DE202017007165U1

DE202017007165U1 - Bildgabevorrichtung mit fokussierter Beleuchtung

Info

Publication number: DE202017007165U1
Application number: DE202017007165.7U
Authority: DE
Original assignee: Envirosight LLC
Current assignee: Envirosight LLC
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2027-05-03
Also published as: DE22200352T1; EP3239773A2; EP4137888A1; EP3239773A3; EP3239773B1

Abstract

Bildgabesystem (1700; 1800), das eine Vorwärts- und Rückwärts-Orientierung aufweist, wobei das System Folgendes umfasst:mindestens ein Gehäuse (2001);mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706);eine Bildgabevorrichtung (1703; 1906), die in dem Gehäuse (2001) enthalten ist,wobei die Bildgabevorrichtung (1703; 1906) eine Zoom-Linse umfasst, die eine optische Achse aufweist, wobei die Zoom-Linse der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) in dem Gehäuse (2001) einen Positionspunkt definiert;ein Positionierungssystem (2005), das ein längliches Element zur Positionierung der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) umfasst; undeinen (2003), der zwischen dem Gehäuse (2001) und dem Positionierungssystem (2005) wirkverbunden ist, wobei der Kippmechanismus (2002) dafür ausgestaltet ist, das Gehäuse (2001) relativ zu dem länglichen Element so zu kippen, dass das Gehäuse (2001) um den Positionspunkt herum schwenkt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der vorläufigen Anmeldung Nr. 62/329,839 , eingereicht am 29. April 2016, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Zoom-starke Bildgabevorrichtung für die Bildgabe von Objekten auf große Entfernung bei begrenztem Licht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist oft notwendig, Bereiche unter Bedingungen zu inspizieren und zu warten, die sie über einen längeren Zeitraum für Menschen unzugänglich oder auf sonstige für den Aufenthalt von Personen ungeeignet machen. Zu diesen Bedingungen gehören beispielsweise kleine beengte Räume und raue Umgebungen, wie zum Beispiel Luft- oder Sauerstoffmangel, Vorhandensein von Giftstoffen, Radioaktivität, Kontaminierung, übermäßige Staubentwicklung, Schmutz und Dreck und hohe Lärmpegel. Diese Bedingungen finden sich beispielsweise in Bereichen wie Regen- und Abwasserrohren, Kernreaktoren und Containmentstrukturen, mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken und petrochemischen Raffinerien, um nur einige zu nennen. Obgleich jeder Bereich seine eigenen Probleme und Komplexitäten mit Bezug auf Inspektion und Wartung mit sich bringt, ist ihnen allen die unangenehme und zeitraubende Art der Ausführung einer Erstinspektion gemein.
Zu veranschaulichenden Zwecken wird die Inspektion von Regen- und Abwasserrohren im Detail betrachtet, obgleich der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung keinesfalls auf diese Anwendung beschränkt. Die meisten Gemeinden unterhalten ein riesiges Netz von Regen- und Abwasserrohren, die oftmals die älteste Infrastruktur in der Gemeinde darstellen. Diese Rohre müssen auf Probleme wie zum Beispiel Risse, Verstopfungen, Materialansammlungen und Wurzelinfiltration untersucht werden. Zu diesem Zweck ist es üblich, dass eine invasive Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Rohrroboter oder eine Schiebekamera, in das Rohr eingesetzt wird, um die Inspektion auszuführen. Obgleich sich mit einem Rohrroboter effektiv detaillierte Bilder gewinnen lassen, ist sein Gebrauch umständlich und erfordert viel Zeit zum Einrichten und Bedienen, selbst wenn kein Problem festgestellt wird. Darüber hinaus ist der Einsatz von Rohrrobotern häufig durch die Größe und Ausgestaltung der Rohre beschränkt, in denen er sich bewegen soll. In dieser Hinsicht verhindert oft der Zustand der Rohre (zum Beispiel Materialtrümmer und Brüche) den Einsatz invasiver Inspektionsgeräte wie Roboter. Daher besteht Bedarf an einem zweckmäßigeren Ansatz zum Inspizieren und Warten unterirdischer Rohre ohne die Zeit und Komplexität, die mit invasiven Techniken, wie zum Beispiel dem Einsatz von Rohrrobotern oder Schiebekameras, einhergehen.
Diesen Erfordernissen wird die QuickView® Inspektionsvorrichtung gerecht, die auf dem freien Markt von der Firma Envirosight LLC (Randolph, New Jersey) zu beziehen ist und in einer Reihe von Patenten und Patentanmeldungen beschrieben ist, beginnend mit dem US-Patent Nr. 6,538,732 , das hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Das Patent '732 beschreibt einen schnellen und bequemen nicht-invasiven Ansatz zum Feststellen des Zustands eines unzugänglichen oder aufenthaltsfeindlichen Bereichs vor der Initiierung eines invasiven Verfahrens, wie zum Beispiel einer umfangreichen Inspektion oder Reinigung. Genauer gesagt, anstatt physisch in den Bereich mit einem Roboter oder einer Schiebekamera vorzudringen, wird ein sehr manövrierfähiges, handgehaltenes Inspektionssystem verwendet, das einen Bildgabekopf aufweist, der sich leicht so positionieren lässt, dass zunächst der allgemeine Bereich aufgenommen wird, und dann auf ein Ziel gezoomt wird, um sein Bild mit dem gewünschten Detailliertheitsgrad zu erhalten. Somit erhält die Vorrichtung Bilder von unzugänglichen oder aufenthaltsfeindlichen Bereichen durch Manövrieren eines Bildgabekopfes und Nutzung seiner Vergrößerungsfähigkeiten, anstatt physisch in den Bereich vorzudringen.
US-Patent Nr. 7,480,041 (das hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird) führt diese Technologie weiter, indem es die Leistung und Manövrierbarkeit der Inspektionsvorrichtung verbessert. Genauer gesagt, offenbart dieses Patent ein System und ein Verfahren zum Verbessern der Inspektion lateraler Rohre, indem es erlaubt, den Bildgabekopf über eine längere Distanz in die Tiefe des Rohres auf ein Ziel zu fokussieren, als es in der Regel zuvor möglich war. Dabei wird der Bildgabekopf zuverlässig an einer optimalen Stelle mit Bezug auf das laterale Rohr positioniert, die als der „Sweet Spot“ - oder „ideale Punkt“ - bezeichnet wird. Allgemein ist die optimale Position dort, wo die Beleuchtungsquelle oder Lampe so positioniert ist, dass sich ihr Lichtstrahl im größtmöglichen Ausmaß in die Tiefe des Rohres ausbreitet, bevor es von der Rohrwand zurückgeworfen und zerstreut wird. Das Patent '041 offenbart eine Zielausrichtungs-Haltevorrichtung, die eine moderate elastische Kraft erzeugt, wenn ein Nutzer den Bildgabekopf in den Sweet-Spot drückt. Die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung umfasst in einer Ausführungsform ein elastisches Element, das sich von dem Bildgabekopf erstreckt. Während des Gebrauchs wird die Inspektionsvorrichtung in ein Einstiegsloch (oder eine ähnliche Struktur) abgesenkt, bis die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung auf dem Boden eines Rohres (oder einer ähnlichen Struktur) ruht. Der Nutzer drückt dann auf die Bildgabevorrichtung, bis sich der Bildgabekopf im Sweet-Spot befindet. Es ist festgestellt worden, dass das Drücken gegen die elastische Zielausrichtungs-Haltevorrichtung einen hohen Grad an Stabilität verleiht, was bei starken Vergrößerungen wesentlich ist. Somit ermöglicht es die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung der vorliegenden Erfindung, den Bildgabekopf im Sweet-Spot zu positionieren, um eine maximale Beleuchtung in die Tiefe des Rohres zu erreichen, während eine bessere Stabilität zum Fokussieren auf Ziele weiter in der Tiefe des Rohres gestattet wird, als zuvor möglich war.
Die Patentanmeldungspublikation US 2009/0180110 A (die hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird) führt diese Technologie weiter, indem sie ein Ferndistanz-Bildgabesystem bereitstellt, das einen einstellbaren Lichtstrahl aufweist. Das heißt, diese Anmeldung erkennt, dass, sobald ein Ziel in der Tiefe eines Rohres abgebildet ist, schon eine kleine Einstellung der Lampe(n), während das abgebildete Ziel verwacklungsfrei gehalten wird, die Beleuchtung des Ziels erheblich verbessern kann - und somit auch die Qualität des Bildes. Diese Anmeldung offenbart auch, wie zweckmäßig es ist, die Achse des Lichtstrahls mit der optischen Achse der Bildgabevorrichtung in Übereinstimmung zu bringen, um die Ausleuchtung des Sichtfeldes zu maximieren.
Während die Patentanmeldungspublikation US 2009/0180110 A die Notwendigkeit erkennt, die Achsen des Lichts und der Bildgabevorrichtung im Wesentlichen in Übereinstimmung zu halten, erforderte die dort offenbarte Ausgestaltung zwangsläufig einen Versatz der zwei Achsen, da die Lichter an der Seite der Bildgabevorrichtung montiert waren, wodurch eine gewisse aktive Einstellung des Lichts notwendig war, wenn die Kamera heran- und herausgezoomt wurde. Daher besteht Bedarf an einem einfacheren Kamerasystem, bei dem die Lichtachse und die Bildgabeachse im Wesentlichen in Übereinstimmung sind, ohne dass eine aktive Abstimmung erforderlich ist, wenn die Vorrichtung heran- und herausgezoomt wird. In einer Ausführungsform erfüllt die vorliegende Erfindung unter anderem diese N otwendigkei t.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das Folgende ist eine vereinfachte Kurzdarstellung der Erfindung, um ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Diese Kurzdarstellung ist kein umfassender Überblick der Erfindung. Sie soll keine wesentlichen oder kritischen Elemente der Erfindung herausstellen oder den Geltungsbereich der Erfindung abgrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als Einleitung zu der detaillierteren Beschreibung, die später vorgestellt wird, zu präsentieren.
Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Betrachtung aus weiter Distanz durch Bereitstellen eines Bildgabesystems, das eine Lichtquelle und zwei oder mehr Reflektoren aufweist, die eine Achse definieren, die im Wesentlichen mit der der Bildgabevorrichtung übereinstimmt. Genauer gesagt, umfasst das Bildgabesystem in einer Ausführungsform zwei oder mehr Parabolreflektoren, die hinter einer oder um eine Zoom-starke Bildgabevorrichtung angeordnet sind, dergestalt, dass die theoretische Hauptachse der Reflektorachsen und die optische Achse der Bildgabevorrichtung im Wesentlichen übereinstimmen.
Eine solche Ausgestaltung bietet beträchtliche Nutzeffekte. Erstens bietet die Vorrichtung, da die Licht- und Kameraachsen im Wesentlichen übereinstimmen, ein exzellentes Abbildungsvermögen auf große Entfernung mit relativ niedriger Leistung, die auf die Beleuchtung verwendet wird. Weil die vorliegende Erfindung Licht effizienter nutzt, wird weniger Leistung für ihren Betrieb benötigt. Darauf bauen weitere Nutzeffekte auf. Zum Beispiel wird es durch die Leistungsreduzierung möglich, das System gewünschtenfalls mit Batterien statt über ein Stromkabel zu betreiben. Darüber hinaus kann in einer Ausführungsform der Strom durch Batterien am Kopf der Vorrichtung zugeführt werden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Strom über ein Kabel und eine räumlich abgesetzte Batteriestromversorgung zuzuführen. Eine solche Ausführungsform vermeidet den inhärenten Spannungsabfall, der beim Übertragen von Strom durch ein langes Kabel entsteht, wodurch zusätzlich die Leistung reduziert wird, die zum Betreiben des Bildgabesystems erforderlich ist. Somit kann die vorliegende Erfindung in bestimmten Ausführungsformen eine Reihe von aufeinander aufbauenden Energieeinsparungen realisieren.
Es gibt auch den Nutzeffekt der Reduzierung des Volumens des Kabels, das den Kabelkopf erreicht, und der Verbesserung der Gesamtmanövrierbarkeit der Vorrichtung, da die Vorrichtung nicht mehr an eine separate Stromversorgung angebunden sein muss. Und selbst, wenn trotzdem eine räumlich abgesetzte Stromversorgung verwendet wird, verringert der verringerte Strombedarf des Bildgabesystems der vorliegenden Erfindung obendrein den erforderlichen Querschnitt des Kabels, wodurch das System leichter wird und seine Manövrierbarkeit verbessert wird.
Nutzeffekte wurden auch durch die Verwendung eines einzelnen Lichtpunktes bei oder nahe dem Brennpunkt jedes Parabolreflektors realisiert. Grundsätzlich wird ein unerwartet intensitätsstarkes Punktlicht mit relativ niedriger Leistung erzeugt. In einer Ausführungsform kann eine Leuchtdiode (LED) als die Punktlichtquelle bei oder nahe dem Brennpunkt jedes Parabolreflektors verwendet werden. Zusätzlich gibt es einen unerklärten Lichthofeffekt um das Punktlicht, der dazu dient, die Peripherie unmittelbar vor dem Bildgabekopf auszuleuchten. Obgleich die Anmelder nicht an eine bestimmte Theorie gebunden sein wollen, wird gemutmaßt, dass der Lichthofeffekt das Ergebnis von Feuchtigkeit innerhalb der Inspektionsstelle oder eventuell eine Reflexion von den End- oder Seitenwänden sein kann.
Ein weiterer Nutzeffekt des Kamerasystems ist, dass es den Einsatz eines einzelnen Gehäuses unterstützt. Es besteht nicht mehr die Notwendigkeit, separate Gehäuse für die Lichter und die Bildgabevorrichtungen anzufertigen. Sie sind alle innerhalb eines einzelnen modularen Gehäuses enthalten, das eine oder mehrere integrierte Komponenten umfasst. Zusätzlich hat eine solche Ausgestaltung sehr wenige sich bewegende Teile, was nicht nur den mechanischen Verschleiß verringert, sondern auch das Gewicht und den Umfang der Lagerhaltung verringert und die Herstellung vereinfacht.
Daher nutzt die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Licht effizienter, um die Abbildungsleistung zu verbessern, den Stromverbrauch zu senken und ein weniger sperriges, vereinfachtes Paket bereitzustellen, wodurch es leichter manövrierbar und einfacher herzustellen ist als Inspektionsvorrichtungen des Standes der Technik.
Dementsprechend hat das Bildgabesystem in einer Ausführungsform eine Vorwärts- und Rückwärts-Orientierung und umfasst: (a) einen Parabolreflektor, der zwei oder mehr Parabolreflektorkomponenten umfasst, die jeweils eine Basis, einen Brennpunkt und eine Reflektorachse aufweisen, wobei die zwei oder mehr Parabolreflektorkomponenten eine Reflektor-Hauptachse definieren; (b) mindestens eine Lichtquelle, die nahe oder im Wesentlichen an dem Brennpunkt von jedem der zwei oder mehr Parabolreflektoren vor seiner Basis angeordnet ist und dafür ausgestaltet ist, Licht in Richtung eines jeden der zwei oder mehr Parabolreflektoren so auszusenden, dass jeder der zwei oder mehr Parabolreflektoren das Licht reflektiert, um einen Lichtstrahl auszusenden; und (c) eine Bildgabevorrichtung, die innerhalb der zwei oder mehr Parabolreflektoren angeordnet ist und eine Zoom-Linse umfasst, deren optische Achse im Wesentlichen mit der Reflektor-Hauptachse übereinstimmt, wobei die Bildgabevorrichtung dafür ausgestaltet ist, ein Sichtfeld entlang der optischen Achse vor der Bildgabevorrichtung abzubilden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bildgabesystem: (a) eine Bildgabevorrichtung, die ein Zoomobjektiv aufweist, das einen Positionspunkt definiert; (b) mindestens ein Gehäuse, das die Bildgabevorrichtung enthält; (c) ein Positionierungssystem, das ein längliches Element zum Positionieren der Bildgabevorrichtung umfasst, und (d) einen Kippmechanismus, der zwischen dem Gehäuse und dem Positionierungssystem wirkverbunden ist, wobei der Kippmechanismus dafür ausgestaltet ist, das Gehäuse relativ zu dem länglichen Element so zu kippen, dass das Gehäuse um den Positionspunkt herum schwenkt.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bildgabesystem: (a) eine Bildgabevorrichtung; (b) mindestens ein Gehäuse, das die Bildgabevorrichtung enthält; und (c) ein Positionierungssystem, das einen Ratschenmechanismus und eine Zielausrichtungs-Haltevorrichtung umfasst, wobei die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung ein distales Ende und ein elastisches Element aufweist, um eine Vorspannkraft anzulegen, um das distale Ende von der Bildgabevorrichtung nach außen vorzuspannen, wobei der Ratschenmechanismus so ausgestaltet ist, dass, wenn das distale Ende entgegen der Vorspannkraft in Richtung der Bildgabevorrichtung gedrückt wird, der Ratschenmechanismus das distale Ende inkrementell nach oben hochfährt, um zu verhindern, dass das distale Ende in seine herausgeschobene Position von der Bildgabevorrichtung fort zurückkehrt.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Bildgabekopfes der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine nahe Vorderansicht des Bildgabekopfes von 1.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Bildgabekopfes der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Seitenansicht des Bildgabekopfes von 3.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Bildgabesystems der vorliegenden Erfindung, bei der der Reflektor integral mit dem Gehäuse ist.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Einstellmechanismus.
7 zeigt ein Strahldiagramm einer Ausführungsform des Bildgabesystems der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein Schaubild des Stütz- und Messsystems.
9(A) und (B) zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der Bedienersteuerung in einer Ausführungsform von 1;
10 zeigt den Gürtel der in 7 gezeigten Ausführungsform.
11 zeigt einen Beutel zum Tragen einer Überwachungs- oder Aufzeichn ungsvorrich tung.
12 zeigt eine nahe perspektivische Ansicht des Bildgabekopfes mit Zielausrichtungs-Haltevorrichtung.
13A ist eine quergeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform des Bildgabekopfes der vorliegenden Erfindung.
13B ist eine Vorderansicht einer in 13A gezeigten Ausführungsform.
14A und 14B sind perspektivische Front- und Rückansichten der Lampenanordnung.
15 ist eine vergrößerte, quergeschnittene, perspektivische Ansicht der Lampenanordnung von 14A in dem Bildgabekopf von 13A.
16 ist eine Ansicht der zweiten Bildgabevorrichtung des Bildgabesystems der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Schaubild eines Querschnitts eines Reflektors, der mehrere Reflektoren umfasst.
18 ist eine Vorderansicht des Bildgabesystems, das mehrere Reflektoren aufweist.
19 zeigt ein Inspektionssystem, das ein Positionierungssystem mit einem Ratschenmechanismus aufweist.
20 zeigt ein Inspektionssystem mit Kippmechanismus.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wir wenden uns 1 zu, wo eine Ausführungsform eines Bildgabesystems 100 der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt ist. Das Bildgabesystem 100 umfasst: (a) einen Parabolreflektor 101, der eine Basis 101a aufweist und eine erste Achse 108 definiert; (b) eine Lichtquelle 102, die nahe der Basis 101a angeordnet ist; (c) eine Bildgabevorrichtung 103, die eine Zoom-Linse 104 umfasst und eine zweite Achse 109 aufweist. Die Bildgabevorrichtung ist so vor der Lichtquelle 102 angeordnet, dass die zweite Achse 109 im Wesentlichen mit der ersten Achse 108 übereinstimmt.
Jedes dieser Elemente wird unten ausführlicher und mit Bezug auf Beispiele von alternativen Ausführungsformen betrachtet. Es versteht sich jedoch, dass die Klassifizierung des Systems in diese diskreten Elemente veranschaulichenden Zwecken dient und nicht so ausgelegt werden darf, als beschränkte es den Geltungsbereich der Erfindung. Zum Beispiel wird erwartet, dass zwei oder mehr Elemente einer einzelnen Komponente entsprechen können oder dass die Funktionalität eines Elements zwei oder mehr Komponenten entsprechen kann.
Obgleich das Bildgabesystem ausführlich mit Bezug auf ein Rohrinspektionssystem betrachtet wird, ist die Erfindung des Weiteren nicht auf solche Anwendungen beschränkt. Zum Beispiel kann die Bildgabesystem-Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in jeder Anwendung verwendet werden, die sowohl Beleuchtung als auch Ferndistanz-Zoom-Bildgabe erfordert. Zu solchen Anwendungen gehören zum Beispiel das Filmen auf lange Distanzen unter relativ lichtschwachen Bedingungen (zum Beispiel Zoom-starke Kameras, die an Nachrichten- und Polizeihubschraubern montiert sind, um Aktivitäten am Boden zu filmen), eine handgehaltene Kamera oder ein auf einem Fahrzeug montiertes oder handgehaltenes Kamerasystem zur Brückeninspektion. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf Bildgabesystem-Ausführungsformen beschränkt und kann auch ohne eine Bildgabevorrichtung verwendet werden, um eine tragbare, hochintensive Lichtquelle bereitzustellen.
Reflektor
Die zwei oder mehr Parabolreflektoren dienen zum Kollimieren des von der Lampe oder Lichtquelle ausgehenden Lichts in einer Vorwärtsrichtung. Das Ausmaß, in dem das Licht kollimiert wird, richtet sich nach der Anwendung. Wenn zum Beispiel die Anwendung eine Ferndistanzbetrachtung in die Tiefe eines schmalen Durchgangs umfasst, dann kann ein Parabolreflektor mit einer relativ großen Steilheit wünschenswert sein, in dem der Lichtstrahl im Wesentlichen ohne divergenten Winkel kollimiert wird. Wenn hingegen die Anwendung eine Bildgabe in einer relativ moderaten Distanz in einem offeneren Raum umfasst, dann kann ein Parabolreflektor mit einer moderateren Steilheit wünschenswert sein, so dass der Lichtstrahl im Wesentlichen kollimiert wird, aber einen geringfügigen Divergenzwinkel hat, damit Licht das Sichtfeld in einem gewissen Grad auswaschen kann. Der Fachmann kann die parabolische Steilheit des Reflektors so optimieren, dass die Bildgabe vor dem Hintergrund dieser Offenbarung optimiert wird.
Wenn wir zu veranschaulichenden Zwecken die Rohrinspektion betrachten, da eine Ferndistanzbetrachtung in einem beengten Raum benötigt wird, so ist ein kollimierter Strahl im Wesentlichen ohne Divergenz wünschenswert. Zu diesem Zweck sollte die parabolische Kurve des Reflektors relativ steil sein, wie oben angesprochen. Obgleich ein Bereich von Steilheiten akzeptabel ist, hat in einer Ausführungsform der parabolische Abschnitt des Reflektors, der sich von seiner Basis erstreckt, die folgende Gleichung auf der Basis des Kartesischen Koordinatensystems: $y = {(nFx)}^{1/2}$
wobei:

x die Distanz von der Basis des Reflektors ist;
y die Innenflächenposition des Reflektors ist;
F die Brennweite ist; und
n eine Konstante ist.

Obgleich F und n variieren können, liegt F in einer Ausführungsform im Bereich von etwa 13 mm bis etwa 19 mm, und n liegt im Bereich von etwa 3 bis etwa 5. Obgleich die genaue Gleichung eine Sache der Optimierung ist, wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn F etwa 15 bis etwa 16,5 mm ist und n etwa 4 ist. In einer konkreten Ausführungsform ist F 15,8 mm, und n ist etwa 4. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung, sofern nichts anderes ausgesagt wird, nicht durch diese Werte oder die oben erwähnte Gleichung beschränkt wird. Solche Reflektoren sind auf dem freien Markt zum Beispiel bei der Firma Opti-forms Inc. (Temecula, Kalifornien) zu beziehen.
Zusätzlich zum Optimieren der parabolischen Kurve sollte der Durchmesser des Reflektors für die Parameter der Anwendung optimiert werden. Zu solchen Parametern können zum Beispiel die Größe der Bildgabevorrichtung (d. h. der Reflektor muss hinreichend größer sein als die Bildgabevorrichtung, damit ein adäquater Betrag von kollimiertem Licht um die Bildgabevorrichtung herum gelenkt wird) und die Größe der abzubildenden Räumlichkeiten gehören. Oft können diese Parameter einander entgegenstehen. So kann zum Beispiel von einem optischen Standpunkt aus ein größerer Reflektor bevorzugt sein, doch ein kleiner Reflektor kann wünschenswert sein, um in einen beengten Raum, zum Beispiel kleine kommunale Rohrleitungen, zu passen. Daher ist die Auswahl der Reflektorgröße von der Anwendung abhängig.
In einer konkreten Anwendung für die Inspektion kommunaler Rohrleitungen haben die Anmelder festgestellt, dass ein Reflektor mit einem Durchmesser von etwa sechs Zoll [engl. six inches] ausreichend groß ist, um Licht um die Bildgabevorrichtung herum zu lenken, doch schmal genug, um in die meisten kommunalen Rohrleitungen zu passen (Rohre von acht Zoll [engl. eight inches] sind die üblicheren Rohrdurchmesser in der Industrie).
Der Reflektor kann jegliche bekannten Materialien zum Reflektieren von Licht umfassen, einschließlich beispielsweise polierte Metalle (zum Beispiel Nickel, Chrom, Edelstahl, Aluminium), reflektierende Polymere und Beschichtungen (zum Beispiel metallische und reflektierende Filme und Anstrichstoffe) und reflektierendes Glas (zum Beispiel Spiegel). Darüber hinaus kann der Reflektor ein Verbundmaterial sein, das ein Metallsubstrat für die Festigkeit und eine Beschichtung für das Reflexionsvermögen aufweist. In einer konkreten Ausführungsform umfasst der Reflektor ein gefrästes Aluminiumsubstrat, das mit aufgedampftem Nickel beschichtet ist.
In einer Ausführungsform ist der Reflektor auch splitterfest und widerstandsfähig. Zu diesem Zweck kann der Reflektor dafür ausgestaltet sein, der Energie von Stößen infolge des Anstoßens und Aneckens während des Einsatzes zu widerstehen oder sie zu absorbieren. In dieser Hinsicht ist eine Ausführungsform des Reflektors strukturell robust, um solchen Beanspruchungen zu widerstehen. In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt des Reflektors verformbar, um Energie von Stößen und Kollisionen zu absorbieren. In dieser letzteren Ausführungsform kann mindestens ein Abschnitt des Reflektors auch mit einem stoßabsorbierenden Material beschichtet sein, wie zum Beispiel einem elastischen polymeren Material.
Der Reflektor kann auch ausreichend robust sein, um strukturelle Tragfähigkeit für die anderen Komponenten des Bildgabekopfes zu bieten, einschließlich der Lampe und der Bildgabevorrichtung. Zum Beispiel kann es anstelle der Verwendung eines Gehäuses 105 zum Aufnehmen des Reflektors 101 und der Bildgabevorrichtung 103, wie in 1 gezeigt, bevorzugt sein, den Reflektor 501 als einen Abschnitt des Gehäuses zu verwenden, wie in 5 gezeigt. In dieser Ausführungsform umfasst das Bildgabesystem 500 einen Reflektor 501, der einen Abschnitt des Gehäuses bildet und mit einem integral ausgebildeten hinteren Abschnitt 510 an seiner Basis ausgestaltet ist, um Elektronik für die Lampe und gegebenenfalls Batterien und andere Elektronik, die in dem Bildgabesystem verwendet wird, aufzunehmen. Obgleich der hintere Abschnitt 510 in der in 5 gezeigten Ausführungsform integral mit dem Reflektor 501 ausgebildet ist, versteht es sich, dass auch andere Ausführungsformen möglich sind, einschließlich eines diskreten hinteren Abschnitts, der mechanisch in Eingriff genommen (zum Beispiel verschraubt), verschweißt oder auf sonstige Weise an der Basis des Reflektors 501 angebracht ist.
Der Reflektor in der Ausführungsform von 5 ist auch dafür ausgestaltet, einen vorderen Abschnitt 511 aufzunehmen, der die transparente vordere Fläche hält und die Bildgabevorrichtung (nicht gezeigt) umfasst. Wie der hintere Abschnitt 510, kann der vordere Abschnitt 511 integral mit dem Reflektor 501 ausgebildet sein oder kann mechanisch mit dem Reflektor 510 ein Eingriff gebracht (zum Beispiel verschraubt) sein, oder er kann verschweißt oder auf sonstige Weise an dem Reflektor 501 angebracht sein. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist der Reflektor 501 mit dem vorderen Abschnitt 511 verschraubt.
In einer Ausführungsform umfasst der Reflektor eine Gruppe von Reflektoren. Zum Beispiel ist in 17 ein Schaubild eines Querschnitts einer Mehrreflektor-Ausgestaltung 1700 gezeigt. Wie gezeigt, haben zwei oder mehr Parabolreflektoren 1701, 1702 eine Basis 1701b, 1702b, einen Brennpunkt 1701c, 1702c und eine Reflektorachse 1701a, 1702a, und die zwei oder mehr Parabolreflektoren definieren eine Reflektor-Hauptachse 1700a. Mindestens eine Lichtquelle 1705, 1706 ist nahe oder im Wesentlichen an dem Brennpunkt von jedem der zwei oder mehr Parabolreflektoren vor seiner Basis angeordnet ist und ist dafür ausgestaltet, Licht in Richtung eines jeden der zwei oder mehr Parabolreflektoren auszusenden, so dass jeder der zwei oder mehr Parabolreflektoren das Licht reflektiert, um einen Lichtstrahl 1710, 1711 auszusenden. In dieser Ausführungsform strahlt die mindestens eine Lichtquelle 1710, 1711 Licht im Wesentlichen senkrecht zu der Reflektorachse 1701a bzw. 1702a ab.
Eine Bildgabevorrichtung 1703 ist innerhalb der zwei oder mehr Parabolreflektoren angeordnet und umfasst eine Zoom-Linse (nicht gezeigt), die eine optische Achse 1704 im Wesentlichen in Übereinstimmung mit der Reflektor-Hauptachse 1700a aufweist. Die Bildgabevorrichtung ist dafür ausgestaltet, ein Sichtfeld entlang der optischen Achse vor der Bildgabevorrichtung abzubilden.
In einer Ausführungsform umfassen die zwei oder mehr Parabolreflektoren 1700 mehrere Parabolreflektoren 1701, 1702. Wie der Fachmann erkennt, ist die Reflektor-Hauptachse 1700a die Achse der Achsen 1701a der mehreren Parabolreflektoren.
In der Ausführungsform von 17 umfassen die mehreren Parabolreflektoren vier Parabolreflektoren. Dies ist in 18 zu sehen. In dieser Figur umfasst das System 1800 Reflektoren 1801, 1802, 1803 und 1804. In dieser konkreten Ausführungsform umfassen die vier Parabolreflektoren identische Quadranten. Es versteht sich jedoch, dass die Anzahl der Parabolreflektorkomponenten je nach Anwendung variieren kann, zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 usw. Wie unten beschrieben, kann durch Ausgestalten des Parabolreflektors als eine Gruppe von Reflektoren die Anzahl der Lichtquellen in der Vorrichtung erhöht werden, da jede Reflektorkomponente eine Lichtquelle umfasst.
Lichtquelle
Die Lichtquelle, die in dem Bildgabesystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient dazu, die Beleuchtungsquelle für die Bildgabevorrichtung 103 bereitzustellen. Geeignete Lichtquellen sind dem Fachmann vertraut; zu ihnen gehören zum Beispiel Halogenlichter, Glühlampen, Hochintensitäts-Entladungslampen, Gasentladungslampen (zum Beispiel Leuchtstofflampen) und Leuchtdioden (LEDs), um nur einige zu nennen. Allgemein, wenn auch nicht unbedingt, sind Lampen mit relativ kleinen Punkten der Lichterzeugung oder Entladung in Kombination mit dem Parabolreflektor effektiver.
In einer Ausführungsform ist die Lichtquelle oder Lampe eine Hochintensitäts-Entladungs (HID)-Lampe. Es ist festgestellt worden, dass solche Lampen besonders gut für Inspektionsanwendungen geeignet sind, da sie eine höhere Lumenabgabe pro Watt aufweisen. Die Minimierung des Stromverbrauchs ist von entscheidender Bedeutung für die Verringerung der Notwendigkeit von Zusatzleistung, den Einsatz von leichteren (dünneren) Stromkabeln, und auch für den Einsatz bordeigener Batterien. HID-Lampen weisen auch eine relativ hohe Farbtemperatur auf, was die Bildgabe bei schwachem Licht unterstützt, wie es bei der Rohr-Bildgabe zu finden ist. Geeignete HID-Lampen sind auf dem freien Markt erhältlich.
Es ist auch festgestellt worden, dass es der schmale Lichtbogen von HID-Lampen (zum Beispiel etwa 2 mm) ermöglicht, den Lichtbogen der Lampe optimal innerhalb des Reflektors so zu positionieren, dass die nach außen gerichtete Projektion des Lichts maximiert wird. Oder anders ausgedrückt: im Gegensatz zu traditionellen Lampen (zum Beispiel Glühwendel oder Gasentladungsröhre), bei denen der Lichtpunkt relativ groß ist, ist der Lichtbogen der HID sehr klein, im Wesentlichen ein sehr kleiner Lichtpunkt, der eine präzise Positionierung erlaubt. In einer Ausführungsform ist der Lichtbogen der Lampe im Wesentlichen am theoretischen Brennpunkt der Parabel des Reflektors positioniert, um die Reflexion des abgehenden Lichts zu optimieren. Andere Lampen, die relativ kleine Punkte der Lichterzeugung aufweisen, funktionieren auch gut in dem Bildgabesystem der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass zwar das Anordnen des Punktes der Lichterzeugung bei oder nahe dem Brennpunkt der Parabel im Allgemeinen bevorzugt ist, dass aber dieses Merkmal nicht für die Praktizierung der Erfindung notwendig ist, sofern nicht in den Ansprüchen etwas anderes ausgesagt wird.
In einer Ausführungsform ist die Lampe im Wesentlichen entlang der ersten Achse 108 an der Basis 101a montiert.
In einer Ausführungsform ist die Lampe dafür ausgestaltet, Licht radial anstatt durch ihre Oberseite auszusenden. Genauer gesagt, da die Bildgabevorrichtung 103 direkt vor der Lampe 102 angeordnet ist, muss alles Licht, das direkt zur Oberseite der Lampe 102 austritt, durch die Bildgabevorrichtung zurückreflektiert werden und dann durch den Reflektor 101 wieder nach vorn reflektiert werden. Diese Verbundreflexion kann durch Auswählen einer Lampe vereinfacht werden, die eine Reflexions- oder Milchglasfläche 102b an ihrer Oberseite aufweist, um sicherzustellen oder zu ermöglichen, dass das Licht radial aus der Lampe austritt. Alternativ können Lichtquellen wie zum Beispiel LEDs, die einen schmalen Strahl aufweisen, so angeordnet werden, dass sie Licht normal zu der ersten Achse abgeben. Auch Lampen mit einer solchen Ausgestaltung sind dem Fachmann bekannt und sind auf dem freien Markt erhältlich.
Wir wenden uns 7 zu, wo ein Bildgabesystem 700 gezeigt ist, bei dem ein Abschnitt des Gehäuses 705 abgenommen ist, um ein schematisches Strahldiagramm zu zeigen, bei dem Licht 750, das die Lichtquelle 702 verlässt, durch den Reflektor 701 reflektiert und kollimiert wird, um sich im Wesentlichen parallel zu der ersten und der zweiten in Übereinstimmung befindlichen Achse 108, 109 auszubreiten. Dieses Strahldiagramm veranschaulicht auch, wie Licht, das im Wesentlichen senkrecht zu den Achsen von der Lichtquelle ausgeht, die Bildgabevorrichtung 703 in einem beträchtlichen Umfang meidet. Ungeachtet dessen wird in einer Ausführungsform ein hinterer Abschnitt der Bildgabevorrichtung 703, der der Lichtquelle zugewandt ist, reflektierend ausgelegt, um alles Lichts zurück in den Reflektor zu reflektieren, so dass es aus der vorderen Fläche 706 austritt, wie gezeigt. In dieser Hinsicht kann eine reflektierende Beschichtung auch auf andere Komponenten in dem hinteren Abschnitt 720 des Gehäuses (zum Beispiel ein Vorschaltgerät) aufgebracht werden, um sicherzustellen, dass alle fehlgeleiteten Lichtstrahlen zu der vorderen Fläche 706 hinausreflektiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle eine LED-Lichtquelle. LEDs sind allgemein sehr effizient und bieten sich somit für drahtlose Anwendungen an, bei denen die Stromversorgung eine Batterie umfasst, die eine begrenzte Kapazität besitzt. Derzeit sind LEDs allgemein nicht so hell wie andere Lichtquellen, wie zum Beispiel eine HID, wie oben beschrieben. Da LEDs nicht so hell wie andere Lichtquellen sind, werden in einer Ausführungsform mehrere LEDs verwendet. Zum Beispiel hat in der Ausführungsform der 17 und 18 jede Parabolreflektorkomponente 1701 eine LED 1705. Wie oben beschrieben, ist in einer Ausführungsform eine LED entlang der Reflektorachse jeder Parabolreflektorkomponente angeordnet.
In der in den 17 und 18 gezeigten Ausführungsform weisen die LEDs eine Emissionsachse auf, zum Beispiel Achsen 1705a und 1706a für LEDs 1705 bzw. 1706. In dieser Ausführungsform sind die LEDs so angeordnet, dass ihre Emissionsachse im Wesentlichen senkrecht zu der Reflektorachse jeder Parabolreflektorkomponente verläuft. Eine solche Ausgestaltung besitzt dank der zweckmäßigen rechtwinkligen Konstruktion der Basis eine gute Herstellbarkeit. Zusätzlich vermeidet eine solche Ausgestaltung, dass ein großer Teil des Lichts direkt in die Rückseite der Bildgabevorrichtung 1703 gerichtet wird, wo es in den Reflektor zurückreflektiert und dann erneut nach vorn reflektiert werden muss, was die Effizienz verringert.
Bildgabevorrichtung
Die Funktion der Bildgabevorrichtung ist es, ein elektrisches Signal zu generieren und zu übertragen, das einem abzubildenden Bereich entspricht, und das im vorliegenden Text als das „Bildsignal“ bezeichnet wird. Die Bildgabevorrichtung 103 kann jede konventionelle oder zukünftig entwickelte Vorrichtung für die Abbildung eines Zielobjekts sein. Der Begriff „Bildgabe“ bezieht sich im weitesten Sinne auf die Charakterisierung oder Darstellung des Zielobjekts auf der Basis einer bestimmten Eigenschaft, wie zum Beispiel seine Tendenz, elektromagnetische Strahlung zu reflektieren oder zu absorbieren, sein thermisches Profil oder sein akustisches Profil. Vorrichtungen für die Bildgabe dieser Merkmale oder Eigenschaften sind bekannt und sind zum Beispiel Videokameras, Fotokameras, Digitalkameras, Infrarotdetektoren, Röntgenapparate, Laser, Mikrofone, Schall- oder Ultraschall-Messwertgeber, Radar und dergleichen.
In einer Ausführungsform stellt die Bildgabevorrichtung 103 ein Videobild des Zielbereichs bereit. Die Bildgabevorrichtung umfasst Bildgenerierungselektronik wie zum Beispiel ein Charge Coupled Device (CCD), einen Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS), oder eine digitale Megapixel-Kamera. Solche Bildgabevorrichtungen sind allgemein bekannt, und somit besteht keine Notwendigkeit, sie im vorliegenden Text im Detail zu besprechen. Wir wenden uns 8 zu. Das CCD erfasst elektronisch ein Bild des Videofeldes in einem analogen Format, und die analogen Informationen werden zu der Überwachungs/Digitalaufzeichnungsfunktionalität 210 des Unterstützungssystems 202 weitergeleitet. In einer Ausführungsform ist das CCD ein Niedriglux-CCD, das eine Empfindlichkeit von mindestens 2 Lux bei Blende 1,4 und des Weiteren in einer Ausführungsform von mindestens 1 Lux bei Blende 1,4 besitzt.
Ein wichtiger Aspekt der Bildgabevorrichtung ist das Zoomobjektiv 104, das eine oder mehrere Linsen umfasst, um eine Zoom-Funktionalität bereitzustellen. Im Sinne des vorliegenden Textes bezieht sich der Begriff „Zoomobjektiv“ auf eine mechanische Baugruppe aus einer oder mehreren Linsenelementen mit der Fähigkeit, ihre Brennweite (und somit den Sichtwinkel) zu variieren, im Gegensatz zu Festbrennweitenobjektiven. Im Sinne des vorliegenden Textes umfasst ein Zoomobjektiv sowohl eine Schärfenabgleichslinse, die eine ist, die den Brennpunkt beibehält, wenn sich ihre Brennweite ändert, als auch eine brennweitenveränderliche Linse, die eine ist, die den Brennpunkt während des Zoomens verliert. Das Zoomobjektiv besitzt inhärente optische Eigenschaften wie zum Beispiel Verzerrung, Brennweite und Sichtfeld, von denen einige für die Berechnung der Zielgröße verwendet werden, wie unten noch ausführlich beschrieben wird. Brauchbare Ergebnisse wurden mit einer Bildgabevorrichtung erzielt, die eine Brennweite von etwa 3 mm (Weitwinkel) bis etwa 150 mm (Tele) besitzt, besonders bevorzugt eine Brennweite von etwa 3,4 mm (Weitwinkel) bis 122,4 mm (Tele), ein horizontales Sichtfeld von etwa 1,0° (Tele) bis etwa 60° (Weitwinkel), besonders bevorzugt ein Sichtfeld von 1,7° (Tele) bis 57,8° (Weitwinkel), und eine Mindestarbeitsdistanz zum Ziel von 300 mm (Weitwinkel) bis 1500 mm (Tele).
Wie dem Fachmann bekannt ist, kann das Zoomobjektiv 104 Motoren umfassen, welche die Positionierung der verschiedenen einzelnen Linsen in Relation zueinander und in Relation zu der Bildgabevorrichtung 103 verändern, um verschiedene Schärfen und Vergrößerungskonfigurationen herbeizuführen. Diese Motoren sprechen auf ein Zoom-Signal von dem Unterstützungssystem an.
Die Zoom-Funktionalität 205 (8) ist in der Lage, ein relativ hohes Zoomverhältnis zu erreichen. Genauer gesagt, erfordern die vorgesehenen Anwendungen des Inspektionssystems der vorliegenden Erfindung gewöhnlich eine Panorama-artige Weitwinkelansicht für allgemeine Betrachtung und eine vergrößerte Ansicht für Details. Auch diese Funktionalität ist dem Fachmann allgemein bekannt und kann zum Beispiel optische Vergrößerung oder elektronische Vergrößerung unter Verwendung von Techniken wie zum Beispiel Pixelvergrößerung oder Interpolation umfassen. In einer Ausführungsform hat die Vergrößerung ein Zoomverhältnis von mindestens etwa 6:1, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mindestens etwa 12:1 und in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform mindestens etwa 50:1. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die Zoomverhältnis 216:1 und ist der Verbund aus einem optischen 18:1-Zoom und einem digitalen 12:1-Zoom. Es wird erwartet, dass sogar Superzoomverhältnisse verwendet werden können. Zum Beispiel ist derzeit eine Zoom-Funktionalität verfügbar, die ein Verhältnis von 432:1 aufweist (Verbund aus 32:1 optisch und 12:1 digital).
Der Bildgabekopf umfasst in einer Ausführungsform eine Autofokus-Funktionalität 206. Der Autofokus ist dem Fachmann ebenfalls bekannt. In einer Ausführungsform erlaubt der Bildgabekopf manuelles Fokussieren, wodurch der Nutzer den Brennpunkt steuern kann, wenn zum Beispiel der Autofokus auf das falsche Objekt scharfstellt oder das Ziel unter Hoch-Zoom-Bedingungen zu weit entfernt ist. In einer Ausführungsform umfassen die Fokus- und Zoom-Motoren Servo-Rückkopplungsmechanismen, die Informationen an einen Mikroprozessor übermitteln.
In einer Ausführungsform ermöglicht der Bildgabekopf dem Nutzer auch die manuelle Steuerung der Verschlussgeschwindigkeit durch die Verschlusssteuerungsfunktionalität 207 (8). Genauer gesagt, kann es in bestimmten Anwendungen, zum Beispiel unter schwachen Lichtverhältnissen, wünschenswert sein, dass der Nutzer die Belichtungszeit verlängert, um die Lichtmenge in dem Bild zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Verschlussgeschwindigkeit von einem typischen Zeitraum von etwa 1/50 Sekunde auf etwa 1/3 Sekunde verlängert werden.
Geeignete Bildgabeköpfe, welche die oben erwähnte Vergrößerung und Funktionalität besitzen, sind auf dem freien Markt zum Beispiel bei der Sony Company zu beziehen (zum Beispiel die Modelle Nr. FCB-IX47, FCB-EX1020, FCB-EX1020P und EX-1010).
In einer Ausführungsform sind die Bildgabevorrichtung und die oben erwähnte Funktionalität integral in einem Modul untergebracht, das schematisch als ein rechteckiges Gehäuse 110 in 1 gezeigt ist. Dieses Modul wiederum ist vor dem Reflektor 102 in einem Gehäuse 105 oder in einem vorderen Abschnitt 511 (5) so positioniert, dass die erste und die zweite Achse im Wesentlichen übereinstimmen. Zusätzlich ist in einer Ausführungsform die Rückseite des Modul 110 beschichtet oder auf sonstige Weise mit einem Reflektor ausgestaltet, so dass auftreffendes Licht nach hinten in den Parabolreflektor 101 und dann letztendlich an der Bildgabevorrichtung 103 vorbei und in das Sichtfeld hinein reflektiert wird.
Gehäuse
In der in 1 gezeigten Ausführungsform hat das Bildgabesystem 100 einen Rahmen oder ein Gehäuse 105, der bzw. das dazu dient, den Reflektor, die Lampe und die Bildgabevorrichtung aufzunehmen und zu schützen. Das Gehäuse 105 ist von dem Reflektor 101 getrennt. In dieser konkreten Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine zylindrische Hülse 105a (von der nur der Umriss gezeigt ist, um die inneren Komponenten freizulegen), welche die Bildgabevorrichtung 103, den Reflektor 101, die Lampe 102 und die optionalen Batterien 107 (unten besprochen) Inneren. Alternativ kann, wie in dem in 5 gezeigten Bildgabesystem 500 gezeigt, der Reflektor 501 als ein Abschnitt des Gehäuses 505 oder sogar als das gesamte Gehäuse fungieren. Die Verwendung des Reflektors für mindestens einen Abschnitt des Gehäuses bietet Vorteile im Hinblick auf das Design und die Einfachheit der Herstellung.
Das Gehäuse ist in einer Ausführungsform als ein robustes, spritzwassergeschütztes Gehäuse ausgestaltet. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse abgedichtet und wasserdicht, so dass es untergetaucht werden kann. Zu diesem Zweck kann es wünschenswert sein, in dem Gehäuse einen Überdruck entsprechend dem erwarteten hydrostatischen Druck zu erzeugen, um das Risiko des Eindringens von Wasser zu minimieren. Abschnitte des Gehäuses können auch mit stoßabsorbierenden Materialien, wie zum Beispiel elastischem Polymer, beschichtet sein, wie oben mit Bezug auf den Reflektor beschrieben wurde.
In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse 105 eine transparente vordere Fläche 106, durch welche die erste und die zweite Achse 108, 109 verlaufen. Die transparente vordere Fläche kann jedes bekannte robuste, transparente Material umfassen. In einer Ausführungsform ist das Material hart und widerstandsfähig und umfasst zum Beispiel Glas, Quarz oder polymere Materialien (zum Beispiel Acrylatpolymer), das auf dem freien Markt als Plexiglas® oder Lenox® erhältlich ist.
Ausrichtungsmechanismus der Bildgabevorrichtung
Wie oben erwähnt, ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die optische Achse (oder die zweite Achse 109) auf die Reflektorachse (oder die erste Achse 108) ausgerichtet ist. Die vorliegende Erfindung zieht eine Vielzahl von Möglichkeiten zum Ausrichten der Bildgabevorrichtung 103 in Betracht, so dass die zweite Achse 109 im Wesentlichen mit der ersten Achse 108 übereinstimmt. Zum Beispiel umfasst das Gehäuse in der in 1 gezeigten Ausführungsform eine transparente vordere Fläche 106, an der die Bildgabevorrichtung 103 angebracht ist. Genauer gesagt ist, wie in 1 gezeigt, auf der frei liegenden Seite der vorderen Fläche 106 eine Halterung 111 angeordnet, die ein oder mehrere Befestigungsmittel (nicht gezeigt) aufweist, die sich durch die Halterung hindurch und in das Zoomobjektiv 104 hinein erstrecken, um das Zoomobjektiv an der vorderen Fläche 106 zu befestigen. Alternativ kann der Bildgabekopf 103 durch Halterungen gestützt werden, die sich von dem Gehäuse oder von dem Reflektor radial einwärts erstrecken. (Die letztere Ausführungsform kann bevorzugt sein, falls der Reflektor als das Gehäuse verwendet wird.) Dem Fachmann fallen im Licht dieser Offenbarung noch weitere Verfahren ein, die Bildgabevorrichtung 103 so zu montieren, dass die erste und die zweite Achse übereinstimmen.
In einer Ausführungsform ist die Bildgabevorrichtung 103 so montiert, dass die Abweichung zwischen der relativen Position der Zoom-Linse 104 und dem Reflektor minimiert wird. Die Anmelder erkannten, dass es entscheidend ist, dass die Bildgabevorrichtung 103 relativ zu dem Reflektor exakt positioniert ist, da schon ein kleiner Grad an Abweichung bei hoher Vergrößerung eine enorme Auswirkung haben kann. Zum Beispiel entspricht ein einziges Grad Abweichung bei der Kameraposition 30 Zoll auf 150 Fuß [engl. 30 inches at 150 feet]. Um diese Abweichung zu vermeiden, haben die Anmelder herausgefunden, dass das Montieren der Bildgabevorrichtung 103 an dem Gehäuse in einer solchen Weise, dass sie über ihre Zoom-Linse 104 anstatt über ihr Modul 110 befestigt wird, vorteilhaft ist, da das Modul in der Regel aus nachgiebigem Material besteht, das sich während der Installation leicht verformt. Falls die Linse exakt relativ zu dem Gehäuse oder Reflektor ausgerichtet wird, so wird auch die Bildgabevorrichtung ausgerichtet, da die Bildgabevorrichtung optisch mit der Linse mit hoher Präzision gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform umfasst das System 100 einen Einstellmechanismus, damit die Bildgabevorrichtung 103 eingestellt werden kann, um die zweite Achse relativ zu der ersten Achse zu bewegen und dadurch Herstellungstoleranzen und Anomalien in den verschiedenen Komponenten auszugleichen. Wie oben angesprochen, ist es wichtig, dass die erste und die zweite Achse übereinstimmen. Obgleich dies größtenteils durch exaktes Montieren der Bildgabevorrichtung 103 relativ zu dem Reflektor 101 bewerkstelligt werden kann, wie oben angesprochen, wird in einer Ausführungsform ein Einstellmechanismus verwendet, um die Ausrichtung dieser Achsen abzustimmen.
Der Einstellmechanismus kann jede bekannte Vorrichtung sein, die eine relative Bewegung zwischen verschiedenen Komponenten entlang mindestens einer Achse erlaubt. Zu geeigneten Mechanismen gehören zum Beispiel Stellschrauben, Drehgelenke, Kugelkopfanordnungen, Scharniere, Schwenkvorrichtungen, Zapfen, Kardanaufhängungen, Drehtürme, Nocken und Kombinationen solcher Mechanismen.
Obgleich sich die Mittel zum Einstellen der ersten Achse auf die zweite Achse voneinander unterscheiden können und viele Herangehensweisen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung möglich sind, umfasst der Justiermechanismus in einer Ausführungsform ein Einstellelement. Eine Bewegung des Einstellelements bewirkt, dass sich die Linse 104 relativ zu dem Reflektor 101 bewegt. Zum Beispiel kann das Einstellelement ein Gewindeelement sein, das zwischen der Linse und einem zusammenwirkenden Element, das an dem Gehäuse (oder einer anderen strukturellen Komponente, die nicht mit der Linse verbunden ist) angebracht ist, wirkverbunden ist. Durch Drehen des Einstellelements veranlasst ein Schraubenmechanismus, dass sich die Linse relativ zu dem zusammenwirkenden Element bewegt, wodurch die Linse relativ zu dem Reflektor bewegt wird. Ein solches Einstellelement kann verschiedene Formen annehmen, und es kann manuell oder mechanisiert sein (zum Beispiel motorbetrieben, Solenoid, magnetisch usw.).
Zum Beispiel umfasst der Einstellmechanismus 200 in der in 2 gezeigten Ausführungsform eine Halterung 211, zwei oder mehr Einstellelemente 201 entlang des Umfangsrandes der Halterungen, und eine nachgiebige Dichtung (nicht gezeigt) zwischen der Halterung 211 und der Linse 104. In dieser Ausführungsform sind die Einstellelemente Einstellschrauben oder -bolzen 201a, und das zusammenwirkende Element ist die Halterung 211. Die Einstellschrauben werden so festgezogen, dass die Linse 104 in Richtung der Halterung 211 und entgegen der nachgiebigen Dichtung gezogen wird. Weil sich die nachgiebige Dichtung verformen kann, ist der Winkel der Linse 104 relativ zu der Halterung eine Funktion der relativen mechanischen Spannung zwischen den verschiedenen Einstellschrauben 201. Oder anders ausgedrückt: die zweite Achse der Linse 104 kann eingestellt werden, indem die verschiedenen Einstellschrauben differenziell festgezogen werden. Sobald die Linse 104 so ausgerichtet ist, dass ihre Achse mit der ersten Achse übereinstimmt, werden mehrere Stellbefestigungsmittel 202, die in dieser Ausführungsform Stellschrauben 202a sind, durch die Halterung 211 geschraubt, dergestalt, dass sie gegen die Linse 104 drücken. Auf diese Weise stehen die Einstellschrauben 201a unter mechanischer Spannung, und die Stellschrauben 202a stehen unter Druck, wodurch die Linse 104 relativ zu der Halterung 211 (und somit relativ zu dem Gehäuse oder dem Reflektor) stabilisiert wird.
Zusätzlich zu, oder als eine Alternative zu, dem Einstellmechanismus 200 ist in den 3 und 4 ein zweiter Einstellmechanismus 300 gezeigt. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen ein Schwenk-und-Kipp-Mechanismus, der es der Linse erlaubt, um eine vertikale Achse zu schwenken und nach oben und nach unten zu kippen. Solche Schwenk-und-Kipp-Mechanismen sind allgemein bekannt und in verschiedenen Ausgestaltungen erhältlich. Genauer gesagt, zeigt 4 Motoren 401 und 402, die senkrecht zueinander positioniert sind, um die Bildgabevorrichtung in zwei Achsen relativ zu dem Reflektor zu bewegen. Genauer gesagt, ist in dieser konkreten Ausführungsform eine Halterung 404 entweder an dem Gehäuse oder dem Reflektor 101 angebracht. In dieser Ausführungsform ist die Halterung 404 an dem Gehäuse 105 angebracht. Von der Halterung 404 erstreckt sich eine Achswelle 403, mit der die Motoren 401 und 402 wirkverbunden sind. Genauer gesagt, umfasst der Motor 401 eine Schnittstelle 405, die mit der Achswelle 403 im Eingriff steht, dergestalt, dass, wenn der Motor 401 die Schnittstelle 405 dreht, die Rückseite 103a der Bildgabevorrichtung 103 sich vertikal bewegt, so wie die Vorrichtung in 4 gezeigt ist. Gleichermaßen umfasst der Motor 402 eine ähnliche Schnittstelle (nicht gezeigt) wie die Schnittstelle 405, die ebenfalls mit der Achswelle 403 im Eingriff steht, so dass, wenn der Motor 402 seine Schnittstelle dreht, die Rückseite 103a der Bildgabevorrichtung 103 horizontal bewegt wird, so wie die Vorrichtung in 4 gezeigt ist.
Ein weiterer Einstellmechanismus umfasst einen einzelnen Motor, der mit einem Nocken oder einer Versatzkupplung kombiniert ist. Zum Beispiel ist, wie in 6 zu sehen, ein Schaubild einer Ausführungsform eines einstellbaren Mittels 600 gezeigt. Wie gezeigt, sind die Bildgabevorrichtung und die Linse in einem Modul 601 aufgenommen. Das vordere Ende 601a des Moduls ist an der vorderen Fläche 612 mit einer Halterung 613 montiert und wird mit mehreren Befestigungsmitteln 615 an seinem Platz gehalten. Wie oben beschrieben, ist eine nachgiebige Dichtung 618 zwischen dem Modul 601 und der vorderen Fläche 612 so angeordnet, dass eine geringfügige Bewegung des Moduls 601 relativ zu der vorderen Fläche 612 möglich ist. (In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, dass die Befestigungsmittel 615 nicht übermäßig festgezogen werden.) Obgleich in dieser Ausführungsform eine nachgiebige Dichtung verwendet wird, versteht es sich, dass auch andere Mittel zum einstellbaren Verbinden des Moduls 601 mit der vorderen Fläche werden verwendet können, wie zum Beispiel eine Schwenkvorrichtung oder eine kardanische Halterung, die genug Spiel besitzt, um es der Baugruppe 601 zu erlauben, sich um die erste Achse 108 zu bewegen. Ein Motor 603 ist in dem Gehäuse in der Rückseite der Baugruppe 601 angeordnet. Der Motor ist an einer Versatzkupplung 610 angebracht, die eine Welle 604 aufweist, die von der zweiten Achse 110 der Linsenanordnung versetzt ist. Die Welle 604 ist mit dem hinteren Ende 601b der Baugruppe 601 verbunden. Wenn sich der Motor dreht, so versetzt die Versatzkupplung die Rückseite des Moduls in eine Oszillationsbewegung. Da der Betrag der erforderlichen Bewegung des Moduls sehr klein ist, kann ein Schrittmotor oder irgend eine Art von Getriebeuntersetzung oder ein ähnlicher Mechanismus wünschenswert sein, so dass sich das Modul in Reaktion auf die Motordrehung langsam bewegt. Andere Ausführungsformen zum Bewegen des Moduls 601 fallen dem Fachmann im Licht dieser Offenbarung ein. Anstatt zum Beispiel eine Versatzkupplung zwischen der Motorwelle und der Baugruppe 601 zu verwenden, kann ein Nockenmechanismus verwendet werden.
Noch andere Mittel zum Einstellen der Bildgabevorrichtung relativ zu dem Reflektor fallen dem Fachmann im Licht dieser Offenbarung ein. Darüber hinaus versteht es sich, dass die oben beschriebenen Einstellmechanismen gemischt und aufeinander abgestimmt werden können oder kombiniert werden können, um Verbundmittel zum Einstellen der zweiten Achse zu bilden. Darüber hinaus ist zwar der Einstellmechanismus im vorliegenden Text mit Bezug auf das Bewegen der Bildgabevorrichtung 103 gezeigt und beschrieben, doch es versteht sich, dass die erste und die zweite Achse auch durch Einstellen des Reflektors 101 relativ zu der Bildgabevorrichtung 103 relativ zueinander bewegt werden können. In dieser Hinsicht könnten die gleichen Mechanismen, die zum Einstellen der Linse 104 verwendet werden, statt dessen auf den Reflektor 101 angewendet werden, um die erste Achse einzustellen. In einer weiteren Ausführungsform sind sowohl die Bildgabevorrichtung 103 als auch der Reflektor 101 unabhängig einstellbar.
Der Vorteil der Ausführungsform des Verwendens eines oder mehrerer Motoren zum Einstellen der Bildgabeanordnung, wie in den 3, 4 und 6 gezeigt, ist, dass der Einstellmechanismus vor Ort betätigt werden kann, während das Bildgabesystem verwendet wird. Die Bewegung der Motoren kann manuell oder automatisch gesteuert werden. Genauer gesagt, können die Motoren durch eine Bedienersteuerungsvorrichtung gesteuert werden, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist. Alternativ kann der Einstellmechanismus automatisch durch einen oder mehrere Prozessoren gesteuert werden, die dafür ausgestaltet sind, die Leuchtdichte eines Bildes, das durch die Bildgabevorrichtung generiert wird, zu bestimmen und ein Signal zu senden, den Einstellmechanismus zu betätigen, bis die Leuchtdichte maximiert ist. In einer solchen Ausführungsform kann es bevorzugt sein, den oder die Prozessoren so auszugestalten, dass sie das automatische Einstellmerkmal nur initiieren, nachdem ein Signal von dem Bediener erhalten wurde, um eine Situation zu vermeiden, in der die Bildgabevorrichtung scharfzustellen versucht, während der Einstellmechanismus betätigt wird.
Lampeneinstellmechanismus
Wir wenden uns den 13A und 13B zu, wo eine quergeschnittene Ansicht und eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Bildgabekopfes 1300 der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Genauer gesagt, ähnelt der Bildgabekopf 1300 in vielerlei Hinsicht der in 5 gezeigten Ausführungsform. Der Bildgabekopf 1300 umfasst einen Parabolreflektor 1303, der ein integraler Teil des Gehäuses 1301 ist. In dieser konkreten Ausführungsform umfasst das Gehäuse den Parabolreflektor 1303 in Kombination mit einer zylindrischen Gehäusekomponente 1308. Wie in der Ausführungsform von 5, umfasst auch diese Ausführungsform eine transparente Fläche 1304, an der die Bildgabevorrichtung 1302 angebracht ist. Wie die Ausführungsform in 5, umfasst diese Ausführungsform einen Bildgabevorrichtungs-Ausrichtungsmechanismus 1305, der wie oben beschrieben arbeiten kann. Eine Linse 1309 schützt die Bildgabevorrichtung 1302 vor der Umgebung.
In der Ausführungsform der 13A und 13B ist die Lampe 1306 in einer Lampenanordnung 1320 angebracht. Die Lampenanordnung 1320 stellt nicht nur die Elektronik zum Ansteuern oder Betreiben der Lampe 1306 bereit, wie zum Beispiel das Vorschaltgerät 1307, sondern stellt auch einen Ausrichtungsmechanismus bereit, um sicherzustellen, dass die Lampe 1306 exakt in dem Parabolreflektor 1303 ausgerichtet ist, um die Leistung zu optimieren. Das heißt, die Anmelder haben entdeckt, dass Herstellungsabweichungen in der Lampe 1306 Auswirkungen auf die Lampenform und die Position des Lichtabgabepunktes 1306a innerhalb der Lampe 1306 haben. Diese Abweichungen sind erheblich genug, dass die Lampen beträchtliche Leistungsunterschiede für eine gegebene Reflektorkonfiguration haben, wenn nicht angepasst [engl. is not adjusted]. Zum Beispiel kann eine Lampe bestens innerhalb eines Parabolreflektor funktionieren und ein konzentriertes und helles Lichtmuster erzeugen, aber eine andere Lampe in demselben Reflektor kann ein diffuses Lichtmuster haben, das nicht in der Lage ist, sich über eine lange Distanz in die Tiefe eines Rohres auszubreiten. Daher erkannten die Anmelder die Notwendigkeit, jede Lampe 1306 für eine optimale Leistung in dem Parabolreflektor 1303 „abzustimmen“.
Die Anmelder erkannten auch, dass das Abstimmen jeder Lampe 1306 vor Ort in jedem Kopf 1300 unpraktisch ist. Da die Lebensdauer der Lampe 1306 verglichen mit dem Rest des Systems begrenzt ist, ist ein Auswechseln der Lampe unvermeidlich. Es ist aber unrealistisch zu erwarten, dass jede Lampe am Einsatzort für einen bestimmten Reflektor abgestimmt werden könnte, da dafür Fertigkeiten und Werkzeuge erforderlich sind. Andererseits ist es für einen Nutzer aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, jedes Mal ein Gerät zurück ans Werk zu schicken, wenn eine Lampe ausgewechselt werden muss. Eine Reparatur am Einsatzort ist eine praktische N otwendigkei t.
Anstatt jede Lampe vor Ort abzustimmen, haben die Anmelder eine Lampenanordnung 1320 entwickelt. Die Lampenanordnung ist eine modulare Einheit, welche die Abweichungen bei der Herstellung der Lampe 1306 kompensieren kann, so dass, wenn die Lampenanordnung 1320 an dem Gehäuse 1301 angebracht ist, die Position des Lichtabgabepunktes 1306a in der Lampe 1306 eine exakte Position relativ zu dem Parabolreflektor 1303 aufweist.
Wir wenden uns den 14A und 14B zu. Eine Ausführungsform der Lampenanordnung 1320 umfasst die Lampe 1306 und das Vorschaltgerät 1307, das die richtige elektrische Schnittstelle 1410 hat. Das Vorschaltgerät 1307 wird durch eine erste Halterung gehalten, die in dieser konkreten Ausführungsform ein Vorschaltgerätehalter 1402 ist. Der Vorschaltgerätehalter 1402 (und das Vorschaltgerät 1307 und die Lampe 1306, die er umfasst) wird relativ zu dem Reflektor 1303 durch eine zweite Halterung befestigt, die in dieser konkreten Ausführungsform die Basis 1403 ist.
Die Position des Vorschaltgerätehalters 1402 kann relativ zu der Basis 1403 eingestellt werden. Genauer gesagt, ermöglichen eine Reihe erster Einstellschrauben 1405 ein Einstellen des Vorschaltgerätehalters 1402 unabhängig von der Basis 1403. Eine Reihe von Stellschrauben 1404 sichern die Position des Vorschaltgerätehalters 1402 relativ zu der Basis 1403, sobald die richtige relative Position zwischen beiden hergestellt ist.
Wir wenden uns 15 zu, wo eine quergeschnittene, vergrößerte Ansicht der mechanischen Verbindung zwischen der Lampenanordnung 1320 und einem Schnittstellenabschnitt 1550 des Gehäuses 1301 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform umfasst der Schnittstellenabschnitt 1550 Bolzenlöcher 1510 und eine Ausrichtfläche 1511. Der Schnittstellenabschnitt 1550 ist in dieser Ausführungsform integral mit der Basis des Reflektors 1303.
Wie in 15 gezeigt, umfasst die gegenseitige mechanische Eingriffnahme eine Vielzahl zweiter Einstellschrauben 1501, die auf und ab bewegt werden können, um die relative Position der Basis (und somit des Vorschaltgerätehalters und seines Inhalts) relativ zu dem Gehäuse 1301 einzustellen. Sobald eine gewünschte Position erhalten wurde, werden die Stellschrauben 1502 an ihren Platz geschraubt, um die relative Position der Basis zu dem Gehäuse 1303 zu halten.
Aus dieser Beschreibung wird ersichtlich, dass es im Wesentlichen zwei Punkte für das Einstellen der Lampe 1306 (und insbesondere des Lichtabgabepunktes 1306a) mit Bezug auf den Parabolreflektor 1303 gibt. Zum einen gibt es ein Einstellen der Lampe relativ zu der Basis 1403 über die Justierschrauben 1405, und zum anderen gibt es das Einstellen der Basis 1403 relativ zu dem Gehäuse 1300 über die Einstellschrauben 1501.
Anstatt die ersten Einstellschrauben 1405 in dem Vorschaltgerätehalter 1402 und die zweiten Einstellschrauben 1501 der Basis am Einsatzort einzustellen, wo die Möglichkeit des Messens der Lichtabgabe und des Lichtmusters eingeschränkt und umständlich sein kann, haben die Anmelder ein System zur Voreinstellung ersonnen, das die Notwendigkeit für ein Abstimmen am Einsatzort vermeidet. Genauer gesagt, werden die Einstellschrauben 1405 und 1501 auf eine Werkseinstellung gebracht, wo die Lichtabgabe der Lampe 1306 in dem Parabolreflektor 1301 optimiert werden kann. Dies kann ausgeführt werden, da die Schnittstelle 1550 für die Lampenanordnung 1320 an der Basis des Reflektors relativ zu dem Reflektor in hohem Maße wiederholbar und präzise ist (d. h. die Bolzenlöcher 1510 und die Ausrichtfläche 1511 können mit großer Präzision und Genauigkeit bearbeitet werden). Sobald also die Lampenanordnung 1320 für eine gegebene Lampe 1306, die einen einzigartigen Lichtabgabepunkt 1306a aufweist, ausgerichtet und optimiert ist, kann die Lampenanordnung 1320 in jedem Gehäuses 1301 platziert werden und im Wesentlichen die gleiche optimierte Abgabe erreichen.
In einer Ausführungsform umfasst der Prozess des Einstellens der Lampenanordnung 1320 zuerst die Herstellung der axialen Position der Lampe 1306 relativ zu dem Parabolreflektor 1303. Dies erfolgt durch Anordnen der Basis 1403 an einer Schnittstelle 1550 (oder einer Attrappe einer Schnittstelle zum Zweck des Ausführens der Kalibrierung) und Hinein- und Herausbewegen von Einstellschrauben 1501 relativ zu dem Parabolreflektor 1303 (oder einer Reflektorattrappe). Sobald das durch den Parabolreflektor 1303 projizierte Lichtmuster ein Minimum erreicht, werden Stellschrauben 1502 verwendet, um die axiale Position der Lampenanordnung 1320 relativ zu dem Parabolreflektor 1303 zu sichern. Es versteht sich, dass, da der Reflektor parabolisch ist, das von ihm ausgesendete Lichtmuster ein Minimum hat. An diesem Punkt wird durch Heraus- oder Hineinbewegen des Lichtabgabepunktes 1306A eine Verbreiterung des Lichtmusters bewirkt.
Sobald die axiale Position der Lampenanordnung 1320 hergestellt wurde, werden die Einstellschrauben 1405 verwendet, um die radiale Position des Lichtabgabepunktes 1306A innerhalb des Parabolreflektors 1303 zu verändern. Zu diesem Zweck werden die mehreren Einstellschrauben 1405 gedreht, bis der relativ helle Lichtpunkt in dem Lichtmuster in der Mitte des Lichtmusters liegt. Dieser relativ helle Punkt entspricht dem Lichtabgabepunkt 1306A. Sobald der relativ helle Laserpunkt in dem Muster zentriert ist, werden die Stellschrauben 1404 an ihren Platz gedreht, um das Vorschaltgerätehalter 1402 relativ zu der Basis 1403 zu sichern. An diesem Punkt kann die Basis von der Schnittstelle abgeschraubt werden, indem die Stellschrauben 1502 herausgedreht (aber die Einstellschrauben 1501 an ihrem Platz belassen) werden, woraufhin die Lampenanordnung 1320 in einem anderen Gehäuse platziert werden kann, das die Ausrichtfläche 1511 und die Bolzenlöcher 1510 aufweist, um die Stellschrauben und die Einstellschrauben aufzunehmen, wodurch eine einfache Installation am Einsatzort möglich ist. Um sicherzustellen, dass die Einstellschrauben 1405 und 1501 an ihrem Platz bleiben, es ist bevorzugt, einen Gewindeversiegeler (zum Beispiel LockTight®) oder ein ähnliches Produkt in die Gewindegänge zu drücken, um sicherzustellen, dass keine Relativbewegung der Einstellschrauben stattfindet.
Es versteht sich, dass die Lampenanordnung 1320 lediglich eine Ausführungsform ist und dass auch andere Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung möglich sind, um die Lampe 1306 und insbesondere den Lichtabgabepunkt 1306A innerhalb des Parabolreflektors 1303 einzustellen, um die Lichtabgabe zu maximieren.
Stromversorgung
Wie oben erwähnt, wird der Strombedarf verringert, da die Vorrichtung Licht effizient nutzt. Diese Energieeinsparung kann dazu führen, dass ein dünneres Stromkabel verwendet werden kann, oder dass lokaler Batteriestrom anstelle einer räumlich abgesetzten Stromversorgung verwendet werden kann. In einer Ausführungsform ermöglicht der verringerte Strombedarf die Verwendung einer oder mehrerer Batterien 107, wie in 1 gezeigt. Die Batterien 107 können verwendet werden, um die Lampe 102 und die Bildgabevorrichtung 103 zu betreiben, so dass kein Stromkabel benötigt wird. In einer solchen Ausführungsform braucht der Strom nicht mehr durch ein langes Kabel geführt zu werden, so dass Energieverluste aufgrund von Spannungsabfall entlang des Kabels vermieden werden und die Effizienz des Systems weiter verbessert wird. Die Energieeinsparungen führen daher in synergistischer Weise zu einer Reduzierung des Gewichts der Vorrichtung, einer Verbesserung seiner Manövrierbarkeit und einer Vereinfachung seiner Herstellung. In einer Ausführungsform sind die Batterien 107 wiederaufladbar, so dass die Vorrichtung zwischen den Einsätzen an ein Ladegerät angeschlossen werden kann, wodurch die Notwendigkeit entfällt, die Batterien 107 auszuwechseln. Es versteht sich, dass das Bildgabesystem dank der vorliegenden Erfindung zwar für einen Batteriebetrieb geeignet ist, dass aber der Strom immer noch räumlich abgesetzt von einer unabhängigen Quelle bezogen werden kann.
Zweite Bildgabevorrichtung
In einer Ausführungsform kann es bevorzugt sein, eine Weitwinkelkamera zum Filmen von in der Nähe befindlichen Objekten mit einer Panorama-Ansicht zu verwenden. Dementsprechend kann die zweite Bildgabevorrichtung ein Kurzsichtfeld-Linsenanordnung und ein oder mehrere LED-Lichter zum Ausleuchten des Feldes um die zweite Kamera umfassen. Zum Beispiel ist, wie in 16 zu sehen, eine zweite Bildgabevorrichtung 1600 am rückwärts gewandten Ende des Bildgabesystems 1601 gezeigt. Diese konkrete Ausführungsform der zweiten Bildgabevorrichtung 1600 umfasst eine Weitwinkel-Linsenanordnung 1602 und ein Array 1603 von LEDs, die die Linsenanordnung 1602 kreisförmig umgeben, um die nötige Beleuchtung bereitzustellen.
Positionierungs- und Unterstützungssysteme
Wie oben erwähnt, kann das Bildgabesystem der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, einschließlich beispielsweise Rohrinspektion, Kinematografie, sowie Filmen oder Überwachung über große Entfernungen, wie zum Beispiel aus einem Hubschrauber. Zu veranschaulichenden Zwecken wird das Bildgabesystem der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf eine Rohrinspektion betrachtet. Das System eignet sich besonders gut für diese Anwendung, da das Bildgabesystem in existierende Systeme nachgerüstet werden kann, wie zum Beispiel die QuickView®-Vorrichtungen, die von der Firma Envirosight LLC bezogen werden können und die im US-Patent Nr. 7,480,041 beschrieben sind. Genauer gesagt, kann das im vorliegenden Text beschriebene Bildgabesystem an die Stelle des Bildgabekopfes gesetzt werden, der in dem Patent '041 beschrieben ist. Dementsprechend wird die Beschreibung des Unterstützungssystems, des Positionierungssystems und des Messsystem in dem Patent '041 hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. Der Einfachheit halber werden Abschnitte dieser Offenbarung im vorliegenden Text wiederholt, wobei die Figurennummern und Bezugszeichen so modifiziert wurden, dass sie der vorliegenden Anmeldung entsprechen.
Wir wenden uns 8 zu. Das Unterstützungssystem 802 ist ein transportables System und hat den Zweck, die Funktionalität des Bildgabekopfes 801 zu unterstützen. Die Unterstützung der Funktionalität des Bildgabekopfes erfordert es, den Bildgabekopf mit Strom die Steuersignalen zu versorgen. Zu diesem Zweck umfasst ein bevorzugtes Unterstützungssystem eine Stromversorgung 809, eine Bedienersteuerung 811 und eine Überwachungs-/Aufzeichnungsfunktionalität 810.
In einer Ausführungsform sind die Stromversorgung und die Bedienersteuerung an einem Gürtel 19 montiert, wie in 10 gezeigt, der dafür ausgelegt ist, vom Nutzer getragen zu werden. Alternativ kann eine Weste verwendet werden. Die Stromversorgung 809 liefert Strom zu dem Bildgabekopf und zu anderen Komponenten des Unterstützungssystems, die Strom benötigen. In einer Ausführungsform wird der Strom durch eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien bereitgestellt, die abnehmbar an dem Gürtel 1019 montiert sind, wie in 10 gezeigt. Angesichts des Gewichts von Batterien, insbesondere Nasszellen, kann es unter einigen Umständen bevorzugt sein, eine oder mehrere Batterien während des Betriebes des Inspektionssystems auf dem Boden abzustellen. Obgleich wiederaufladbare Gürtel-montierte Batterien bevorzugt sind, kann Strom auch durch andere konventionelle Mittel wie zum Beispiel einen transportablen Generator bereitgestellt werden. Außerdem versteht sich es, dass in der Ausführungsform von 12 das Bildgabesystem lokale Batterien umfasst, wodurch die Notwendigkeit der Stromversorgung des Bildgabekopfes beseitigt wird.
In einer Ausführungsform wird die Bedienersteuerung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Bildgabevorrichtung sowie der anderen Funktionen, wie zum Beispiel Vergrößerung, manuelle Scharfstellung und Verschlussgeschwindigkeit, und der Lichter verwendet. In einer Ausführungsform ist diese Steuerungsfunktionalität in einem einzelnen Gehäuse integriert, wie in den 9(A) und 9(B) gezeigt. Dieses Gehäuse ist dafür ausgelegt, an dem Gürtel 1019 montiert zu werden, wie in 10 gezeigt.
Wie gezeigt, umfasst die Bedienersteuerung 918 Bedienelemente für Strom, Zoom, Fokus und Beleuchtung, und einen Monitor zum Überwachen der Batterielebensdauer. Genauer gesagt, wird der Strom zu dem Bildgabekopf durch den Schalter 902 gesteuert, und eine Reihe von LEDs 904 werden zum Übermitteln eines Hinweises auf die Batterielebensdauer verwendet.
In einer Ausführungsform wird ein einzelner Joystick 901 bereitgestellt, um sowohl die Vergrößerung als auch den manuellen Fokus zu steuern. Genauer gesagt, kann der Joystick entlang senkrechter x- und y-Achsen betätigt werden, so dass eine Bewegung entlang der einen Achse den Zoom steuert, während eine Bewegung entlang der anderen den Fokus steuert. Wie in 9(A) gezeigt, steuert eine Bewegung entlang der x-Achse in einer Ausführungsform den Fokus, während eine Bewegung entlang der y-Achse in einer Ausführungsform den Zoom steuert. In einer Ausführungsform kann der Joystick 901 senkrecht zu den x- und y-Achsen betätigt werden, um den Bildgabekopf zwischen Auto- und manuellem Fokus umzuschalten. Dies erlaubt es dem Nutzer, einfach auf den Joystick zu drücken, um zwischen den Funktionen umzuschalten.
In einer Ausführungsform umfasst die Bedienersteuerung auch einen Schalter 905 zum Steuern der Lichtempfindlichkeit der Bildgabevorrichtung. Dies ist ein bekanntes Merkmal (siehe die oben erwähnte Verschlusssteuerungsfunktionalität 807), das es der Bildgabevorrichtung erlaubt, ein Ziel im Fall schlechter oder schattiger Lichtverhältnisse abzubilden.
9B ist die andere Seitenansicht der Bedienersteuerung und zeigt den Stromanschluss 908 zur Stromversorgung der verschiedenen Steuerungsfunktionen, einen Eingang 909 für das Videosignal von dem Bildgabekopf und einen Videoausgang 910 zu dem Monitor, Rekorder oder Framegrabber (unten beschrieben).
Die Bedienersteuerung umfasst eine Platine, die mit den verschiedenen Steuerungsfunktionen verbunden ist und Befehle an den Bildgabekopf sendet und Bestätigungen von dem Bildgabekopf empfängt. In einer Ausführungsform umfasst die Platine einen programmierbaren Controller (IC1A). Der programmierbare Controller stellt eine konfigurierbare Steuerungsfunktionalität bereit, wo die Funktion der oben beschriebenen Schalter durch eine einfache Software- oder Firmware-Änderung reausgestaltet werden kann. Obgleich die Steuerungsfunktionalität direkt mit dem Bildgabekopf festverdrahtet sein kann, wird das Verbinden des Bildgabekopfes durch eine Platine, die einen programmierbaren Controller aufweist, vom Standpunkt der Flexibilität bevorzugt. Zusätzlich kann die Kommunikationsverbindung zwischen der Steuerungsfunktionalität und dem Bildgabekopf metallisch oder drahtlos sein.
Wir kehren zu 8 zurück. Die Ausgabevorrichtung 810 umfasst in einer Ausführungsform einen Monitor, der es dem Nutzer erlaubt, die durch den Bildgabekopf übertragenen Bilder in Echtzeit zu betrachten. Eine solche Funktion ist ganz besonders bevorzugt, da sie dem Nutzer eine Rückmeldung gibt, wenn er den Bildgabekopf positioniert. Überwachungsvorrichtungen sind dem Fachmann allgemein bekannt. In einer Ausführungsform hat der Bildgabekopf ein geringes Gewicht und wird so gestützt, dass es dem Nutzer möglich ist, ihn problemlos zu sehen, während er das Positionierungssystem bedient. In einer Ausführungsform trägt der Nutzer den Monitor um den Hals. In einer in 11 gezeigten Ausführungsform ist der Monitor in einem Beutel 1129 oder einer ähnlichen Vorrichtung enthalten, um ihn vor der Sonne abzuschirmen, um die Sichtbarkeit zu verbessern und Blendeffekte zu verringern. Zum Beispiel kann die Überwachungs- und Aufzeichnungsfunktionalität in einem Beutel 1129, wie in 11 gezeigt, untergebracht werden, der dafür ausgelegt ist, dass der Nutzer ihn über der Schulter oder um den Hals trägt. Der Beutel 1129 hat in einer Ausführungsform eine mittels Klettverschluss zu verschließende Klappe 1133 und ist dafür ausgestaltet, eine Aufzeichnungsvorrichtung 1131 und einen Monitor 1132 (in Strichlinien gezeigt) aufzunehmen.
In einer Ausführungsform umfasst die Ausgabevorrichtung 810 eine Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen eines oder mehrerer Bilder zur späteren Auswertung. In einer Ausführungsform ist die Aufzeichnungsvorrichtung ein digitaler Framegrabber. Der Framegrabber ist dafür ausgelegt, ein analoges Signal in ein digitales Bild umzuwandeln und das Bild bequem auf einem computerlesbaren Medium wie zum Beispiel einer Disk zu speichern. Die Bilder können Standbilder oder Videobilder sein. Bilder können zum Beispiel als JPEG oder in einem Bitmap-Format gespeichert werden, das sich problemlos überall auf der Welt über konventionelle Telekommunikationsverbindungen ohne Auflösungseinbußen übertragen lässt. Es ist festgestellt worden, dass die Herstellung von Bildern in einer solchen problemlos übertragbaren Form anderen Personen, die nicht vor Ort anwesende sein müssen, die Gelegenheit gibt, die Bilder zu analysieren und zu bestimmen, ob ein invasives Verfahren notwendig ist, während Personal am Einsatzort ist und für die Durchführung eines solchen Verfahrens bereit steht.
In einer Ausführungsform sind der Monitor und der Framegrabber in eine einzelne Einheit integriert, so dass ein bequem zu tragendes Paket entsteht. Geeignete Monitore oder Framegrabbers sind auf dem freien Markt zum Beispiel bei der Sony Company (Modell Nr. HD700) zu beziehen oder sind in Form eines Laptopcomputers (zum Beispiel Archos 500) oder anderer spezieller Geräte erhältlich.
Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Art von Aufzeichnungsvorrichtung verwendet werden. Zum Beispiel kann es unter bestimmten Umständen bevorzugt sein, einen Videobandrekorder zu verwenden. Geeignete Monitor/Bandrekorder sind auf dem freien Markt zum Beispiel bei der Sony Company (Modell Nr. GV-D900) zu beziehen.
Das Positionierungssystem 803 dient dem Positionieren des Bildgabekopfes 1215, um den gewünschten Bereich oder das gewünschte Ziel abzubilden. Da das Inspektionssystem der vorliegenden Erfindung dafür vorgesehen ist, schwer zu erreichende Bereiche oder Bereiche, die allgemein für Menschen unzugänglichen sind, zu inspizieren, ist es bevorzugt, dass sich das Inspektionssystem hervorragend manövrieren lässt. In einer Ausführungsform umfasst das Positionierungssystem eine Stütze 812, die in einer Ausführungsform ein längliches Element ist, an dessen einem Ende der Bildgabekopf montiert ist. Mit einer solchen Ausgestaltung kann ein Nutzer beispielsweise den Kopf in ein Rohr einführen und ihn bewegen, um den Bildgabekopf so zu positionieren, dass sich der Zielbereich in seinem Sichtfeld befindet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das längliche Element 1214 ein Teleskopausleger, wie in 12 gezeigt.
In einer Ausführungsform umfasst das Positionierungssystem eine Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1200, die sich von dem Bildgabekopf nach außen erstreckt (siehe 12). Die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1200 umfasst ein distales Ende 1200a, das von dem Kopf 1227 so nach außen vorgespannt ist, dass, wenn es gegen eine stabile Oberfläche gedrückt wird, das distale Ende sich elastisch bewegt, wodurch die Position des Bildgabekopfes 1215 relativ zu der Oberfläche effektiv eingestellt wird. Durch allmähliches Herunterdrücken der Vorrichtung 1210 wird der Bildgabekopf 1215 in einer kontrollierten abgesenkt, um den Sweet-Spot zu erreichen. Sobald der Sweet-Spot gefunden wurde, hält der Nutzer die Vorrichtung 1210 mit der Feder in der belasteten Position. Es ist festgestellt worden, dass dies ein überaus zuverlässiges Verfahren zum Finden und Halten des Kopfes am Sweet-Spot ist. In einer Ausführungsform umfasst das distale Ende 1200a einen knollenförmigen Abschnitt 1201 zum Vergrößern seiner Oberfläche in einer Richtung normal zu seiner Vorspannung, so dass es nicht in die Oberfläche, auf der es platziert wird, eindringt, darauf rutscht oder sich verschiebt. Das distale Ende 1200a kann sich im Wesentlichen parallel zu dem länglichen Element 1214 erstrecken oder kann sich in einem Winkel erstrecken. Zum Beispiel kann es in einige Anwendungen nützlich sein, dass sich das distale Ende senkrecht von dem länglichen Element erstreckt, damit das distale Ende auf einem Sims oder anderen Strukturelement entlang eines vertikalen Rohres Halt finden kann.
In einer Ausführungsform umfasst die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1200 eine Halterung 1204, die effektiv mit dem länglichen Element 1214 verbunden ist, eine Stange 1203, die das distale Ende 1200a aufweist und gleitfähig durch die Halterung 1204 gehalten wird, und ein elastisches Mittel 1207 zum Vorspannen des distalen Endes von der Halterung 1204 fort. Das elastische Mittel kann eine Feder (Spirale), ein elektrometrisches Material oder ein komprimiertes Fluid (wie zum Beispiel Luft) sein. In der in 12 gezeigten Ausführungsform umfasst die Stange 1203 ein äußeres Rohr 1202a, das durch die Halterung 1204 geschoben werden kann und das an einer Klemme 1205 befestigt ist. Das äußere Rohr 1202a erstreckt sich durch die Feder 1207 und stützt einen Flansch 1209. Die Feder 1207 ist somit zwischen der Halterung 1204 und dem Flansch 1209 gehalten. Der innere Stab 1202b kann innerhalb des äußeren Rohres 1202a gleiten, und sein distales Ende wird durch die Feder 1207 von der Halterung 1204 fort vorgespannt.
Alternative Ausführungsformen umfassen Gas- oder Luftkolben, wie zum Beispiel von der Art, die zum Schließen von Türen verwendet werden.
Wir wenden uns 19 zu. In einer Ausführungsform umfasst das Positionierungssystem einen Ratschenmechanismus 1901 und eine Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1904, wobei die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung ein distales Ende 1905 und ein elastisches Element (oben beschrieben) aufweist, um eine Vorspannkraft anzulegen, um das distale Ende von der Bildgabevorrichtung 1906 nach außen vorzuspannen. Der Ratschenmechanismus 1901 ist so ausgestaltet, dass, wenn das distale Ende 1905 entgegen der Vorspannkraft in Richtung der Bildgabevorrichtung gedrückt wird, der Ratschenmechanismus das distale Ende inkrementell nach oben hochfährt, um zu verhindern, dass das distale Ende in seine herausgeschobene Position von der Bildgabevorrichtung fort zurückkehrt. In einer Ausführungsform ist der Ratschenmechanismus dafür ausgestaltet, die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung freizugeben, sobald das distale Ende in Richtung der Bildgabevorrichtung zu einem bestimmten Punkt gedrückt wird.
In einer Ausführungsform umfasst der Ratschenmechanismus Zähne 1902 (siehe auch die Nahansicht in 20) entlang der Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1904 und eine Klinke (im Inneren des Gehäuses 1903) zur Eingriffnahme der Zähne.
Daher stellt das Positionierungssystem der Ausführungsform der 19 und 20 zwei Positionierungsebenen bereit. Eine erste Ebene ist eine relativ grobe Positionierung, bei der das oben beschriebene Ratschenmerkmal zum Einsatz kommt; d. h. das distale Ende wird einwärts geratscht, bis die gewünschte ungefähre Länge des distalen Endes ab dem Bildgabekopf erreicht ist. An diesem Punkt wird ein feineres Positionierungssystem verwendet; d. h. das elastische Element wird zusammengedrückt, um den Bildgabekopf exakt dort zu positionieren, wo der Nutzer es wünscht. In einer Ausführungsform wird, wenn der Komprimierungsbetrag den Weg oder Hub des elastischen Elements übersteigt, die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung einwärts geratscht, wodurch das elastische Element in seine herausgeschobene Position zurückkehren kann, um das Zusammendrücken zu ermöglichen.
Die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung 1200 ist in einer Ausführungsform einstellbar, um verschiedene Rohrgrößen zu ermöglichen. Das heißt, da sich die Distanz zwischen dem Sweet-Spot und der Wand des Rohres bei verschiedenen Rohrgrößen ändert, muss sich auch die Position des distalen Endes ändern. In einer Ausführungsform ist die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung mit einem großen „Hub“ ausgestaltet, wobei sich das distale Ende 1200a auswärts um eine Distanz erstrecken würde, die ausreicht, um das größte erwartete Rohr aufzunehmen, und dann einwärts gedrückt werden könnte, um das kleinste erwartete Rohr aufzunehmen. Alternativ kann die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung grob auf ungefähr den Durchmesser des Rohres eingestellt werden und dann feinabgestimmt werden, indem die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung elastisch niedergedrückt wird, um den Sweet-Spot zu erreichen.
Mit Bezug auf diese letztere Ausgestaltung ist eine Ausführungsform in 12 gezeigt, bei der die Stange 1203 Kalibrierungsmarkierungen 1208 hat, die verschiedenen Rohrdurchmessern entsprechen. Eine Klemme 1205 ist an dem äußeren Rohr 1202a befestigt, und eine Klemmschraube 1206 zum Sichern an dem inneren Stab 1202b ist vorhanden, wodurch die Feder 1207 aufgenommen wird und das äußere Rohr 1202a und der innere Stab 1202b miteinander verbunden werden. Dies positioniert das distale Ende 1200a in einer vorgegebenen Beziehung relativ zu dem Bildgabekopf 1215, während eine Umpositionierung des distalen Endes 1200a innerhalb des durch die Feder 1207 gestatteten Bewegungsbereichs möglich ist.
Während des Betriebes kann der Nutzer die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung auf den Durchmesser des lateralen Rohres voreinstellen, indem er die Klemme 1205 an der Markierung 1208 festzieht, die dem Rohrdurchmesser entspricht, zum Beispiel 8, 12, 15 und 18 Zoll [engl. 8, 12, 15 and 18 inches]. Die Markierungen sind so gesetzt, dass sich die Lampen 22, 23 zunächst geringfügig über der Mitte des Rohres befinden, wenn das distale Ende an die Wand des Rohres gelehnt wird. Der Nutzer drückt dann die Vorrichtung nach unten, um die Halterung 1204 voranzuschieben, wodurch die Feder 1207 gespannt wird, indem sie gegen den Flansch 1209 drückt, und den Kopf 1227 abzusenken, bis der Sweet-Spot gefunden wurde.
In einer Ausführungsform umfasst das Positionierungssystem einen Gelenkmechanismus 213, der zwischen dem Gehäuse des Bildgabekopfes und dem Ausleger angeordnet ist, damit sich der Bildgabekopf relativ zu dem Ausleger bewegen kann. Dieser Gelenkmechanismus ist in einer Ausführungsform eine Zapfenanordnung 1228, die eine Achse senkrecht zu der Achse des Auslegers aufweist, wie in 12 gezeigt. Ein einfacher Zapfen ist bevorzugt, da er eine unabhängige Bewegung der Bildgabevorrichtung - ohne die Kosten, das Gewicht und die Komplexität eines traditionellen Schwenk-und-Kipp-Mechanismus - erlaubt, obgleich auch solche Mechanismen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung liegen.
Wir wenden uns 20 zu, wo eine weitere Ausführungsform des Kippmechanismus 2002 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Hier definiert die Zoom-Linse der Bildgabevorrichtung einen bestimmten Positionspunkt 2010 innerhalb des Kopfgehäuses 2001. Der Kippmechanismus 2002 ist zwischen dem Gehäuse 2001 und dem Positionierungssystem 2005 wirkverbunden. Der Kippmechanismus ist dafür ausgestaltet, das Gehäuse relativ zu dem Positionierungssystem zu kippen, so dass das Gehäuse um den Positionspunkt 2010 herum schwenkt. In einer Ausführungsform umfasst der Kippmechanismus einen Zahnstangenmechanismus, wobei die Zahnstange oder das Ritzel an dem Gehäuse befestigt ist und die andere Komponente an dem Positionierungssystem befestigt ist, wobei die Zahnstange gekrümmt ist und das Ritzel in die Zahnstange eingreift, so dass eine Drehung des Ritzels die Zahnstange veranlasst, sich relativ zu dem Ritzel zu bewegen. In einer Ausführungsform, wie in 20 gezeigt, ist die Zahnstange 2003 an dem Gehäuse 2001 befestigt, und das Ritzel (nicht gezeigt) ist an dem Positionierungssystem 2005 befestigt. In dieser konkreten Ausführungsform ist die Zahnstange oben am Gehäuse befestigt, obgleich auch andere Ausführungsformen möglich sind. Zum Beispiel kann die Zahnstange an der Rückseite des Gehäuses befestigt sein.
In einer Ausführungsform ist die Zahnstange gekrümmt, wodurch ein Fokuspunkt definiert wird. Die Zahnstange ist so positioniert, dass der Fokuspunkt und der Positionspunkt im Wesentlichen derselbe Punkt sind. Auf diese Weise bleibt, wenn der Bildgabekopf gekippt wird, die vertikale Position des Positionspunktes im Wesentlichen die gleiche, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, den Bildgabekopf immer wieder neu positionieren zu müssen, wenn er zu einer neuen Position gekippt wird. Im Rahmen dieses Kontextes meint „im Wesentlichen“, dass das Kippen des Bildgabekopfes den Positionspunkt des Bildgabepunktes nicht in einem solchen Maße beeinflusst, dass ein Bediener es bemerken würde. Zum Beispiel befindet sich in einer Ausführungsform der Fokuspunkt weniger als 20 mm von dem Positionspunkt entfernt; in einer weiteren Ausführungsform sind es weniger als 10 mm; in einer weiteren Ausführungsform sind es weniger als 5 mm; und in einer weiteren Ausführungsform sind es weniger als 3 mm.
In einer Ausführungsform ist das Bildgabesystem dafür ausgestaltet, an der Öffnung eines lateralen Rohres entlang zu sitzen. Genauer gesagt, anstatt zu versuchen, das Bildgabesystem vertikal innerhalb eines Rohres zu positionieren, kann es in bestimmten Situationen einfacher sein, das Bildgabesystem in das Rohr zu setzen. Das gilt insbesondere für den Fall, dass das Rohr ungefähr die gleiche Größe hat wie das Gehäuse des Bildgabesystems. Zum Beispiel kann das Bildgabesystem speziell dafür ausgestaltet sein, in sechs bis acht Zoll [engl. six to eight inch] großen Rohren (sehr häufige Größe) zu sitzen, indem ein Bund um den vorderen Umfangsrand des Gehäuses angeordnet wird, der so bemessen ist, dass er teilweise in einem Rohr aufgenommen werden kann. Dies erlaubt es dem Nutzer, den Bund in ein laterales Rohr von ähnlicher Größe zu drücken, so dass der Bund in dem Rohr sitzt und dadurch das Bildgabesystem darin zentriert.
In einer Ausführungsform kann der Bildgabekopf von dem Positionierungssystem abgenommen werden, um seinen stationären Betrieb zu gestatten. Eine solche Ausgestaltung kann zum Beispiel in einer Überwachungsanwendung bevorzugt sein.
Das Identifizierungssystem 815 stellt einen Hinweis auf die Stelle bereit, auf die sich die aufgezeichneten Bilder beziehen. Das Identifizierungssystem kann ein Ortsaufzeichnungssystem 816 umfassen, das in einer Ausführungsform ein automatisierter Positionslokalisierer ist, wie zum Beispiel ein Global Positioning System, der an den programmierbaren Controller Ortsdaten bezüglich der genauen Position des Bildgabekopfes übermittelt. Solche Systeme sind allgemein bekannt. Diese Informationen können dann automatisch zusammen mit Bilddaten aufgezeichnet werden. Die zusammen mit den Bilddaten aufgezeichneten Ortsdaten lassen sich zu einem Datumsstempel auf einer Fotografie analogisieren. Die Verwendung der Ortsdaten kann jedoch deutlich vielseitiger sein und verschiedene grafische Anzeigen und Ausgaben in Kombination mit dem Bild umfassen (siehe zum Beispiel die obige Besprechung bezüglich Schritt (d) des Inspektionsverfahrens).
Das Identifizierungssystem 815 kann auch das Korrelieren von Bildern mit Richtungsinformationen umfassen. Ein solches Merkmal ist besonders von Vorteil, wenn die GPS-Koordinaten für ein bestimmtes Bild nicht ausreichen, um das Bild zu identifizieren. Zum Beispiel ist es nicht unüblich, dass mehrere laterale Rohre in einem gemeinsamen Einstiegsloch enden. Hätte man nur die GPS-Koordinaten des Einstiegslochs, so würde das nicht ausreichen, um zu bestimmen, welches laterale Rohr abgebildet wurde. Dementsprechend wird das Bild in einer Ausführungsform auch mit Informationen der Richtung korreliert, in der das Bild aufgenommen wurde (zum Beispiel N, NO, O, SO, S, SW, W, NW, und N).
Das Identifizierungssystem 815 kann auch ein Indexierungssystem 817 zum Katalogisieren der Bilder gemäß konkreten Zielen umfassen. Solche Systeme sind allgemein bekannt und zum Beispiel im US-Patent Nr. 6,175,380 beschrieben.
Das Messsystem 814 dient zum Übermitteln von Zieldaten, beispielsweise von einer Zielmessvorrichtung 819 oder einem Entfernungsmesser 818, an den Nutzer. Zum Beispiel kann es bevorzugt sein, das Messsystem zu verwenden, das im US-Patent Nr. 6,538,732 gezeigt und beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Messsystem einen Laserentfernungsmesser zum Bestimmen der Distanz zwischen dem Bildgabekopf und dem Zielobjekt. In einer Ausführungsform verwendet der Entfernungsmesser einen Strahl zum Bestimmen der Distanz zu dem Objekt. In einer Ausführungsform ist der Strahl ein Laserstrahl, der einen visuellen Laserpunkt auf dem Objekt erzeugt, wodurch der Bediener eine visuelle Bestätigung bezüglich des Punktes erhält, zu dem der Strahl misst. Das Objekt reflektiert den Strahl zurück zu einem Photodetektor an dem Entfernungsmesser, wo der reflektierte Strahl detektiert wird. Die Zeitverzögerung oder Wellenphasendifferenz zwischen dem Absenden des Strahls und dem Detektieren des reflektierten Strahls wird durch Schaltungen innerhalb des Entfernungsmessers verarbeitet (zum Beispiel Detektor- und Zeitverzögerungsschaltungen), um die Distanz zwischen dem Entfernungsmesser und dem Objekt zu bestimmen. Alternativ kann der Entfernungsmesser Schallimpulse oder eine andere konventionelle Entfernungsmessungstechnik umfassen. Der Entfernungsmesser erzeugt ein Messsignal, das der Distanz zwischen dem Entfernungsmesser und dem Objekt entspricht. Ein Beispiel eines geeigneten Entfernungsmessers 1206 ist das DATA DISTOTM RS232 von der Leica AG, obgleich dem Fachmann sofort weitere Arten von Entfernungsmessern einfallen.
Obgleich die vorliegende Erfindung speziell mit Bezug auf den bevorzugten Modus gezeigt und beschrieben wurde, wie in der Zeichnung veranschaulicht, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen im Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, abzuweichen. Zum Beispiel wurde zwar in dieser Offenbarung die Rohrinspektion im Detail betrachtet, doch es versteht sich, dass sich die vorliegende Erfindung auch für die Inspektion anderer Bereiche anbietet, die sich an einem unzugänglichen und/oder aufenthaltsfeindlichen Ort befinden, wie oben beschrieben. Zum Beispiel kann die Vorrichtung verwendet werden, um rasch und bequem den Sicherheitsbehälter eines Kernreaktors zu inspizieren, ohne ein Gerüst aufstellen zu müssen. Durch schnelles Ausführen von Inspektionen ohne umfangreiche Aufbauten wird die Gesamtstrahlungsbelastung verringert, der das Personal ausgesetzt ist. Zusätzlich kann das Inspektionssystem der vorliegenden Erfindung neben Kernreaktoren auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden, einschließlich beispielsweise zur Inspektion von Snubbern, Rohraufhängungen, Rohrisolierungen, Speicherbehältern und dergleichen, wie sie gemeinhin in Kraftwerken (zum Beispiel fossil, nuklear und wasserbetrieben), Raffinerien und in praktisch jeder anderen größeren industriellen Einrichtung zu finden sind. Darüber hinaus kann das System der vorliegenden Erfindung - abgesehen von industriellen Anwendungen - auch für die Untersuchung von Fahrzeugen oder Strukturen zum Nachweisen terroristischer Aktivitäten verwendet werden. Anstatt beispielsweise unter einen Lkw zu kriechen oder einen umschlossenen Raum zu betreten, der eine Bombe oder biologische Waffe enthalten könnte, kann zuerst das Inspektionssystem verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine nähere Inspektion oder vielleicht ein Robotereinsatz (zum Beispiel zur Bombenentschärfung) benötigt wird. Es versteht sich des Weiteren, dass das Bildgabesystem der vorliegenden Erfindung unabhängig von einem Positionierungssystem verwendet werden kann. Das heißt, das geringe Gewicht und der niedrige Stromverbrauch des Bildgabesystems machen es leicht transportabel, und ein Nutzer kann das Bildgabesystem einfach halten, so wie er jede tragbare Kamera halten würde. In dieser Hinsicht kann die Erfindung nicht nur ohne ein Positionierungselement praktiziert werden, sondern kann in bestimmten Ausführungsformen auch ohne eine Bildgabevorrichtung praktiziert werden. Das heißt, die hohe Intensität und der geringe Stromverbrauch der modularen Lampenanordnung in Kombination mit dem Parabolreflektor bieten sich für transportable Lichtanwendungen an, wie zum Beispiel Taschenlampen und Suchscheinwerfer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 62/329839 [0001]
US 6538732 [0005, 0111]
US 7480041 [0006, 0080]
US 2009/0180110 A [0007, 0008]
US 6175380 [0110]

Claims

Bildgabesystem (1700; 1800), das eine Vorwärts- und Rückwärts-Orientierung aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: mindestens ein Gehäuse (2001); mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706); eine Bildgabevorrichtung (1703; 1906), die in dem Gehäuse (2001) enthalten ist, wobei die Bildgabevorrichtung (1703; 1906) eine Zoom-Linse umfasst, die eine optische Achse aufweist, wobei die Zoom-Linse der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) in dem Gehäuse (2001) einen Positionspunkt definiert; ein Positionierungssystem (2005), das ein längliches Element zur Positionierung der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) umfasst; und einen (2003), der zwischen dem Gehäuse (2001) und dem Positionierungssystem (2005) wirkverbunden ist, wobei der Kippmechanismus (2002) dafür ausgestaltet ist, das Gehäuse (2001) relativ zu dem länglichen Element so zu kippen, dass das Gehäuse (2001) um den Positionspunkt herum schwenkt.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 1, wobei der Kippmechanismus (2002) einen Zahnstangenmechanismus umfasst, wobei die Zahnstange (2003) oder das Ritzel an dem Gehäuse (2001) befestigt ist und die andere Komponente an dem Positionierungssystem (2005) befestigt ist, wobei die Zahnstange (2003) gekrümmt ist und das Ritzel die Zahnstange (2003) so in Eingriff nimmt, dass eine Drehung des Ritzels veranlasst, dass sich die Zahnstange (2003) relativ zu dem Ritzel bewegt.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 2, wobei die Zahnstange (2003) an dem Gehäuse (2001) befestigt ist und das Ritzel an dem Positionierungssystem (2005) befestigt ist.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Zahnstange (2003) gekrümmt ist, so dass ein Fokuspunkt definiert wird, wobei die Zahnstange (2003) so positioniert ist, dass der Fokuspunkt und der Positionspunkt im Wesentlichen derselbe Punkt sind.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zahnstange (2003) oben an dem Gehäuse (2001) befestigt ist.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend einen einzigen Parabolreflektor, der eine Basis, einen Fokus und eine Reflektorachse aufweist, wobei die Reflektorachse eine Reflektor-Hauptachse definiert.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) wobei jeder Parabolreflektor eine Basis, einen Fokus und eine Reflektorachse aufweist.
Bildgabesystem (1700; 1800), das eine Vorwärts- und Rückwärts-Orientierung aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: mehrere Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804), wobei jeder Parabolreflektor eine Basis, einen Fokus und eine Reflektorachse aufweist, wobei die mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) eine Reflektor-Hauptachse definieren; mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706), die nahe oder im Wesentlichen an dem Fokus von jedem der mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) vor seiner Basis angeordnet ist und dafür ausgestaltet ist, Licht in Richtung eines jeden der mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) so auszusenden, dass jeder der mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) das Licht reflektiert, um einen Lichtstrahl auszusenden; und eine Bildgabevorrichtung (1703; 1906), die innerhalb der mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) angeordnet ist und eine Zoom-Linse umfasst, die eine optische Achse aufweist, die im Wesentlichen mit der Reflektor-Hauptachse übereinstimmt, wobei die Bildgabevorrichtung (1703; 1906) dafür ausgestaltet ist, ein Sichtfeld entlang der optischen Achse vor der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) abzubilden.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 8, wobei die Reflektor-Hauptachse die Achse der Achsen der mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) ist.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die mehreren Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) vier Parabolreflektoren (1801, 1802, 1803, 1804) umfassen
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 10, wobei die vier Parabolreflektoren (1801, 1802, 1803, 1804) identische Quadranten umfassen.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706) Licht im Wesentlichen senkrecht zu der Reflektorachse abstrahlt.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706) mindestens eine Leuchtdiode (LED) ist.
Bildgabesystem (1700; 1800), das eine Vorwärts- und Rückwärts-Orientierung aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: mindestens eine Lichtquelle (1705, 1706), die dazu ausgebildet ist, Licht auszusenden; eine Bildgabevorrichtung (1703; 1906), die eine Zoom-Linse umfasst, die eine optische Achse aufweist, wobei die Bildgabevorrichtung (1703; 1906) dafür ausgestaltet ist, ein Sichtfeld entlang der optischen Achse vor der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) abzubilden; ein Positionierungssystem (2005), das einen Ratschenmechanismus und eine Zielausrichtungs-Haltevorrichtung (1904) umfasst, wobei die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung (1904) ein distales Ende und ein elastisches Element aufweist, um eine Vorspannkraft anzulegen, um das distale Ende von der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) nach außen vorzuspannen, wobei der Ratschenmechanismus so ausgestaltet ist, dass, wenn das distale Ende entgegen der Vorspannkraft in Richtung der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) gedrückt wird, der Ratschenmechanismus das distale Ende inkrementell nach oben fährt, um zu verhindern, dass das distale Ende in seine herausgeschobene Position von der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) fort zurückkehrt.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach Anspruch 14, wobei der Ratschenmechanismus dafür ausgestaltet ist, die Zielausrichtungs-Haltevorrichtung (1904) freizugeben, sobald das distale Ende in Richtung der Bildgabevorrichtung (1703; 1906) zu einem bestimmten Punkt gedrückt wird.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das System weiter einen einzigen Parabolreflektor aufweist, der eine Basis, einen Fokus und eine Reflektorachse aufweist, wobei die Reflektorachse eine Reflektor-Hauptachse definiert.
Bildgabesystem (1700; 1800) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das System weiter mehrere Parabolreflektoren (1701, 1702; 1801, 1802, 1803, 1804) aufweist, wobei jeder Parabolreflektor eine Basis, einen Fokus und eine Reflektorachse aufweist.