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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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2. BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNIK:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Abbildungsvorrichtung 80 mit oben erläutertem Aufbau funktioniert
wie folgt.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der konvexe Spiegel aus einem metallischen Material ausgebildet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der konvexe Spiegel aus Aluminium ausgebildet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der konvexe Spiegel als Ergebnis einer Gasphasenabscheidung,
eines Sputtervorgangs oder eines Metallisierungsvorgangs eines Materials
mit Hochglanzeigenschaften ausgebildet.
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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.
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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.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das optische Element einen Brechungsindex auf,
der kleiner ist als der Brechungsindex der Linse.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Erfindung erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
konvexe Rotationsspiegel kann aus einer konvexen Oberfläche eines
aus einem metallischen Material gebildeten Elements hergestellt
werden.
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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.
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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.
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Diese
und weitere Vorteile der Erfindung erscheinen einem Fachmann beim
Lesen und Verstehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit
Bezug auf die begleitenden Abbildungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1A zeigt
einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem
ersten Beispiel der Erfindung, und 1B zeigt
eine Querschnittsansicht hierzu;
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2A zeigt
einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Beispiel der Erfindung, und 2B zeigt
eine Querschnittsansicht hierzu;
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3A zeigt
einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Beispiel der Erfindung, und 3B zeigt
eine Querschnittsansicht hierzu;
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4A zeigt
einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem
zweiten Beispiel der Erfindung, und 4B zeigt
eine Querschnittsansicht hierzu;
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5 zeigt
einen schematischen Aufbau einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem
dritten Beispiel der Erfindung;
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6 zeigt
einen Aufbau der Abbildungsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel der
Erfindung;
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7 zeigt
einen schematischen Aufbau einer weiteren Abbildungsvorrichtung
gemäß dem dritten
Beispiel der Erfindung; und
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8A zeigt
einen schematischen Aufbau einer herkömmlichen Abbildungsvorrichtung
und 8B zeigt eine Querschnittsansicht hierzu.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
wird die Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele mit Bezug
auf die begleitenden Abbildungen erläutert.
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(Beispiel 1)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Abbildungsvorrichtung 100 mit oben beschriebenem Aufbau
arbeitet wie folgt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Beispiel 2)
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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.
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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.
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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.
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Die
Abbildungsvorrichtung 400 mit obigem Aufbau arbeitet wie
folgt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Beispiel 3)
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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.
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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).
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Die
Abbildungsvorrichtung 500 mit obigem Aufbau arbeitet wie
folgt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Abbildungsvorrichtung 600 mit oben erläutertem Aufbau arbeitet wie
folgt.
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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.
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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.
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Somit
wird der Sichtwinkel der Abbildungsvorrichtung bei dem Aufbau, in
dem Licht von der äußeren Umfangsfläche des
optischen Elements 4E gebrochen wird, vergrößert.
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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.
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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.
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Verschiedene
weitere Modifikationen erscheinen einem Fachmann ersichtlich und
lassen sich von diesem entsprechend den begleitenden Patentansprüchen umsetzen.