen 43 nicht installiert, würde möglicherweise ein Teil des Lichtes in Richtung der Sensoroberfläche 31 reflektiert werden, was unerwünscht sein kann.
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Beispielsweise sind die Rippen 43 jeweils als Blenden ausgebildet.
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Aber auch ohne die Rippen 43 wird von der Innenwand 400 des zweiten Teilbildraums 42 sowie von dem Sensorrahmen 32 und gegebenenfalls anderen, hier nicht dargestellten Komponenten, Licht, welches bereits die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 durchquert hat, um in den zweiten Teilbildraum 42 zu gelangen, wieder zurück in Richtung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 reflektiert, wo es, wie dargelegt, zu einer zumindest weitgehenden Absorption des reflektierten Lichts kommt.
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Die Innenwand 400 des Bildraums 40 kann z.B. geometrisch als Streulichtblende ausgeführt sein. Beispielsweise ist die Innenwand 400 des Bildraums 40 lichtabsorbierend ausgebildet, z.B. durch entsprechende Werkstoffwahl (Graphit, Delrin, etc.) oder durch Beschichtungen (beispielsweise Lacke, Sol-Gel-Beschichtungen, CVD- und/oder PVD-Schichtsysteme, wie reflexarme absorbierende Multilayer-Schichten aus Dielektrika, Metallen und Halbleitern, Eloxale, Chromatierungen, etc.).
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Eine möglicherweise verbleibende Restreflektanz der Innenwand 400 ist in einer Variante im betrachteten Spektralbereich wellenlängenunabhängig und möglichst stark diffus (näherungsweise wie ein Lambert-Strahler, der sich im betrachteten Spektralbereich wie ein „Schwarzkörperstrahler“ verhält, also einen hohen richtungsunabhängigen gerichteten spektralen Emissionsgrad sowie jeweils hohe hemisphärische Gesamtemissions- und Absorptionsgrade aufweist) oder möglichst stark regulär („Schwarzer Spiegel“, geringerer hemisphärischer Gesamtemissionsgrad, hoher gerichteter spektraler Absorptionsgrad) ausgeprägt. Die Wahl kann gemeinsam mit der Form der Streulichtblendengeometrieauslegung getroffen werden. Je nach Streulichtblendengeometrie und Optiksystem kann auch eine Mischung dieser beiden oder eine Zwischenstufe, beispielsweise 50% diffuse und 50% reguläre Reflektanz, vorgesehen sein.
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Beispielsweise füllt das Falschlicht das Volumen des Bildraums 40 durch Mehrfachreflexionen und wird von Streulichtblenden und einer durch Design maximierten Oberfläche weitgehend absorbiert.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu können, wie mit Bezug auf die 9 erläutert worden ist, möglicherweise reflektierende Oberflächen der Innenwand 400 so geformt werden, beispielsweise unter Verwendung besagter Rippen 43, dass das auf sie treffende Licht möglichst streuarm in die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 zurückgeworfen und dort absorbiert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Innenwand 400, beispielsweise im zweiten Teilbildraum 42, z.B. ein sog. Lockheed-Stavroudis-Baffle-Vane Design auf.
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Weiter kann die Innenwand 400 des Bildraums 40 mit einer dünnen Filmbeschichtung versehen sein, wobei es hierbei zweckmäßig sein kann, dass in den Innenraum (hier ebenfalls nicht dargestellte) Kacheln von beschichteten Platten installiert sind.
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Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann derart angeordnet sein, dass das von dem Objektiv 50 eingekoppelte Licht vor dem Auftreffen auf die Sensoroberfläche 31 des Bildsensors 30 zunächst das Linearpolarisationsfilter 61 und danach die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 durchquert. Nach der Lichtdurchquerung kann von der Innenwand 400 des Bildraums 40 reflektiertes Licht die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und das Linearpolarisationsfilter 61 in entgegengesetzte Richtung durchqueren, also zunächst die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und sodann das Linearpolarisationsfilter 61, wobei ein Großteil des Lichts in dieser Richtung absorbiert wird.
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Somit ist beispielsweise die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 der Sensoroberfläche 31 zugewandt, und das Linearpolarisationsfilter dem Objektiv 50.
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Bei einer Ausführungsform ist zwischen der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und der Sensoroberfläche 31 keine polarisierende optische Komponente vorgesehen. Zwischen der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und der Sensoroberfläche 31 kann aber, gemäß einer Ausführungsform, zum Beispiel ein Neutraldichtefilter (ND-Filter) 80 angeordnet sein, wie in 7E dargestellt. Zusätzlich oder alternativ zu dem ND-Filter 80 können zwischen der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und der Sensoroberfläche 31 auch ein VIS-Bandpassfilter (z.B. UV- und IR-A Sperrfilter) und/oder ein optisches Ortsfrequenztiefpassfilter angeordnet sein.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist zwischen der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 und der Sensoroberfläche 31 eine weitere optische Komponente vorgesehen. Diese Komponente kann z.B. eine polarisierende optische Komponente sein, die z.B. eine mehrlagig ausgeführte Optikgruppe aus doppelbrechenden Kristallen umfasst, welche z.B. durch eine Polarisationsstrahlteilung zu einer Ortsfrequenztiefpassfilterung führt. Die Ortsfrequenztiefpassfilterung kann auch mit nicht polarisierenden Komponenten, beispielsweise einer beweglichen Glasplatte (dynamisches Verkippen in zwei orthogonale Winkelrichtungen und/oder Rotieren bei verkipptem Zustand), umgesetzt werden. Dies wäre z.B. zweckmäßig, um vorliegendes Falschlichtfilter optimal zu nutzen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann, wie dargelegt, die Ortsfrequenztiefpassfilterung durch das Falschlichtfilter 60 selbst umgesetzt werden, vgl. 6A-B.
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Gemäß der in der 7C dargestellten Ausführungsform umfasst das Kamerasystem 100 beispielsweise außerdem ein Matte-Box-Filter 75, welches dem Objektiv 50 in Lichteinfallrichtung vorgelagert ist. Die Kombination aus dem außerhalb des Bildraums 40 angeordneten Matte-Box-Filter 75 und der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 innerhalb des Bildraums 40 erlaubt eine besonders vorteilhafte Reduzierung von Falschlicht des Typs „Ghosting“ zwischen der Sensoroberfläche 31 und dem Matte-Box-Filter 75.
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Das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 können jeweils eine Lichtdurchtrittsfläche aufweisen. Die Lichtdurchtrittsfläche des Linearpolarisationsfilters 61 ist jene Fläche des Linearpolarisationsfilters 61, innerhalb der die lineare Polarisierung von Licht erfolgt. Die Lichtdurchtrittsfläche der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 ist jene Fläche der Viertelwellenverzögerungseinheit 62, in der die besagte Transformation von linearer in elliptische bzw. zirkulare Polarisation (oder in eine dazwischenliegende Polarisationsrichtung) erfolgt.
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Die Lichtdurchtrittsfläche der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 kann bei einer Ausführungsform genauso groß sein wie die Lichtdurchtrittsfläche des Linearpolarisationsfilters 61. Die Lichtdurchtrittsfläche der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 ist beispielsweise auf die Lichtdurchtrittsfläche des Linearpolarisationsfilters 61 fluchtend ausgerichtet.
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Das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 können jeweils eine Lichtdurchtrittsfläche aufweisen, deren Betrag im Bereich von 10% bis 200% des Betrags der Sensoroberfläche 31 liegt. Das genaue Größenverhältnis kann von der Geometrie des Bildraums 40 abhängen. Dabei bezeichnet der Begriff Lichtdurchtrittsfläche hier die Größe der als Falschlichtfilter wirkenden Fläche.
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Ist der Bildraum 40 beispielsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wie in den meisten Zeichnungen dargestellt, so können die beiden Lichtdurchtrittsflächen des Linearpolarisationsfilters 61 und der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 etwa genauso groß sein, oder etwas größer, als die Sensoroberfläche 31. Wie hier aber auch beschreiben ist, können die Lichtdurchtrittsflächen (also die Größe der als Falschlichtfilter wirkenden Fläche) deutlich kleiner sein, z.B. dann, wenn die Falschlichtreduzierungsvorrichtung mit einer Aussparung versehen ist, durch die natürlich Licht hindurchtretenden kann, in der aber keine Falschlichtreduzierung erfolgt.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die beiden Lichtdurchtrittsflächen des Linearpolarisationsfilters 61 und der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 deutlich kleiner als die Sensoroberfläche 31 ausgebildet.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen nach 5A-E2 kann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 in einer Rahmenstruktur 67 ausgebildet sein, die eine Passage 68 begrenzt. Die Passage 68 ist beispielsweise freibleibend oder mit einem ND-Filter versehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 5A stellt die schraffierte Fläche z.B. eine regulär reflektierende Fläche dar; z.B. eine absorbierende Dünnschicht-Breitbandabsorptionsfilterbeschichtung oder ein hochreflektierender Spiegel (metallisch und/oder dielektrisch). Für beides ist bei diesem Ausführungsbeispiel zweckmäßig, dass die Transmission gegen Null geht; so wird Licht in diesen Außenbereichen in das Falschlichtfilter 60 im Bereich 67 zurückreflektiert und dort absorbiert. Es handelt sich dann z.B. um eine spezielle Form einer Streulichtblende. Dabei können die Komponenten 61 und 62 so installiert sein, dass sie sich nicht im Bildbereich befinden. Z.B. definiert die Passage 68 eine Fläche, die größer ist als die Sensoroberfläche 31. Ein wie in 5A dargestelltes Filter 60 kann z.B. zusätzlich zu einem Falschlichtfilter 60 eingesetzt werden, bei dem die als Falschlichtfilter wirkende Fläche größer gewählt ist, bspw. derart, dass sie die Passage 68 flächenmäßig übertrifft.
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Beispielsweise weisen sowohl das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 bezüglich ihrer geometrischen Ausbildung eine identische Rahmenstruktur auf. Bei einer anderen Ausführungsform sind Linearpolarisationsfilter 61 und Viertelwellenverzögerungseinheit 62 bezüglich ihrer geometrischen Eigenschaften unterschiedlich ausgebildet.
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Bei den in 5A-E2 gezeigten Beispielen wird das Falschlicht also nur dort reduziert bzw. vollständig absorbiert, wo Licht zunächst in die eine Richtung durch die Rahmenstruktur 67 und danach, als reflektiertes Licht, entlang der anderen Richtung durch die Rahmenstruktur 67 tritt, was in den 5B1-E2 durch die zur optischen Achse parallelen Pfeile (keine Falschlichtreduzierung) sowie durch die zur optischen Achse angewinkelten Pfeile (Falschlichtreduzierung) veranschaulicht ist. Zu einer Falschlichtreduzierung kommt es also nicht, wenn das Licht die Rahmenstruktur 67 nicht oder nur in einer Richtung durchquert und wenigstens in einer anderen Richtung durch die Passage 68 fällt.
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Bei einer Ausführungsform des Kamerasystems 100 ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 entsprechend einem der Ausführungsbeispiele gemäß den 5A-E2 ausgebildet, wobei die Rahmenstruktur 67 an die Innenwand 400 des Bildraums 40 angrenzen kann, z.B. in einer umlaufenden Art und Weise.
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Die 5B1-2 bis 5E1-2 zeigen jeweils schematisch Querschnittsansichten von beispielhaften Ausführungsformen des Falschlichtfilters 60, wobei bei den Varianten gemäß 5B1-5E1 zusätzlich zu dem Linearpolarisationsfilter 61 und der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 planparallel dazu ein Reflektor 671 vorgesehen ist, und bei den Varianten gemäß den 5B2-5E2 dieser Reflektor 671 nicht vorgesehen ist. Der Reflektor 671 kann stark absorbierend ausgebildet sein. Zur Ausbildung der Rahmenstruktur 67 und der Passage 68 können die Substrate 622, 623 und 624 vorgesehen sein, wobei die Substrate 622, 623 und 624 aus einem Glas gefertigt sein können.
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Durch spiegelsymmetrische Ausbildung kann das Falschlichtfilter 60 so ausgebildet werden, dass es bidirektional wirkt (s. Varianten gemäß 5C1-2 und 5E1-2). Durch den Reflektor 671 wird Licht im Falschlichtfilter 60 selbst reflektiert.
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Die Varianten gemäß den 5B1-2 und 5C1-2 entsprechen dem Prinzip der Variante gemäß 5A, wo die Passage 68 einen zentralen Teil des Falschlichtfilters 60 ausbildet. Bei anderen Anwendungen (z.B. bei einem katadioptrischen System, z.B. mit zentraler Verdunklung/Abschattung/Strahlbeschneidung) kann jedoch auch die quasi dazu komplementäre Variante gemäß den 5D1-2 und 5E1-2 zweckmäßig sein, bei der der äußere Teil des Falschlichtfilters 60 frei von falschlichtfilternden Flächen ist und diese nur in dem zentralen Teil des Falschlichtfilters 60 ausgebildet sind.
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Andere geometrische Ausbildungen der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 sind möglich und können zum Beispiel dahingehend angepasst werden, dass nur bestimmtes Falschlicht bzw. Falschlicht nur an bestimmten Orten reduziert oder vollständig absorbiert wird.
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Bei einigen Ausführungsformen ist also vorgesehen, dass die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 nur abschnittsweise über der jeweiligen Apertur vorgesehen ist, beispielsweise in der Ausgestaltung einer Scheibe beliebiger Kontur (z.B. Kreisfläche, quadratische Fläche oder rechteckige Fläche oder beliebiges Polygon beliebiger Symmetrie, etc.) oder dessen Inversion, s. 5A-E2. Die invertierte Form entspricht z.B. einer optischen Blende.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 zumindest teilweise beweglich angeordnet. Zum Beispiel ist die gesamte Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, oder nur das Linearpolarisationsfilter 61 oder nur die Viertelwellenverzögerungsplatte 62 beweglich angeordnet. Die bewegliche Anordnung kann in verschiedenen Arten und Weisen ausgebildet sein, was mit Blick auf die 6A-B sowie 7D und 10 näher ausgeführt werden soll.
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Allgemein kann gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen durch geeignetes Bewegen der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 oder einzelner Komponenten davon während der Bildaufnahme z.B. eine Ortsfrequenz-Tiefpassfilterung erfolgen. Beispielsweise ist es durch Verschwenken der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 in radialer Kipprichtung (6B) möglich, Muster einer Bildkoordinate bzw. des Bildschwerpunkts während einer Bildintegrationsdauer zu erzeugen (beispielsweise kreisförmig, sternförmig, eine „Achterfigur“ etc.). Ein Verdrehen der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 senkrecht zur optischen Achse (6A) verändert die Polarisationsfilterung und kann z.B. unabhängig von der Verschwenkung eingestellt werden.
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Die Bewegung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann z.B. innerhalb einer Einzelbildintegrationsdauer der Ausleseeinheit 91 und/oder zwischen dem Auslesen von Einzelbildern einer Bewegtbildsequenz stattfinden, z.B. um die linear polarisierende Wirkung des Linearpolarisationsfilters 61 (6A) und/oder die Lage des Bilds (6B) effektiv über die Aufnahmesequenz zu „verschmieren“ und für den effektiven Bildeindruck zu beeinflussen.
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Die Bewegung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann die Winkelfreiheitsgrade der entsprechenden Optiken betreffen. Werden diese moduliert, verschiebt sich das Bild während der Aufnahme lateral. Die Bewegungsamplitude kann gering ausfallen und reziprok von der Optikdicke und dessen Brechungsindex abhängen (je größer Dicke/Brechungsindex, desto kleiner kann der Winkel für eine gleiche laterale Verschiebung sein).
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Beispielsweise kann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 zusätzlich mit doppelbrechenden Ortsfrequenz-Tiefpassfiltern ausgestattet werden.
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Gemäß einer Variante sind das Falschlichtfilter 60, das Linearpolarisationsfilter 61 und auch die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 bezüglich der optischen Achse, die mit Zeichnungen jeweils mit der Bezugsziffer „A“ gekennzeichnet ist, drehbar angeordnet.
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In einer Grundeinstellung ist das Falschlichtfilter 60 beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse A angeordnet, sodass die optische Achse A die Lichtdurchtrittsfläche (also die als Falschlichtfilter wirksame Fläche) des Falschlichtfilters 60 senkrecht durchtritt.
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Das Falschlichtfilter 60 kann beispielsweise entlang der in der 6A angedeuteten Drehrichtung(en) drehbar angeordnet sein, beispielsweise in nur eine oder in beide Drehrichtungen.
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Nach einer Ausführungsform ist das Falschlichtfilter 60 nicht nur drehbar, sondern rotierbar angeordnet, so dass mehrere Umdrehungen in eine Drehrichtung möglich sind. Bei einer Rotation, bspw. bei einer hochfrequenten Rotation, findet z.B. eine Mittelung aller Polarisationszustände innerhalb einer Integrationsdauer statt.
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Die Drehbarkeit bzw. Rotierbarkeit kann z.B. derart ausgestaltet sein, dass ein Kameraassistent die Orientierung des Falschlichtfilters 60 vor oder auch während der Aufnahme anpassen kann, ohne das Objektiv 50 abnehmen zu müssen.
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Beispielsweise kann das Falschlichtfilter 60 bei einer Frequenz rotiert werden, die höher als eine Bildaufnahmerate ist, um eine polarisierende Wirkung für die Aufnahme effektiv zu mindern, was weiter unten näher beschrieben ist.
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Da die Transformation des Polarisationszustands durch die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 abhängig vom relativen Rotationswinkel zum Linearpolarisationsfilter 61 ist, kann diese wahlweise in gleicher Weise wie das Linearpolarisationsfilter 61 drehbar/rotierbar angeordnet sein, oder, wenn es beispielweise aus mechanischer Sicht zweckmäßig ist, stationär angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Linearpolarisationsfilter 61 (und optional auch die Viertelwellenverzögerungseinheit 62) gegenüber der optischen Achse A schwenkbar angeordnet sein, wie in der 6B dargestellt. Dadurch kann z.B. eine optische Ortsfrequenz-Tiefpassfilterwirkung erzielt werden, z.B. wenn während der Integrationsdauer eines Einzelbilds eine Kippbewegung (hier auch als Schwenkbewegung bezeichnet) stattfindet; gleiches gilt für die Rotation im verkippten (verschwenkten) Zustand. Eine Ortsfrequenz-Tiefpassfilterwirkung kann z.B. erzielt werden, wenn während der Integrationsdauer eines Einzelbilds eine Bewegung stattfindet. Gleiches gilt für die Rotation nach der Darstellung in 6A in Kombination mit einer Verkippung nach der Darstellung in 6B.
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Eine bewegliche Anordnung, beispielsweise eine rotierbare Anordnung des Falschlichtfilters 60, kann zum Beispiel dann zweckmäßig sein, wenn das Objekt, das durch das Kamerasystem 100 erfasst werden soll, mit einer Lichtquelle (siehe Bezugsziffern 200 in 10) beleuchtet wird, die polarisiertes Licht ausgibt. So kann das Linearpolarisationsfilter 61 relativ zur Polarisation des von der Lichtquelle 200 ausgegebenen Lichts ausgerichtet werden, in den Polarisationszuständen beispielsweise gleich oder orthogonal orientiert. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle steuerbar ist und z.B. hinsichtlich der Polarisation des von ihr ausgegebenen Lichts in Abhängigkeit von einer Ausrichtung des Linearpolarisationsfilters 61 eingestellt wird. Sind z.B. Lichtquelle 200 und Falschlichtfilter 60 in ihren Polarisationszuständen orthogonal zueinander eingestellt, ist das Bild dunkel, solange die Oberflächen des Objekts (s. Bezugsziffer 300 in 10) keinen Einfluss auf die Polarisation haben. Induzieren die Oberflächen lokal eine Polarisationsphasenverzögerung, treten diese Bereiche hell im Bild auf; dieses Phänomen tritt zum Beispiel bei der Messung einer belastungsinduzierten Spannungsdoppelbrechung von Kunststoffen oder Gläsern auf. Derartige Effekte finden aber auch in organischen Geweben statt. Somit können z.B. Tumore für die Zwecke einer Operation sichtbar abgegrenzt werden.
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Eine bewegliche Anordnung des Linearpolarisationsfilters 61 kann weiter dann zweckmäßig sein, um etwaige von der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 hervorgerufene Nebenwirkungen zu kompensieren. Wenn beispielsweise die Ausleseeinheit 91 Bilder des Bildsensors 30 mit einer ersten Rate ausliest, beispielsweise bei einer Frequenz von 0.75 bis 200 Hz, so kann es zweckmäßig sein, dass das Linearpolarisationsfilter 61 mit einer Rotationsfrequenz rotiert wird, die über dieser Ausleserate liegt, z.B. bei über 500 Hz oder über 1 kHz. Zum Beispiel erlaubt die bewegliche Anordnung des Linearpolarisationsfilters 61 mit einer mindestens einem Faktor zwei höheren Rotationsfrequenz gegenüber der Bildaufnahmerate eine Minderung bzw. Unterdrückung zeitlich periodischer Variationen durch Polarisationsfilterung und ein entsprechendes zeitliches Aliasing der Bildinhalte.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Rotationsfrequenz kontinuierlich modulierbar. Soll beispielsweise eine Polarisationsfilterwirkung des Linearpolarisationsfilters 61 durch Rotation des Linearpolarisationsfilters 61 temporär gedämpft oder möglichst stark unterdrückt werden, sollte das Linearpolarisationsfilter 61 mit einer vergleichsweise hohen Frequenz von bspw. über 1 kHz rotieren. Zum Einstellen einer Polarisationsorientierung reichen indessen niedrigere Frequenzen (z.B. ganzzahlige Teiler der Bildaufnahmerate) von beispielsweise um die 5 Hz (z.B. bei einer Bildaufnahmerate von 25 Hz; Teiler = 5) aus oder ggf. eine bloße, einmalige Verdrehung und statische Positionierung aus. Je nach verfolgter Zielsetzung kann die Rotationsfrequenz einstellbar sein.
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Für die Zwecke der Umsetzung der Bewegung des Falschlichtfilters 60 (drehbar, rotierbar und/oder schwenkbar) und ggf. zusätzlich der Relativrotation zwischen Linearpolarisator 61 zur Viertelwellenverzögerungseinheit 62 kann das Kamerasystem 100 ein oder mehrere entsprechend ausgebildete Verstellelemente aufweisen, das bzw. die in der 7D mit der Bezugsziffern 65 gekennzeichnet und dort aber nur schematisch gezeigt ist/sind.
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Das Verstellelement 65 kann ein rein mechanisches Verstellelement sein, dass beispielsweise ausgebildet ist, um von einem Benutzer des Kamerasystems 100 manuell bedient zu werden, sodass eine manuelle Einstellung des Falschlichtfilters 60 bzw. des Linearpolarisationsfilters 61 bzw. der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 erfolgen kann. Beispielsweise wird das Linearpolarisationsfilter 61 manuell rotiert(s. 6A).
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Alternativ oder zusätzlich kann das Verstellelement 65 auch elektromotorisch ausgebildet sein und zum Beispiel kommunikationstechnisch an den Controller 93 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann das Verstellelement 65 ausgebildet sein, das Falschlichtfilter 60 bei einer definierten Rotationsfrequenz rotieren zu lassen, wobei die definierte Rotationsfrequenz zum Beispiel über den Controller 93 vorgegeben werden kann.
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Auch Kombinationen von mechanischen und elektromotorischen Verstellelementen 65 können zweckmäßig sein.
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Nach einer Ausführungsform ist der Controller 91 ausgebildet, die Rotationsfrequenz in Abhängigkeit von der Bildaufnahmerate (also in Abhängigkeit der oben genannten ersten Frequenz) festzulegen und das Verstellelement 65 und damit die Bewegung des Falschlichtfilters 60 entsprechend zu steuern.
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Weitere optionale Merkmale der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 werden nun mit Blick auf die 3 bis 4C erläutert:
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Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 kann in einer sandwichartigen Konstruktion ausgebildet sein, gemäß der zum Beispiel das Linearpolarisationsfilter 61 mittels einer Vermittlerschicht 642 an die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 gekoppelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform sind das Linearpolarisationsfilter 61 und die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 als separate Bauteile ausgebildet und separat voneinander angeordnet.
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Nach einer Ausführungsform ist die Rückseite der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, also z.B. die Seite des Linearpolarisationsfilters, die zum Objektiv 50 weist, hochreflektierend beschichtet, beispielsweise mittels einer metallischen oder dielektrischen oder daraus beliebig gemischten Dünnfilmbeschichtung (wie z.B. in den 5B1, 5C1, 5D1 und 5E1 durch den Reflektor 671 veranschaulicht). Alternativ oder zusätzlich kann die Rückseite mit einem Absorber beschichtet werden, der möglichst viel absorbiert, möglichst wenig transmittiert und den Rest der Lichtenergie diffus oder regulär reflektiert (zum Beispiel ist der Reflektor 671 dazu stark absorbierend ausgebildet). Die reguläre Reflexion ist dabei die bevorzugte Ausführung und kann beispielsweise mit einer absorbierenden Dünnfilmbeschichtung realisiert werden. Ein diffuser Reflektor kann Lack oder jede beliebige andere absorbierende Beschichtung sein, welche auf dem Substrat haftet.
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Demgegenüber kann die Vorderseite, also z.B. die Seite der Viertelwellenverzögerungseinheit 62, die z.B. zur Sensoroberfläche 31 weist, anti-reflektiv beschichtet sein.
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Eine anti-reflektive Beschichtung, kann, wie schon angedeutet worden ist, auch an allen anderen Stellen der Innenwand 400 des Bildraums von Vorteil sein. Beispielsweise sind dort manche oder alle Oberflächen mit einer (beispielsweise stufenartigen) Brechungsindexdiskontinuität mit reflexmindernden Maßnahmen versehen. Bei einem Übergang von Luft zu Glas bietet sich beispielweise eine Dünnschicht-AR-Beschichtung an. Bei einem Übergang von Glas zu einer Linearpolarisationsfilterfolie ist z.B. ein brechungsindexangepasster Klebstoff angepasst, wobei der Klebstoff beispielsweise so gewählt wird, dass dessen Brechungsindex dem arithmetischen Mittel zwischen Glas und Linearpolarisationsfilterfolie entspricht.
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Sowohl das Linearpolarisationsfilter 61 als auch die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 können auf ihren jeweiligen Außenseiten (von denen eine beispielsweise zum Objektiv 50 weist und die andere zur Sensoroberfläche 31) eine anti-reflektive Beschichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, wie in 3 veranschaulicht, dass an den jeweiligen Außenseiten Trägerplatten 623 und 622 angeordnet sind. Die Trägerplatten 623 und 622, die auch als „Substrate“ bezeichnet werden, können jeweils aus einem Glas gefertigt sein; beispielsweise bilden sie die Außengrenzen der Sandwich-Konstruktion. Die Trägerplatten 623 und 622 können über Vermittlerschichten 641 bzw. 643 angebracht werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 also sandwichartig ausgebildet, bspw. dergestalt: Glasträgerplatte 623 -> Vermittlerschicht 641 -> Linearpolarisationsfilter 61 (z.B. eine linearpolarisierende Folie) -> Vermittlerschicht 642 Viertelwellenverzögerungseinheit 62 (z.B. eine Folie oder ein Flüssigkristallpanel) -> Vermittlerschicht 643 -> Glasträgerplatte 622. Die Folien, die zur Ausbildung des Linearpolarisationsfilters 61 und/oder der Viertelwellenverzögerungseinheit 62 verwendet werden, können z.B. eine Dicke von nur wenigen Mikrometern aufweisen.
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Die Hauptkomponenten 623, 61, 62 und 622 werden z.B. zusammengeklebt oder laminiert oder in anderer Weise miteinander verbunden und können, wie dargelegt, jeweils Unterstrukturen umfassen. So kann beispielweise das Linearpolarisationsfilter 61, wenn als linearpolarisierende Folie ausgeführt ist, mehrere funktionelle Lagen umfassen.
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Ein Substrat der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60, beispielsweise die Glasträgerplatte 623, ist bei einer Ausführungsform als Farbglasfilter ausgeführt, beispielsweise zur Minderung der transmittierten IR-A- und/oder UV-A-Strahlung.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform umfasst die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 eine weitere Viertelwellenverzögerungseinheit 63, die beispielsweise auf der anderen Seite des Linearpolarisationsfilters 61 angeordnet ist, wie in 4A schematisch und exemplarisch veranschaulicht ist. Mit anderen Worten kann das Linearpolarisationsfilter 61 zwischen den beiden Viertelwellenverzögerungseinheiten 63 und 62 angeordnet sein. In dieser Ausführungsform lässt die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 beispielsweise zirkular polarisiertes Licht einer definierten Händigkeit passieren. Auch in dieser Konfiguration kann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 rotierbar angeordnet sein. Die Rotierbarkeit kann hier zweckmäßig sein, weil in dieser Konfiguration farbliche Modulationen des Lichts entstehen können, welche durch ein Rotieren gemittelt werden können.
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Wie 4B-C zeigen, kann, unabhängig von der Anwesenheit der weiteren Viertelwellenverzögerungseinheit 63, das Linearpolarisationsfilter 61 durch zwei separate Linearpolarisationsfiltereinheiten 611 und 612 ausgebildet sein.
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Die zwei separaten Linearpolarisationsfiltereinheiten 611 und 612 bilden beispielsweise ein variables Transmittanz-Filter, bspw. dynamisch einstellbar in der spektralen Transmittanz, mit linearpolarisierender Funktion aus. Das ausgebildete Transmittanz-Filter erlaubt z.B. eine spektral homogene Transmission, z.B. ähnlich wie bei einem ND-Filter. Nach einer Ausführungsform erfüllen die Linearpolarisationsfiltereinheiten 611 und 612 jeweils eine linearpolarisierende Funktion und können gemeinsam und/oder relativ zueinander verdreht werden. Auf diese Weise kann zusätzlich zur Falschlichtfilterfunktion ein variables Transmittanz-Filter ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform kann ggf. auf ein zusätzliches ND-Filter (bspw. ND-Filter 80) verzichtet werden. Außerdem kann das dynamisch einstellbare variable Transmittanz-Filter verändert werden, bspw. während einer Bildaufnahme durch die Kameraeinheit 20. Demgegenüber müsste ein normales ND-Filter in einer Drehpause mitunter ausgetauscht werden.
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Gemäß den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 stets vollständig im Bildraum 40 der Kameraeinheit 20 angeordnet. Gemäß anderen Ausführungsform ist die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ganz oder teilweise außerhalb des Bildraums 40 angeordnet. So kann z.B. vorgesehen sein, dass das Linearpolarisationsfilter 61 außerhalb des Bildraums 40 angeordnet ist, beispielsweise noch vor dem Objektiv 50.
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Unabhängig davon, ob das Linearpolarisationsfilter61 innerhalb des Bildraums 40 oder außerhalb des Bildraums 40 angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 dem Linearpolarisationsfilter 61 in Lichteinfallrichtung nachgelagert ist. In die Kameraeinheit 20 einfallendes Licht durchquert z.B. zuerst das Linearpolarisationsfilter 61, danach das Objektiv 50 und sodann die Viertelwellenverzögerungseinheit 62. Bei einer anderen Ausführungsform durchquert das einfallende Licht aus der Umgebung zunächst das Objektiv 50, dann das Linearpolarisationsfilter 61 und dann die Viertelwellenverzögerungseinheit 62.
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Das Objektiv 50 kann als Einzellinse ausgebildet sein oder als ein Verbund mehrerer Linsen 51, 52, wie in den 8 und 9 schematisch dargestellt ist. Möglich ist auch, dass die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 ganz oder teilweise, beispielsweise das Linearpolarisationsfilter 61, zwischen diesen mehreren Linsen 51 und 52 angeordnet ist.
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Das Linearpolarisationsfilter 61 kann ausgebildet sein, eintretendes Licht zu empfangen und linear polarisiert auszugeben. Beispielsweise ist das Linearpolarisationsfilter 61 als polarisationsspezifischer Absorber ausgebildet, welcher eine lineare Polarisation verlustarm transmittieren lässt.
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Zum Beispiel ist vorgesehen, dass das Falschlichtfilter 60 für unpolarisiertes Licht eine Transmittanz im Bereich von 20% bis 50%, oder eine Transmittanz im Bereich von 40% bis 50% aufweist.
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Außerdem kann das Falschlichtfilter 60 bzw. Komponenten davon mit einer ND-Beschichtung versehen sein, was die Anzahl optischer Filterkomponenten und vor allem den Glasweg zwischen Objektiv 50 und Bildsensor 30 verringern bzw. angemessen für die optische Abbildungsqualität halten kann. Alternativ kann ein zusätzliches ND-Filter vorgesehen sein, wie oben schon angedeutet worden ist.
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Darüber hinaus kann das Falschlichtfilter 60 ausgebildet sein, eine Infrarot-und Ultraviolettsperrfilterung oder eine VIS (visible)-Bandpassfilterung, die nur Licht innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs passieren lässt (z.B. 380 nm bis 830 nm, oder spezieller 400 nm bis 700 nm), z.B. eine UV- und IR-A Sperrfilterung, vorzunehmen. Das Falschlichtfilter 60 bzw. Komponenten davon kann z.B. einen IR-A Sperrfilter aufweisen, z.B. einen dielektrischen Multischicht-Wellenlängentiefpass-Interferenzfilter, was z.B. zweckmäßig sein kann, falls kein Farbglasfilter eingesetzt wird bzw. um ein Farbglasfilter zu ersetzen und keine ND-Beschichtung auf dem Linearpolarisationsfilter 61 aufgebracht ist, die neben dem sichtbaren auch den IR-A-Spektralbereich konstant dämpft. Je nach Optiksystem und dessen Anforderungen kann auch ein Glasträger 612 oder 622 als IR-A Farbglas-Sperrfilter bzw. als VIS-Farbglas-Bandpassfilter ausgeführt sein.
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Zum Beispiel integriert das Falschlichtfilter 60 ein oder mehrere spektrale Filter, wobei die Filter Bandpassfilter für den sichtbaren Spektralbereich, Farbfilter und/oder Sperrfilter für den UV-Bereich oder den IR-Bereich umfassen können. Das spektrale Filter kann aus einem Dielektrikum, einem Halbleiter, einem Metall, oder aus einem Cermet gefertigt sein. Dabei kann ein Gold-Film, bspw. einer Dicke von wenigen Nanometern, als Farbfilter eingesetzt werden. Dielektrische Multilayer-Beschichtungen können eine Bandpass- oder Sperrfilterung bewirken.
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Komponenten des Falschlichtfilters 60, vor allem beispielsweise Glasträgerplatten 623 und 622, können z.B. als Volumenabsorber ausgebildet sein. Weiter können die Komponenten des Falschlichtfilters 60 mit Beschichtungen versehen sein, bspw. einer dielektrischen Beschichtung, einer metallischen Beschichtung, oder einer gemischt dielektrisch-metallischen Beschichtung, wie schon erläutert worden ist.
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Nach einer weiteren Variante weist das Falschlichtfilter 60 Nanopartikel und/oder eine Nanostruktur auf, beispielsweise zur Reflexminderung (Nanostrukturierung der entsprechenden Oberflächen) oder zur spektralen Filterung (beispielsweise spektral selektive Absorption durch Plasmonenanregung etc.).
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Die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 kann ausgebildet sein, eintretendes Licht zu empfangen und in der Polarisation transformiertes Licht auszugeben. Bei einer Ausführungsform verursacht die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 beim ersten Lichtdurchtritt von eingangsseitig linear polarisiertem Licht z.B. eine Transformation der linearen Polarisation. Bei 45° relativem Winkel wird beispielsweise hauptsächlich zirkular polarisiertes Licht erzeugt und bei einem zweiten Durchtritt (des reflektierten Lichts) erneut linear polarisiertes Licht, welches jedoch orthogonal zum ersten Lichtdurchtritt polarisiert ist. Die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 umfasst beispielsweise eine sog. λ/4-Platte oder ist eine λ/4-Platte. Alternativ umfasst die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 ein Flüssigkristallpanel, dessen Phasenverzögerung von einer angelegten elektrischen Spannung abhängt und eine kontinuierliche Einstellung des Polarisationszustands von linear über elliptisch bis hin zu zirkular ermöglicht. Letzteres ermöglicht es, wie weiter oben schon ausgeführt, die Sperrwirkung des Falschlichtfilters auf eine vorliegende Situation zu optimieren.
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Bei einer Ausführungsform der Kameraeinheit 20 ist die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 zum Beispiel in einem Abstand von mindestens 0.1 mm und höchstens einigen Zentimetern (z.B. nicht mehr als 70 mm) zu der Sensoroberfläche 31 angeordnet.
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Beispielsweise sind die Lichtdurchtrittsflächen von Linearpolarisationsfilter 61 und Viertelwellenverzögerungseinheit 62, also die als Falschlichtfilter wirkenden Flächen, jeweils parallel zu der Sensoroberfläche 31 angeordnet, wobei, wie dargelegt, auch eine Verschwenkung möglich sein kann, wie z.B. zu 6B ausgeführt worden ist. Das Falschlichtfilter 60 muss, wie dargelegt, nicht als planparallele Optik implementiert sein.
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Bei einer Ausführungsform des Kamerasystems 100 ist vorgesehen, dass das Falschlichtfilter 60 demontierbar angeordnet ist, und beispielsweise durch ein Neutralglas ausgetauscht werden kann, bspw. um das Auflagemaß des Objektivs konstant halten zu können.
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Bei einer Ausführungsform ist das Falschlichtfilter 60 als ein Zubehörteil ausgebildet.
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Weiter kann die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 derart ausgestaltet sein, dass es polarimetrische Bildaufnahmen ermöglicht, was insbesondere im Bereich der Medizintechnik von Vorteil sein kann, s. 10. Die Aufnahme derartiger Bildaufnahmen ist zum Beispiel dann möglich, wenn für die Beleuchtung der zu erfassenden Szene/des zu erfassenden Objekts 300 (s. 10) eine Lichtquelle 200, z.B. eine polarisierte Lichtquelle, verwendet wird, deren Polarisationsrichtung synchron korreliert und dynamisch zum Linearpolarisationsfilter 61 orientiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann es möglich sein, das Linearpolarisationsfilter 61 auf die Polarisationsrichtung der Lichtquelle 200 einzustellen, beispielsweise einen bestimmten Rotationswinkel um die optische Achse A, wobei bspw. die Viertelwellenverzögerungseinheit 62 gleichermaßen wie das Linearpolarisationsfilter 61 verstellbar ist und verstellt wird; z.B. wird das gesamte Falschlichtfilter 60 gleichsam verstellt, um eine Anpassung an die Polarisationsrichtung der Lichtquelle 200 zu erzielen.
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Bei einer Ausführungsform ist die Lichtquelle 200 also hinsichtlich eines (nicht dargestellten) Linearpolarisationsfilter der Lichtquelle 200 steuerbar, wobei das Linearpolarisationsfilter der Lichtquelle 200 z.B. vorgelagert ist und/oder synchron zur Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 rotierbar sein kann. Alternativ kann ein zirkularpolarisierendes Filter (z.B. eine Anordnung derart: λ/4-Einheit + Linearpolarisationsfilter) vor die Lichtquelle 200 und ein entsprechendes Zirkularpolarisationsfilter (z.B. eine Anordnung derart: AJ4-Einheit + Linearpolarisationsfilter + λ/4-Einheit) an der Kameraeinheit 20 platziert sein; in diesem Fall wäre die Händigkeit der zirkularen Polarisation ein steuerbarer Parameter.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen schließen den Gedanken ein, ein Linearpolarisator (Linearpolarisationsfilter 61) und eine darauffolgende achromatische Viertelwellenverzögerungsplatte (Viertelwellenverzögerungseinheit 62) in den optischen Weg, z.B. zwischen Abbildungsoptik und Bildsensor, einzubringen. Einfallendes Licht wird zirkular polarisiert. Durch die Reflexionen an beispielsweise Dielektrika, Metallen und Halbleitern alterniert die Händigkeit der zirkularen Polarisation, was zu einer Absorption der reflektierten Strahlung bei einer umgekehrten Transmission durch das Falschlichtfilter 60 im Linearpolarisator führt (die Vorwärtstransmission ist orthogonal linear zur Rückwärtstransmission polarisiert).
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen schließen weiter die folgenden Gedanken ein:
- - Die Transmittanz durch ein Linearpolarisationsfilter für unpolarisiertes Licht beträgt z.B. 40% bis theoretisch maximal 50%. Die Reflektanz aus dem Detektorrezipienten (Bildraum 40) wird dabei beispielsweise auf weniger als 0.1% reduziert. Bei 100% Reflektanz aus dem Detektorrezipienten (theoretische Annahme zum Vergleich) werden dann nur noch 0.05% des einfallenden Lichts zum Objektiv zurückgeleitet. Die vorgeschlagene Technologie kann reflektiertes Falschlicht aus dem Detektorrezipienten relativ zum Licht für die Abbildung z.B. um mehr als einen Faktor 500 bei gleicher Transmittanz zum gegenwärtigen Stand mindern (das entspricht einem Faktor der Sperrwirkung von bis zu zehn gemessen in Blendenstufen im Vergleich zu ND0.3-Filtern).
- - Im Vergleich zur Verwendung eines Polarisationsfilters in der Matte-Box können optische Aberrationen und der Einfluss von Veiling Glare und Ghosting durch die Positionierung der Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 zwischen Objektiv 50 und Sensor 30 gemindert werden. Zudem können Objektive bezüglich der Aberrationen durch Einbringen in den optischen Weg zwischen Objektiv und Kamera technisch typischerweise einfacher und praktikabler vorkorrigiert werden. Abhängig von der NA, der Feldwinkel, der Filterdicken sowie der Brechungsindices der Filtermaterialien treten viele verschiedenen Aberrationen auf, selbst für eine idealisiert perfekte planparallele Platte: lateral und longitudinal chromatische Aberrationen, sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung und Verzeichnung. Die Falschlichtreduzierungsvorrichtung 60 in der Kamera kann dünner ausgeführt sein, da es lateral kompakter ist. Zudem können die bildseitigen Feldwinkel beispielsweise für Weitwinkelobjektive geringer sein als die objektseitigen. Allgemein sind die bildseitigen Feldwinkel in kinematografischen Kamerasystemen moderat, da Bildsensoren hier häufig mit Mikrolinsenarrays ausgestattet sind, welche einen begrenzenden Akzeptanzwinkel aufweisen. Die bildseitige NA ist typischerweise allerdings größer als die objektseitige.
- - Zwischen Objektiv und Sensor angeordnet beeinflusst die Falschlichtreduzierungsvorrichtung nicht notwendigerweise das Ghosting innerhalb des Objektivs, sondern beschränkt sich auf den Detektorrezipienten (Bildraum 40). Der kreative Einsatz dieser Reflexe kann erhalten bleiben, Flare-Sets etc. bleiben unberührt verwendbar.
- - Wird für die Beleuchtung der Szene eine polarisierte Lichtquelle (s. Bezugsziffer 200 in 10) verwendet, z.B. linear polarisiert, deren Polarisationsrichtung korreliert und dynamisch zum Linearpolarisationsfilter 61 in der Kameraeinheit 20 orientiert werden kann, werden polarimetrische Bildaufnahmen möglich, was für biomedizinische Bildaufnahmen vorteilhaft sein kann.
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Wie hier verwendet, sind die Begriffe „habend“, „enthaltend“, „einschließend“, „umfassend“, „aufweisend“ und ähnliches offene Begriffe, welche das Vorhandensein von angeführten Elementen oder Merkmalen anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen.
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In Anbetracht des obigen Bereichs von Variationen und Anwendungen wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangegangene Beschreibung eingeschränkt wird, und auch nicht durch die begleitenden Zeichnungen eingeschränkt wird. Die vorliegende Erfindung ist vielmehr lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren legale Äquivalente eingeschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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