DE60219839T2 - Abbildungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Akihiko Tenri-shi Kuriyama
Kiyoshi Kyotanabe-shi Kumata
Noritoshi Nara-shi Kako
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    • G02B13/06Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung zur Abbildung von Objekten unter omniazimuthalem Winkel von 360 Grad, die auf dem Gebiet visueller Systeme wie beispielsweise Überwachungskameras verwendet wird; und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • 2. BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNIK:
  • Vor kurzem wurden auf dem Gebiet visueller Systeme wie beispielsweise Überwachungskameras verschiedenartige Anstrengungen unternommen, um mit einer Kamera Überwachungsvorgänge, die gewöhnlich über das menschliche Auge erfolgen, durchzuführen, indem die Kamera mit einem Computer kombiniert wird.
  • Eine gewöhnlich verwendete Kamera, die einen begrenzten Sichtwinkel aufweist, eignet sich nicht für derartige Anwendungen. Deshalb wurden Kameras mit Fischaugenlinsen oder weiteren Weitwinkellinsen entwickelt. Beispielsweise wurde auf dem Gebiet beweglicher Roboter die Verwendung konvexer Spiegel in Form eines Rotationskörpers (wie eines konischen Spiegels), sphärischer Spiegel oder dergleichen aktiv untersucht. (Nachfolgend werden derartige konvexe Spiegel als „konvexe Rotationsspiegel" bezeichnet.) Bei den auf diesem Gebiet untersuchten Systemen wird ein optisches Bild eines Sichtwinkels von 360 Grad von einem konvexen Rotationsspiegel aufgenommen, wonach das optische Bild in ein Videobild umgewandelt wird und das Videobild mittels eines Computers weiter in ein gewünschtes Bild umgewandelt wird.
  • 8A zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung 80 bei Verwendung eines herkömmlichen konvexen Rotationsspiegels und 8B zeigt eine Querschnittsansicht hiervon entlang einer Ebene einschließlich der Drehachse eines unten erläuterten konvexen Rotationsspiegels 93.
  • Die Abbildungsvorrichtung 80 enthält eine konvexe Rotationsspiegeleinheit 91. Die konvexe Rotationsspiegeleinheit 91 enthält einen üblicherweise plattenförmigen Grundkörper 92 und den üblicherweise konischen, konvexen Rotationsspiegel 93. Die Abbildungsvorrichtung 80 enthält ein üblicherweise becherförmiges, sphärisches optisches Element 94. Das optische Element 94 ist in Richtung der konvexen Rotationsspiegeleinheit 91 geöffnet und bedeckt eine Oberfläche des Grundkörpers 92 und des konvexen Rotationsspiegels 93. Das optische Element 94 hält die konvexe Rotationsspiegeleinheit 91 und ist aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet. Einer inneren Umfangsoberfläche des optischen Elements 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 ist ein Hohlraum zwischengeschaltet. Das optische Element 94 weist eine Dicke auf, die ausreichend dünn ist, so dass Licht, das auf eine äußere Umfangsfläche des optischen Elements 94 einfällt, durch dieses hindurchtreten kann, so dass es unmittelbar parallel zu dem Licht ist, das von der inneren Umfangsoberfläche des optischen Elements 94 in Richtung des konvexen Rotationsspiegels 93 gerichtet wird.
  • Ein üblicherweise zylindrischer Abbildungsmechanismus 98 ist auf der zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 91 gegenüberliegenden Seite vorgesehen, wobei das optische Element 94 eingeschoben ist. Die Abbildungseinrichtung 98 kann in das optische Element 94 eingreifen. Die Abbildungseinrichtung 98 enthält eine Linse 99, die einer Öffnung des optischen Elements 94 gegenüberliegt, welche auf der zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 91 gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, und die Abbildungseinrichtung enthält zudem eine Abbildungssektion 90, die auf der zum optischen Element 94 gegenüberliegenden Seite mit der dazwischen platzierten Linse 99 vorgesehen ist. Die Abbildungssektion 90 ist an eine Signalverarbeitungssektion 88, die der Anpassung der Verformung eines von der Abbildungseinrichtung 98 aufgenommenen Bildes dient, angeschlossen.
  • Wie oben erläutert wurde, dient das lichtdurchlässige optische Element 94 zum Halten der konvexen Rotationsspiegeleinheit 91 und somit wird kein getrenntes Halteelement bereitgestellt. Der Grund hierfür liegt darin, dass im Falle des Bereitstellens eines getrennten Halteelements zum Halten der konvexen Rotationsspiegeleinheit 91 ein Bild des Halteelements selbst aufgenommen wird und dieses Bild so Teil eines von der Abbildungsvorrichtung 98 aufgenommenen Bildes sein würde.
  • Als konvexer Rotationsspiegel 93 wird ein Spiegel, der einfallendes Licht an seiner Oberfläche reflektiert, verwendet, so dass ein durch die Reflektion erzeugtes Bild nicht mit dem zur Aufnahme beabsichtigten Bild überlappt. Der konvexe Rotationsspiegel 93 ist aus einem metallischen Material ausgebildet. Ebenso kann der konvexe Rotationsspiegel 93 ein metallisches Material, z. B. aus der Gasphase abgeschieden oder auf eine äußere Umfangsfläche beschichtet, enthalten.
  • Die Abbildungsvorrichtung 80 mit oben erläutertem Aufbau funktioniert wie folgt.
  • Licht 71 fällt auf die äußere Umfangsfläche des lichtdurchlässigen optischen Elements 94 und tritt durch das optische Element 94 hindurch. Beim Hindurchtreten durch das optische Element 94 wird das einfallende Licht 71 zweimal gebrochen (nicht gezeigt) und wird so zum Licht 72. Das Licht 72 wird von der inneren Umfangsfläche des optischen Elements 94 in Richtung des konvexen Rotationsspiegels 93 durch den Hohlraum zwischen dem optischen Element 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 gerichtet. Dann wird das Licht 72 von dem konvexen Rotationsspiegel 93 reflektiert und in Richtung der Abbildungseinrichtung 98 als reflektiertes Licht 81 gerichtet. Das reflektierte Licht 81 tritt durch die Linse 99 der Abbildungseinrichtung 98 und fällt auf die Abbildungssektion 90. Die Abbildungssektion 90 wandelt das reflektierte Licht 81 in ein ein Bild kennzeichnendes Bildsignal um und gibt das Bildsignal an die Signalverarbeitungssektion 88 aus. Die Signalverarbeitungssektion 88 verarbeitet das empfangene Bildsignal zur Anpassung der Verformung des Bildes.
  • Die herkömmliche Abbildungsvorrichtung 80 weist die folgenden Probleme auf.
    • (1) Eine Außenfläche des konvexen Rotationsspiegels 93 ist der Luftfüllung des Hohlraums zwischen dem optischen Element 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 ausgesetzt. Dadurch wird das Metall auf der Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 93 oxidiert oder es blättert das Metallmaterial, das aus der Gasphase abgeschieden oder auf die Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 93 beschichtet wurde, ab. Folglich nimmt das Reflektionsvermögen des auf den konvexen Rotationsspiegel 93 einfallenden Lichtes ab.
    • (2) Staub, Feuchtigkeit oder dergleichen dringen durch die Lücke zwischen dem Grundkörper 92 und dem optischen Element 94 in den Hohlraum zwischen dem optischen Element 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 ein, wodurch das Licht 72 und das reflektierte Licht 81 gestört werden. Dadurch nimmt die Qualität des von der Abbildungsvorrichtung 98 aufgenommenen Bildes ab.
  • Falls die Abbildungsvorrichtung 80 mit oben erläutertem Problem für eine bestimmte Zeitspanne im Außenbereich oder in einer ähnlichen Umgebung verwendet wird, verursachen Umgebungseinflüsse wie Temperatur, Feuchtigkeit, Ultraviolettstrahlen und dergleichen die folgenden Probleme. Das metallische Material des konvexen Rotationsspiegels 93 wird oxidiert und korrodiert somit. Falls das metallische Material aus der Gasphase abgeschieden oder auf die Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 93 beschichtet wurde, blättert ein solches metallisches Material ab oder korrodiert. Es ist notwendig, das Abblättern und die Korrosion des metallischen Materials zu verhindern und ebenso soll der Eintritt von Staub und Feuchtigkeit in den Verbindungsteil des optischen Elements 94 und des konvexen Rotationsspiegels 93 verhindert werden.
    • (3) Das optische Element 94 ist hohl und damit mechanisch schwach und leicht zu brechen. Im tatsächlichen Gebrauch ist eine bestimmte Sorgfalt anzuwenden, um ein Brechen zu verhindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Abbildungsvorrichtung einen konvexen Spiegel zum Reflektieren von einfallendem Licht, das ein Objekt darstellt, wobei der konvexe Spiegel die Form eines Rotationskörpers aufweist: eine Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen eines Bildes, das über vom konvexen Spiegel reflektiertes Licht dargestellt wird; und ein optisches Element zum Führen des einfallenden Lichtes in Richtung des konvexen Spiegels sowie zum Führen des reflektierten Lichtes in Richtung der Abbildungseinrichtung, wobei das optische Element in engem Kontakt mit dem konvexen Spiegel ist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das optische Element einen konkaven Bereich auf, der in engem Kontakt mit dem konvexen Spiegel ist und diesen bedeckt.
  • In einem Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, ist der konvexe Spiegel aus einer dünnen Schicht eines Materials mit einer spiegelnden Oberflächenwirkung ausgebildet, wobei die dünne Schicht auf dem konkaven Bereich bereitgestellt ist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der konvexe Spiegel aus einem metallischen Material ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der konvexe Spiegel aus Aluminium ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der konvexe Spiegel als Ergebnis einer Gasphasenabscheidung, eines Sputtervorgangs oder eines Metallisierungsvorgangs eines Materials mit Hochglanzeigenschaften ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Abbildungseinrichtung eine Linse zum Konvergieren des reflektierten Lichtes, sowie eine Abbildungssektion zum Aufnehmen eines Bildes, welches über von der Linse reflektiertes Licht dargestellt wird; und die Linse ist mit dem optischen Element integriert ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Abbildungseinrichtung eine Linse zum Konvergieren des reflektierten Lichtes, sowie eine Abbildungssektion zum Aufnehmen eines Bildes, das über von der Linse reflektiertes Licht dargestellt wird; und die Linse ist in engem Kontakt mit dem optischen Element.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das optische Element einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als der Brechungsindex der Linse.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das optische Element eine äußere Umfangsfläche auf, die derart ausgebildet ist, dass das hierauf einfallende Licht in einer zur äußeren Umfangsfläche senkrechten Richtung einfällt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das optische Element eine Freigabefläche für reflektiertes Licht auf, so dass das in Richtung der Abbildungseinrichtung gerichtete reflektierte Licht auf die Freigabefläche in einer zu dieser senkrechten Richtung einfällt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Freigabefläche für reflektiertes Licht Teil einer Oberfläche eines Kreises mit einem Brennpunkt als Mittelpunkt, in den das reflektierte Licht konvergiert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Abbildungsvorrichtung die Schritte Veranlassen, dass das optische Element in engem Kontakt mit dem konvexen Spiegel ist, so dass das optische Element den konvexen Spiegel bedeckt; und Befestigen der Abbildungseinrichtung an dem optischen Element, so dass das reflektierte Licht auf die Abbildungseinrichtung fällt.
  • Nachfolgend wird die Funktion der Erfindung erläutert.
  • Gemäß der Erfindung wird das aus einem lichtdurchlässigen Material ausgebildete optische Element in engem Kontakt mit einer Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels bereitgestellt, und bedeckt diesen. Falls die Abbildungsvorrichtung somit Umgebungshitze, Ultraviolettstrahlung oder desgleichen ausgesetzt wird, verschlechtert sich die Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels nicht aufgrund von Oxidation oder Ähnlichem und ebenso blättert das aus der Gasphase abgeschiedene oder beschichtete metallische Material nicht ab. Somit nimmt das Reflektionsvermögen des konvexen Rotationsspiegels nicht ab. Da das optische Element in engem Kontakt mit dem konvexen Rotationsspiegel steht und diesen bedeckt, kann vermieden werden, dass Staub, Feuchtigkeit oder dergleichen zwischen den konvexen Rotationsspiegel und das optische Element gelangen. Somit tritt keine Verzerrung des auf den konvexen Rotationsspiegel einfallenden Lichtes oder des vom konvexen Rotationsspiegel reflektierten Lichtes auf. Der Aufbau des optischen Elements, das in engem Kontakt zum konvexen Rotationsspiegel steht, erhöht ebenso die mechanische Stabilität des optischen Elements, verglichen mit einem herkömmlichen Aufbau mit hohlem optischem Element, wodurch ein größerer Sichtwinkel bereitgestellt wird.
  • Bei einem Aufbau, in dem das optische Element aus einem Material gebildet ist, das einen kleineren Brechungsindex als das der Linse aufweist, muss das optische Element nicht aus einem Material mit einem großen Brechungsindex ausgebildet werden und ist somit nicht zwangsläufig teuer, was nachfolgend beim zweiten Beispiel der Erfindung ausgeführt wird.
  • Bei einem Aufbau, in dem das optische Element und die Linse aus demselben Material gebildet sind, können das optische Element und die Linse integriert ausgebildet werden. Somit ist eine Ausrichtung der Linse in Bezug auf das optische Element nicht erforderlich und die Anzahl von Komponenten des optischen Systems kann reduziert werden, was unten stehend in einem ersten Beispiel der Erfindung erläutert wird.
  • Bei einem Aufbau, in dem die Freigabefläche für reflektiertes Licht des optischen Elements so ausgebildet ist, dass das in Richtung der Abbildungseinrichtung reflektierte Licht hierauf in einer Richtung senkrecht zur Freigabefläche für reflektiertes Licht einfällt, lässt sich das optische System auf einfache Weise gestalten, wie unten stehend in einem dritten Beispiel der Erfindung erläutert wird (5 und 6). Falls das reflektierte Licht in einem vorgegebenen Brennpunkt konvergiert werden soll, kann die Freigabefläche für reflektiertes Licht als Teil der Oberfläche eines Kreises mit einem Brennpunkt in der Mitte ausgebildet werden.
  • Ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, besteht in einem Aufbau, in dem eine dünne Schicht aus einem Material mit einer spiegelnden Oberflächenwirkung auf dem konkaven Bereich der optischen Elements bereitgestellt wird, wobei die dünne Schicht als konvexer Rotationsspiegel wirkt. In diesem Fall können der konvexe Rotationsspiegel und das optische Element integriert hergestellt werden und die Größe der Abbildungsvorrichtung wird reduziert. Das Herstellungsverfahren der Abbildungsvorrichtung wird ebenso vereinfacht.
  • Der konvexe Rotationsspiegel kann aus einer konvexen Oberfläche eines aus einem metallischen Material gebildeten Elements hergestellt werden.
  • Aluminium, Silber, Platin, eine Nickel-Chrom Legierung, Gold und dergleichen stellen geeignete metallische Materialien zum Herstellen eines spiegelnden Oberflächeneffektes dar. Aluminium ist ideal im Hinblick auf die Reduzierung der Kosten der Abbildungsvorrichtung.
  • Somit ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile (1) einer Abbildungsvorrichtung, mit der verhindert werden kann, dass das Reflektionsvermögen von auf einen konvexen Rotationsspiegel einfallendem Licht abnimmt, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben; und (2) eine Abbildungsvorrichtung, mit der verhindert werden kann, dass Staub, Feuchtigkeit und dergleichen zwischen einen konvexen Rotationsspiegel und ein optisches Element tritt, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • Diese und weitere Vorteile der Erfindung erscheinen einem Fachmann beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Abbildungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1A zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung, und 1B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu;
  • 2A zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung, und 2B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu;
  • 3A zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung, und 3B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu;
  • 4A zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung, und 4B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu;
  • 5 zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem dritten Beispiel der Erfindung;
  • 6 zeigt einen Aufbau der Abbildungsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung;
  • 7 zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung; und
  • 8A zeigt einen schematischen Aufbau einer herkömmlichen Abbildungsvorrichtung und 8B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird die Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele mit Bezug auf die begleitenden Abbildungen erläutert.
  • (Beispiel 1)
  • 1A zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung, und 1B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu, die entlang einer Ebene aufgenommen ist, welche die Rotationsachse eines unten beschriebenen konvexen Rotationsspiegels 3 enthält.
  • Die Abbildungsvorrichtung 100 enthält eine konvexe Rotationsspiegeleinheit 1. Die konvexe Rotationsspiegeleinheit 1 enthält einen üblicherweise scheibenförmigen Grundkörper 2 und den auf dem Grundkörper 2 bereitgestellten konvexen Rotationsspiegel 3. Der konvexe Rotationsspiegel 3 weist eine Rotationsform auf mit einer Rotationsachse, die senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers 2 ist. Eine Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 ist beispielsweise hyperboloid. Alternativ hierzu kann die Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 hemisphärisch oder konisch sein.
  • Der konvexe Rotationsspiegel 3 ist aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium oder Edelstahl gebildet. Alternativ hierzu kann der konvexe Rotationsspiegel 3 ein Material mit einer spiegelnden Oberflächenwirkung aufweisen wie z. B. Aluminium, Silber, Platin, eine Nickel-Chrom-Legierung oder Gold, welche aus der Gasphase abgeschieden, gesputtert oder auf die Oberfläche beschichtet wurden.
  • Die Abbildungsvorrichtung 100 enthält zudem ein optisches Element 4, um die Oberfläche des Grundkörpers 2 und den konvexen Rotationsspiegel 3 zu bedecken. Eine Oberfläche des optischen Elements 4, gegenüber der konvexen Rotationsspiegeleinheit 1, weist einen konkaven Bereich 5 mit einer gekrümmten Oberfläche auf, die in einer zum Grundkörper 2 entgegen gesetzten Richtung hervortritt. Das optische Element 4 ist beispielsweise aus einem lichtdurchlässigen und feuchtigkeitsundurchlässigen Harz wie einem Acrylharz, Polycarbonat oder desgleichen oder Glas ausgebildet. Das optische Element 4 ist derart ausgebildet, dass dieses in engem Kontakt zum konvexen Rotationsspiegel 3 entlang des konkaven Bereichs 5 ist, verschieden von der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 8, die oben mit Bezug auf 8A und 8B erläutert wurde und einen Hohlraum zwischen dem optischen Element 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 aufweist.
  • Das optische Element 4 weist vorzugsweise eine Rotationsform mit einer Rotationsachse auf, die mit der Rotationsachse des konvexen Rotationsspiegels 3 übereinstimmt. Der Grund hierfür liegt darin, dass die optische Pfadlänge von einer äußeren Umfangsfläche des optischen Elements 4 zu einer Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 bei übereinstimmenden Rotationsachsen des optischen Elements 4 und des konvexen Rotationsspiegels 3 über dem Omniazimuthalwinkel von 360 Grad gleich groß ist. Dies ermöglicht eine Verarbeitung eines Bildsignals, das auf Basis von Licht erzielt wird, welches von dem konvexen Rotationsspiegel 3 reflektiert wird und ein Bild eines Objekts darstellt.
  • Die Abbildungsvorrichtung 100 enthält zudem eine typischerweise zylindrische Abbildungseinrichtung 8 auf der entgegengesetzten Seite zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 1 mit dem dazwischen positionierten optischen Element 4. Die Abbildungseinrichtung 8 enthält eine Linse 9 gegenüber einer Freigabefläche für reflektiertes Licht 7 des optischen Elements 4, die auf der zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 1 entgegengesetzten Seite ausgebildet ist. Die Linse 9 ist derart angeordnet, dass ihre optische Achse mit der Rotationsachse des konvexen Rotationsspiegels 3 übereinstimmt. Die Linse 9 konvergiert Licht, das von dem konvexen Rotationsspiegel 3 reflektiert wird. Die Abbildungseinrichtung 8 enthält ebenso eine Abbildungssektion 10, die auf der dem optischen Element 4 gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist mit der dazwischen positionierten Linse 9. Die Abbildungssektion 10 ist aus einer CCD oder dergleichen aufgebaut. Die Abbildungssektion 10 erzeugt ein Bildsignal, das ein Bild basierend auf dem von der Linse 9 konvergierten reflektierten Licht darstellt und gibt das Bildsignal an eine Signalverarbeitungssektion (nicht gezeigt) aus. Die Signalverarbeitungssektion passt die Verzerrung des Bildsignals an, das von der Abbildungssektion 10 ausgegeben wird.
  • Die Abbildungsvorrichtung 100 mit oben beschriebenem Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Licht 21 fällt auf die äußere Umfangsfläche des optischen Elements 4. Das einfallende Licht 21 wird von der äußeren Umfangsfläche des optischen Elements gebrochen und zu Licht 22. Das Licht 22 tritt durch das optische Element 4 hindurch und erreicht den konvexen Rotationsspiegel 3, der in engem Kontakt zum optischen Element 4 steht.
  • Das lichtdurchlässige Harz wie ein Acrylharz, Polycarbonat oder dergleichen, oder Glas, welches zur Ausbildung des optischen Elements 4 verwendet wird, weist einen Brechungsindex auf, der größer ist als derjenige von Luft bei Raumtemperatur. Beispielsweise weist ein lichtdurchlässiges Harz einen Brechungsindex von 1.49 bis 1.71 auf und Glas weist einen Brechungsindex von 1.52 bis 1.90 auf. Somit ist der Sichtwinkel der Abbildungsvorrichtung 100 breiter als derjenige der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 80 (8A und 8B), welche einen Hohlraum aufweist, der zwischen dem optischen Element 94 und dem konvexen Rotationsspiegel 93 mit Luft gefüllt ist.
  • Das auf den konvexen Rotationsspiegel 3 einfallende Licht 22 wird von der Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 reflektiert und zu reflektiertem Licht 41. Das reflektierte Licht 41 tritt durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7 des optischen Elements 4 und wird über die Linse 9 der Abbildungseinrichtung 8 konvergiert. Die Abbildungssektion 10 erzeugt ein Bildsignal, das ein Bild kennzeichnet, welches auf von der Linse 9 konvergiertem reflektiertem Licht 41 basiert und gibt das Bildsignal an die Signalverarbeitungssektion (nicht gezeigt) aus. Die Signalverarbeitungssektion passt die Verzerrung des Bildsignals, das von der Abbildungssektion 10 ausgegeben wird, an.
  • Wie oben im ersten Beispiel der Erfindung beschrieben wurde, steht das optische Element 4 in engem Kontakt zu dem konvexen Rotationsspiegel 3. Somit liegt keine Luft oder Feuchtigkeit zwischen dem optischen Element 4 und dem konvexen Rotationsspiegel 3 vor, verschieden von der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 80, die mit Bezug auf 8A und 8B beschrieben wurde. Mit einem derartigen Aufbau wird die Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 daran gehindert, durch Feuchtigkeit oder Luft zu korrodieren.
  • Ein nicht Teil der Erfindung bildendes Beispiel beschreibt eine alternative Struktur, bei der eine dünne Schicht eines Materials mit einer spiegelnden Oberflächenwirkung auf eine Oberfläche des konkaven Bereichs 5 des optischen Elements 4 ausgebildet sein kann, anstatt die konvexe Rotationsspiegeleinheit 1 bereitzustellen. Das Licht 22 wird von der dünnen Schicht reflektiert. Über einen solchen alternativen Aufbau können die Größe der Abbildungsvorrichtung reduziert und der Herstellungsprozess der Abbildungsvorrichtung vereinfacht werden. Zusätzlich kann eine Schicht aus einem Harz oder weiteren lichtdurchlässigen Materialien auf eine Oberfläche der dünnen Schicht, gegenüber der das Licht 22 reflektierenden Oberfläche, ausgebildet werden. Somit lässt sich die Verschlechterung des optischen Elements 4 aufgrund von Oxidation oder dergleichen vermeiden. Der konvexe Rotationsspiegel 3 und das optische Element 4 können getrennt voneinander hergestellt werden.
  • 2A zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung, und 2B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu, die entlang einer die Rotationsachse des konvexen Rotationsspiegels 3 einschließenden Ebene aufgenommen ist. Elemente, die mit oben in Bezug auf 1A und 1B beschriebenen Elementen übereinstimmen, tragen identische Bezugskennzeichen und auf eine detaillierte Beschreibung hiervon wird verzichtet.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt ist, enthält die Abbildungsvorrichtung 200 ein optisches Element 4A, das typischerweise zylindrisch ist. Ein solcher Aufbau zeigt eine im Wesentlichen mit der Wirkung der Abbildungsvorrichtung 100 übereinstimmende Wirkung.
  • 3A zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung 300 gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung, und 3B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu entlang einer Ebene, welche die Rotationsachse des konvexen Rotationsspiegels 3 enthält. Elemente, die mit oben in Bezug auf 1A und 1B beschriebenen Elementen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugskennzeichen, und auf eine detaillierte Beschreibung hiervon wird verzichtet.
  • Wie in 3A und 3B gezeigt ist, enthält die Abbildungsvorrichtung 300 ein optisches Element 4B, das mit der in einer Abbildungseinrichtung 8B enthaltenen Linse 9B integriert ausgebildet ist.
  • Falls das optische Element 4B mit der Linse 9B integriert ausgebildet ist, werden die folgenden Vorteile erzielt. Indem die Linse 9B vorab hinsichtlich Form und Position in Bezug auf das optische Element 4B gestaltet und hergestellt wird, kann der Herstellungsprozess den Schritt des Abstimmens der Position der Linse 9b in Bezug auf das optische Element 4 aussparen und ebenso lässt sich die Anzahl der Komponenten des optischen Systems reduzieren. Somit wird die Produktionseffizienz erhöht.
  • Die Abbildungsvorrichtungen 100, 200 und 300 weisen ebenso den Vorteil einer höheren mechanischen Belastbarkeit auf, da die optischen Elemente 4, 4A und 4B im Innern fest sind.
  • (Beispiel 2)
  • 4A zeigt einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung 400 gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung und 4B zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene, welche die Rotationsachse eines konvexen Rotationsspiegels 3 einschließt. Elemente, die mit oben in Bezug auf 1A und 1B beschriebenen Elementen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugskennzeichen und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
  • Eine Abbildungsvorrichtung 400 enthält ein optisches Element 4C. Das optische Element 4C weist eine Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C auf der zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 1 gegenüberliegenden Seite auf. Die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C weist eine gekrümmte Oberfläche auf, die in Richtung des konvexen Rotationsspiegels 3 hervorragt. Das optische Element 4C ist aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet.
  • Eine üblicherweise zylindrische Abbildungseinrichtung 8C ist auf der zur konvexen Rotationsspiegeleinheit 1 gegenüberliegenden Seite mit dem dazwischen positionierten optischen Element 4C vorgesehen. Die Abbildungseinrichtung 8C bedeckt die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C des optischen Elements 4C. Die Abbildungseinrichtung 8 enthält eine Linse 9C. Die Linse 9C steht in engem Kontakt mit der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C. Die Linse 9C ist aus einem lichtdurchlässigen Material ge bildet. Das lichtdurchlässige Material, das zur Ausbildung der Linse 9C verwendet wird, weist einen Brechungsindex auf, der größer ist als derjenige des lichtdurchlässigen Materials, welches zur Ausbildung des optischen Elements 4C verwendet wird. Das lichtdurchlässige Material, das zur Ausbildung der Linse 9C verwendet wird, besteht beispielsweise aus Bleiglas mit einem Brechungsindex von 1.92 oder Diamant mit einem Brechungsindex von 2.42.
  • Die Abbildungsvorrichtung 400 mit obigem Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Licht, das auf eine äußere Umfangsfläche des optischen Elements 4C trifft, wird von der äußeren Umfangsfläche gebrochen, tritt durch das optische Element 4C und wird zum konvexen Rotationsspiegel 3 gerichtet, der in engem Kontakt mit dem optischen Element 4C steht. Das auf den konvexen Rotationsspiegel 3 auffallende Licht wird von einer Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 reflektiert und tritt durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C des optischen Elements 4C als reflektiertes Licht und fällt direkt auf die Linse 9C, welche in engem Kontakt mit der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C ist. Das reflektierte Licht wird dann von der Linse 9C konvergiert.
  • Die Abbildungssektion 10 erzeugt ein Bildsignal, das ein Bild kennzeichnet, welches auf dem von der Linse 9C konvergierten reflektierten Licht basiert und gibt das Bildsignal an die Signalverarbeitungssektion (nicht gezeigt) aus. Die Signalverarbeitungssektion passt die Verzerrung des Bildsignals an, das von der Abbildungssektion 10 ausgegeben wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, steht die Linse 9C in engem Kontakt mit dem optischen Element 4C. Somit fällt das von dem konvexen Rotationsspiegel 3 reflektierte Licht direkt von der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C auf die Linse 9C, anstatt durch die Luftschicht, welche zwischen der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7 und der Linse 9 vorliegt, wie dies bei der Abbildungsvorrichtung 100 (1A und 1B) der Fall ist.
  • Der Brechungsindex des optischen Elements 4C, das die Freigabefläche 7C für reflektiertes Licht in der Abbildungsvorrichtung 400 aufweist, ist größer als der Brechungsindex der Luftschicht in der Abbildungsvorrichtung 100. Somit muss die Krümmung der Linse 9C, welche das einfallende Licht von der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C direkt empfängt, größer sein als diejenige der Linse 9, welche das einfallende Licht über die Luftschicht emp fängt. Das ist der Grund, weshalb die Linse 9C aus Bleiglas, Diamant oder dergleichen ausgebildet ist, welche einen vergleichsweise großen Brechungsindex aufweisen. Da ein Material mit einem größeren Brechungsindex vergleichsweise teuer ist, wird das optische Element 4C aus einem Material mit einem kleinen Brechungsindex ausgebildet und ist somit vergleichsweise günstig.
  • Dort wo die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7C des optischen Elements 4C in engem Kontakt mit der Linse 9C der Abbildungseinrichtung 8C ist, werden die folgenden Vorteile angegeben, die denjenigen der Abbildungsvorrichtung 300, welche oben mit Bezug auf 3A und 3B beschrieben wurde, ähnlich sind. Indem die Linse 9C vorab hinsichtlich Form und Position in Bezug auf das optische Element 4C gestaltet und hergestellt wird, kann der Herstellungsprozess den Schritt des Abstimmens der Position der Linse 9C in Bezug auf das optische Element 4C aussparen und ebenso lässt sich die Anzahl der Komponenten des optischen Systems reduzieren. Somit wird die Produktionseffizienz erhöht.
  • (Beispiel 3)
  • 5 und 6 zeigen einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung 500 gemäß einem dritten Beispiel der Erfindung. Elemente, die mit oben in Bezug auf 1A und 1B verwendeten Elementen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugskennzeichen und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet. Die Abbildungsvorrichtung 500 unterscheidet sich von der Abbildungsvorrichtung 100 (1A und 1B) dadurch, dass diese ein optisches Element 4D anstelle des optischen Elements 4 enthält.
  • Das optische Element 4D weist eine derart ausgebildete äußere Umfangsfläche auf, dass Licht hierauf senkrecht einfällt (5). Das optische Element 4D enthält eine Freigabefläche für reflektiertes Licht 7D, die so ausgebildet ist, dass das von dem konvexen Rotationsspiegel 3 reflektierte Licht in einer hierzu senkrechten Richtung hindurchtritt (6).
  • Die Abbildungsvorrichtung 500 mit obigem Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Licht 23, das auf die äußere Umfangsfläche des optischen Elements 4D trifft, verläuft geradlinig ohne von der äußeren Umfangsfläche gebrochen zu werden, tritt durch das optische Element 4D und wird auf den konvexen Rotationsspiegel 3 gerichtet, der in engem Kontakt mit dem optischen Element 4D steht. Das einfallende Licht 23 wird dann von einer Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 als reflektiertes Licht 42 reflektiert. Das reflektierte Licht 42 tritt geradlinig durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7D ohne gebrochen zu werden und wird von einer Linse (nicht gezeigt), die in der Abbildungseinrichtung 8 enthalten ist, konvergiert. Eine Abbildungssektion (nicht gezeigt) der Abbildungseinrichtung 8 erzeugt ein Bildsignal, das ein Bild kennzeichnet, welches auf dem von der Linse konvergierten reflektierten Licht 42 basiert, und gibt das Bildsignal an eine Signalverarbeitungssektion (nicht gezeigt) aus. Die Signalverarbeitungssektion passt die Verzerrung des Bildsignals, welches von der Abbildungssektion ausgegeben wird, an.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist die äußere Umfangsfläche des optischen Elements 4D so ausgebildet, dass das Licht in einer hierzu senkrechten Richtung einfällt. Deshalb schreitet das einfallende Licht 23 unabhängig vom Brechungsindex des zur Ausbildung des optischen Elements 4D verwendeten Materials geradlinig voran, ohne von der äußeren Umfangsfläche gebrochen zu werden. Die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7D ist derart ausgebildet, dass diese das Licht in einer hierzu senkrechten Richtung hindurchlässt. Deshalb tritt das reflektierte Licht 42 ohne gebrochen zu werden und unabhängig vom Brechungsindex des zur Ausbildung des optischen Elements 4D verwendeten Materials geradlinig durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7D. Somit kann das optische System ohne Beachtung des Brechungsindex des optischen Elements 4D hinsichtlich des einfallenden oder gebrochenen Lichts gestaltet werden. Da das Material für das optische Element 4D unabhängig vom Brechungsindex ausgewählt werden kann, lässt sich das optische System einfacher gestalten.
  • In dem in 5 und 6 gezeigten Beispiel ist der konvexe Rotationsspiegel 3 derart gestaltet, dass dieser das reflektierte Licht 42 auf einen bestimmten Brennpunkt konvergiert. In diesem Fall kann die Freigabefläche für reflektiertes Licht 7D als Teil der Oberfläche eines Kreises mit dem Brennpunkt in der Mitte gestaltet werden.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Abbildungsvorrichtung 600 gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung. Elemente, die mit oben in Bezug auf 5 und 6 beschriebenen Elementen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugskennzeichen und auf eine detaillierte Be schreibung derselben wird verzichtet. Die Abbildungsvorrichtung 600 unterscheidet sich von der Abbildungsvorrichtung 500 dadurch, dass die Abbildungsvorrichtung 600 ein optisches Element 4E anstelle des optischen Elements 4D enthält.
  • Das optische Element 4E weist eine äußere Umfangsfläche auf, die zur Brechung des darauf einfallenden Lichtes ausgebildet ist. Das optische Element 4E enthält eine Freigabefläche für reflektiertes Licht 7E, die ausgebildet ist, um das von dem konvexen Rotationsspiegel 3 reflektierte Licht zu brechen.
  • Die Abbildungsvorrichtung 600 mit oben erläutertem Aufbau arbeitet wie folgt.
  • Licht 26, das auf die äußere Umfangsfläche des optischen Elements 4E einfällt, wird von der äußeren Umfangsfläche gebrochen und zu Licht 28. Das Licht 28 tritt durch das optische Element 4E und wird auf den konvexen Rotationsspiegel 3 gerichtet, der in engem Kontakt zum optischen Element 4E steht. Das Licht 28 wird dann von einer Oberfläche des konvexen Rotationsspiegels 3 in reflektiertes Licht 47 reflektiert. Das reflektierte Licht 47 wird von der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7E gebrochen, tritt durch die Luftschicht zwischen der Freigabefläche für reflektiertes Licht 7E und der Abbildungseinrichtung 8 und wird von einer Linse (nicht gezeigt), die in der Abbildungseinrichtung 8 enthalten ist, konvergiert. Eine Abbildungssektion (nicht gezeigt) der Abbildungseinrichtung 8 erzeugt ein Bildsignal, das ein Bild kennzeichnet, welches auf dem von der Linse konvergierten reflektierten Licht 47 basiert und gibt das Bildsignal an eine Signalverarbeitungssektion (nicht gezeigt) aus. Die Signalverarbeitungssektion berichtigt die Verzerrung des Bildsignals, das von der Abbildungssektion ausgegeben wird.
  • In 7 kennzeichnet die gestrichelte Linie 27 einfallendes Licht in der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 80, die mit Bezug auf 8A und 8B beschrieben wurde. In der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 80 sind das auf das optische Element 94 einfallende Licht und das von dem optischen Element 94 in Richtung des konvexen Rotationsspiegels 93 gerichtete Licht aufgrund der Dünnheit des hohlen optischen Elements 94 näherungsweise parallel zueinander. Somit wird das einfallende Licht 27 zu Licht 28. In der Abbildungsvorrichtung 600 im dritten Beispiel der Erfin dung erreicht das auf das optische Element 4E einfallende Licht 26 das optische Element 4E entlang eines Pfads oberhalb von dem Pfad des Lichts 27. Deshalb ist der Sichtwinkel der Abbildungsvorrichtung 600 breiter als derjenige der herkömmlichen Abbildungsvorrichtung 80.
  • Somit wird der Sichtwinkel der Abbildungsvorrichtung bei dem Aufbau, in dem Licht von der äußeren Umfangsfläche des optischen Elements 4E gebrochen wird, vergrößert.
  • Bei dem Aufbau, in dem eine äußere Umfangsfläche des optischen Elements sphärisch ist, d. h. becherförmig, wird der Einfluss des reflektierten Lichtes innerhalb des optischen Elements beseitigt. Bei dem Aufbau, in dem der konvexe Rotationsspiegel 3 eine hyperboloide Form hat, lassen sich die Bilddaten, welche das von der Abbildungseinrichtung aufgenommene Bild kennzeichnen, auf einfache Weise in Bilddaten umwandeln, die eine perspektivische Ansicht oder eine Panoramaansicht kennzeichnen.
  • Wie oben erläutert wurde, gibt diese Erfindung eine Abbildungsvorrichtung an, mit der eine Abnahme im Reflektionsvermögen des auf einen konvexen Rotationsspiegel einfallenden Lichtes verhindert wird, als auch ein Verfahren zum Herstellen derselben; sowie eine Abbildungsvorrichtung, mit der verhindert werden kann, dass Staub, Feuchtigkeit oder desgleichen zwischen einen konvexen Rotationsspiegel und ein optisches Element tritt, als auch ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • Verschiedene weitere Modifikationen erscheinen einem Fachmann ersichtlich und lassen sich von diesem entsprechend den begleitenden Patentansprüchen umsetzen.

Claims (6)

  1. Abbildungsvorrichtung mit: einer konvexen Spiegeleinheit einschließlich eines Grundkörpers mit einer konvexen Oberfläche (2) und eines konvexen Spiegels (3) zum Reflektieren von einfallendem Licht, das ein Objekt darstellt, wobei der konvexe Spiegel auf der konvexen Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet ist und die Form eines Rotationskörpers einnimmt; einer Abbildungseinrichtung (8) zum Aufnehmen eines Bildes, das über vom konvexen Spiegel reflektiertes Licht dargestellt wird; und einem optischen Element (4D) zum Führen des einfallenden Lichtes in Richtung des konvexen Spiegels sowie zum Führen des reflektierten Lichtes in Richtung der Abbildungseinrichtung, wobei das optische Element einen konkaven Bereich aufweist, der in engem Kontakt mit dem konvexen Spiegel ist, um diesen zu bedecken, wobei das optische Element eine äußere Umfangsfläche und eine Freigabefläche für reflektiertes Licht (7D) aufweist, und die Anordnung derart ist, dass Licht (23), welches auf die äußere Umfangsfläche in einer hierzu senkrechten Richtung einfällt, von dem konvexen Spiegel reflektiert wird und dann durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht in einer hierzu senkrechten Richtung auf die Abbildungseinrichtung reflektiert wird.
  2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der konvexe Spiegel zum Konvergieren des reflektierten Lichtes in einen Brennpunkt angeordnet ist und die Freigabefläche für reflektiertes Licht einen Teil einer Oberfläche einer Sphäre darstellt, die in ihrem Zentrum den Brennpunkt aufweist, in dem das reflektierte Licht konvergiert wird.
  3. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der konvexe Spiegel aus einem metallischen Material besteht.
  4. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der konvexe Spiegel aus Aluminium besteht.
  5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der konvexe Spiegel als Ergebnis einer Gasphasenabscheidung, eines Sputtervorgangs oder eines Metallisierungsvorgangs eines Materials mit Hochglanzspiegeleigenschaften ausgebildet ist.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Veranlassen, dass der konkave Bereich des optischen Elements (4D) in engem Kontakt mit dem konvexen Spiegel (3) ist, der auf der konvexen Oberfläche des Grundkörpers (2) ausgebildet ist, so dass das optische Element den konvexen Spiegel bedeckt; und Befestigen der Abbildungseinrichtung (8) an dem optischen Element, so dass das reflektierte Licht auf die Abbildungseinrichtung fällt, wobei das optische Element eine äußere Umfangsfläche und eine Freigabefläche für reflektiertes Licht (7D) aufweist, und die Anordnung im montierten Zustand derart ist, dass auf die äußere Umfangsfläche in einer hierzu senkrechten Richtung einfallendes Licht von dem konvexen Spiegel reflektiert wird und dann durch die Freigabefläche für reflektiertes Licht hindurch in einer hierzu senkrechten Richtung auf die Abbildungseinrichtung reflektiert wird.
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