WO2017137476A1 - Mehrwege-prisma - Google Patents

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WO2017137476A1
WO2017137476A1 PCT/EP2017/052820 EP2017052820W WO2017137476A1 WO 2017137476 A1 WO2017137476 A1 WO 2017137476A1 EP 2017052820 W EP2017052820 W EP 2017052820W WO 2017137476 A1 WO2017137476 A1 WO 2017137476A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
prism
prisms
stack structure
path
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/052820
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Antrack
Mario Sondermann
Original Assignee
Carl Zeiss Jena Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Jena Gmbh filed Critical Carl Zeiss Jena Gmbh
Publication of WO2017137476A1 publication Critical patent/WO2017137476A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/1013—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for colour or multispectral image sensors, e.g. splitting an image into monochromatic image components on respective sensors

Definitions

  • Various embodiments of the invention relate to an optical assembly comprising a stacked structure having at least three prisms. Further embodiments of the invention relate to a corresponding lens mount for a camera.
  • Multi-prism optical arrangements are used to split or merge light into multiple channels.
  • the splitting or combination of the light for example, in terms of
  • FIG. Figure 1 illustrates an optical arrangement 100 known in the art.
  • the optical arrangement 100 comprises four prisms 121, 122, 123, 124 in a stacked structure, each of which splits light 1 10 into a corresponding channel 1 1 1, 1 12, 1 13, 1 14. Between the prisms 122 and 123 and within the stack structure, a wedge 131 is disposed. Therefore, the channels 1 1 1, 1 12 with respect to the channels 1 13,
  • FIG. 2 Another optical arrangement is known from US 6,181,414 B1: FIG. 2 known. in the
  • the channels are all in one plane and the wedge 131 is omitted.
  • These optical arrangements can have certain disadvantages.
  • the corresponding stack structure can be comparatively complex.
  • a required space for implementing a stack structure comprising the prisms used may be comparatively large.
  • the resulting optical device may require a comparatively large amount of space.
  • the required installation space per channel can be comparatively large.
  • an optical arrangement comprises a stacked structure.
  • the stack structure comprises at least three prisms. Each of the prisms has a first surface and an opposite second surface.
  • the optical assembly also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stack structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and is connected to the main optical path by partial reflection of light at the second surface of the corresponding prism and at the first surface of the corresponding prism
  • the stack structure can be obtained, for example, by stacking the different prisms.
  • Adjacent prisms can adjoin one another, ie be arranged next to one another without further interposed optical components made of glass.
  • an air gap and / or a filter may be arranged between adjacent prisms of the stack structure. Air within the air gap and glass of the various prisms can be so different optical media, ie
  • Stack structure or the optical arrangement can be achieved.
  • the stack structure can comprise one or more further optical elements, in addition to the prisms, which are not formed as a prism.
  • the optical assembly it would be possible for the optical assembly to have an optical disk disposed within the stacked structure of the prisms.
  • the optical disk unlike a prism, may have two surfaces oriented parallel to one another, each of which surfaces may be disposed adjacent to a corresponding surface of an adjacent prism.
  • a first prism of the stack structure may form the outer prism.
  • the outer prism may limit the stack structure.
  • another outer prism may be arranged on the other side of the stack structure.
  • further prisms can be arranged.
  • a prism may define a geometric body having a polygon as the base and whose side edges are parallel and equal in length, for example.
  • the prism may define a geometric body having a triangle as a base.
  • the first surface and the second surface can for example, not be arranged parallel to each other, ie include an angle (prism angle) with each other.
  • the prism may have a glass body defining the first surface and the second surface.
  • the glass body can also define further surfaces, for example an exit surface.
  • the exit surface may be disposed perpendicular to the respective optical subpath, so that no or no significant deflection of the light along the
  • the prisms of the stack structure may be peasant enemy prisms.
  • the Bauernfeind prism can achieve a deflection of the optical subpath from the main optical path in the range of 45 ° to 60 °.
  • the Bauernfeind prism selects light through a partial reflection and a total reflection.
  • suitable choice of the prism angle can be achieved that partial reflection and / or total reflection occurs within the prism.
  • the partial reflection and / or total reflection can be further made possible by the air gaps between adjacent areas of adjacent prisms and / or filters.
  • the main optical path may be, for example, that path of the light through the
  • the main optical path may denote the path of light through the stack structure that does not undergo reflection at the various first and second surfaces of the prisms. Accordingly, the optical sub-paths can each designate the paths, the light, which
  • the prisms of the stack structure are all identically shaped. This may mean that the first and second surfaces of the prisms have the same dimensions and the different prisms also have the same prism angles.
  • the optical assembly may also include a wedge having a first surface and a second surface.
  • the wedge may be disposed in the main optical path adjacent to the first surface of an outer prism of the stack structure.
  • the second surface of the wedge is arranged, for example, parallel to the first surface of the outer prism.
  • the wedge is optional.
  • the optical arrangement can be constructed comparatively simple and less complex.
  • a wedge angle of the wedge is in the range of 40% to 60% of the prism angle of the prisms of the stack structure. This means that it is possible that the wedge angle of the wedge is approximately half the prism angle of the prisms of the stack structure. With such a wedge angle, it can be particularly easily possible to ensure that identically shaped prisms or prisms with the same prism angle can be used. It is possible that the main optical path and the optical subpaths within the stacking structure all lie in one plane. This means that a rotation of the channels can be avoided. It may thus be possible to ensure a particularly simple arrangement of detectors and / or light sources within the various channels. In particular, the installation space of the optical arrangement can be reduced.
  • each prism of the stack structure it is possible for each prism of the stack structure to continue to have one
  • Exit surface comprises.
  • the exit surface can be perpendicular to the corresponding be arranged optical sub-path.
  • the optical assembly may further comprise, for at least one prism of the stack structure, an optical disk disposed in the respective optical sub-path adjacent to the exit surface of the corresponding prism.
  • the optical disk may have a first surface and a second surface parallel to each other and further parallel to the corresponding exit surface
  • different thickness optical disks can ensure that light associated with different channels of the optical assembly will each pass the same glass path. At the same time can be ensured by the provision of the optical disks as identical as possible construction of the various prisms.
  • the optical assembly may further include, for at least one prism of the stack structure, one adjacent the corresponding optical subpath
  • Exit surface of the corresponding prism arranged further optical wedge with a first surface and a second surface.
  • the first and second surfaces of the further optical wedge may include a wedge angle with each other.
  • the first surface of the further optical wedge may be parallel to the corresponding one
  • a filter can be arranged on the second surface of the optical wedge. Partial reflection may take place on the second surface of the further optical wedge.
  • a splitting of the corresponding optical subpath can be achieved; This may make it possible to provide more than one channel per prism. In this way, the required installation space per channel can be reduced.
  • the exit surfaces of second nearest-adjacent prisms of the stack structure may be parallel to one another. It is possible that the second nearest-neighbor prisms of the stack structure - e.g. defined with respect to the main optical path - define spatially adjacent and parallel to each other oriented exit surfaces.
  • the parallel exit surfaces may be staggered, e.g. parallel to the respective optical
  • Detectors and / or light sources can be achieved in the different channels. To the For example, it may be possible to focus detectors and / or light sources coupled in the various channels.
  • the optical assembly comprises a filter for at least some or each prism of the stack structure.
  • the respective filter may, for example, be arranged parallel to the corresponding second surface of the corresponding prism.
  • the various filters can perform the partial reflection with respect to the spectral range and / or the polarization and / or the transmission of light.
  • the filter could be a high pass filter or a low pass filter that selectively passes blue light or red light.
  • the filter could also be one
  • Bandpass filter which allows light to selectively pass with certain colors of the spectrum. Such filters perform the partial reflection with respect to the spectral range.
  • the filter could also be spectrally insensitive, i. all spectral ranges
  • the filter could specify a certain transmission value.
  • the transmission value could e.g. range from 1% to 99%.
  • Such filters can perform the partial reflection on the transmission of light. Typically, high transmission of light in the range of 95% -99% is used so that only a small portion of the light is reflected. In this case, the transmission can take place uniformly for the relevant spectral ranges, that is to say not be wavelength-selectively formed.
  • the filter could also be a polarizing filter which reflects certain polarization of the light. In some examples, it would be possible for at least some prisms of the
  • Stack structure have a filter that the partial reflection in terms of
  • Spectral range performs. It would be possible, for example, that the filters of the at least some prisms of the stack structure along the main optical path and in Reference to a corner frequency of the respective spectral range ascending or descending sorted are arranged. In other words, this may mean that successive ascending or descending spectral ranges are addressed by the filters. For example, only a far-infrared spectral region (FIR, sometimes near infrared long, NIR-ion) could be addressed by an appropriate filter, ie, separated from the main optical path, or merged with the main optical path. Then one could then
  • NIR Near-infrared spectral range
  • a suitable filter i. be separated from the main optical path or combined with the main optical path.
  • a spectral range in the visible spectrum (engl, visible, VIS) could then be addressed by a suitable filter, i. be separated from the main optical path or combined with the main optical path.
  • VIS-NIR-FIR instead of FIR-NIR-VIS.
  • Transmission and spectral range perform are arranged. For example, it may be possible to define two channels for specific spectral regions of the light, which have different intensities of light of the light of the respective optical secondary paths. Such an override or
  • the optical arrangement comprises at least one channel for each prism of the stack structure.
  • Each channel may, for example, comprise an active optical element.
  • active optical elements include: light source and / or detector. The light source and / or the detector can be arranged in the corresponding optical secondary path outside the stack structure.
  • the active optical elements of second nearest-adjacent prisms are arranged at different distances from the main optical path.
  • the active optical elements of the next nearest-neighbor prisms are nearest to each other in spatial space and are arranged, for example, on the same side of the main optical path. Due to the different distances from the main optical path can be achieved that the same glass path is used for the different channels.
  • a particularly space-efficient arrangement of the various active optical elements can be achieved.
  • a staggered arrangement of the various active optical elements in a direction perpendicular to the main optical path would be possible.
  • a first active optical element of a first channel to have a first distance to the main optical path and a second active optical element of a second channel located adjacent to the first active optical element to have a second distance to the main optical path.
  • the first distance could be at least a factor of 2.0 greater than the second distance, optionally at least a factor of 2.6, further optionally at least a factor of 2.8.
  • This may correspond, for example, to the above-mentioned staggered arrangement, so that the space can be utilized efficiently.
  • a channel can thus denote those elements which are used for reading or
  • the light source may be a light-emitting diode (LED) or a laser.
  • the light source may emit monochromatic light or light in a particular spectral range.
  • the light source may emit white light.
  • Another example of a light source is eg a display with several pixels.
  • a light source is a digital micromirror device (DMD).
  • DMD digital micromirror device
  • MOEMS Microoptoelectromechanical systems
  • the optical arrangement comprises more channels than prisms. In particular, it may be possible to separate more than one channel per prism.
  • At least one channel can also be assigned to the main optical path.
  • the stack structure it would be possible for the stack structure to include four prisms; at the same time, the optical arrangement may comprise at least five channels, for example seven channels.
  • the channels may include detectors each having a sensor plane.
  • each sensor plane may include a multi-pixel pixel matrix.
  • the sensor plane may be formed by a CMOS sensor or a CCD sensor.
  • Sensor planes may for example be defined on a substrate, for example of silicon.
  • the substrate may be implemented by a chip.
  • the chip in turn can be mounted on a printed circuit board.
  • Parallel sensor planes can ensure a particularly simple relative arrangement of the various detectors to each other.
  • the various detectors can be mounted on a common carrier.
  • the optical arrangement comprises a positioning mechanism.
  • the positioning mechanism may be configured to adjust the sensor planes of the detectors of second nearest-adjacent prisms, i. parallel sensor planes, coupled to position.
  • a particularly simple positioning mechanism may be configured to adjust the sensor planes of the detectors of second nearest-adjacent prisms, i. parallel sensor planes, coupled to position.
  • the positioning mechanism can, for example, achieve an adjustment of the sensor planes which are parallel to one another by equal amounts along the various optical secondary paths.
  • the positioning mechanism which positions two parallel sensor planes, may have only a single motor used to position both sensor planes. It is also possible to perform a correlated positioning of the sensor planes perpendicular to the optical branch paths parallel to the sensor plane.
  • the sensor planes of two of the detectors may be offset perpendicular to the corresponding optical sub-path by a distance that is smaller than that
  • a lens mount for a camera comprises a stack structure comprising at least four prisms. Each of the at least four prisms has a first surface and an opposite second surface, respectively.
  • the lens mount also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the objective terminal includes, for each of the prisms of the stacked structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is partially reflected by light at the second surface of the corresponding prism connected to the main optical path and undergoes total reflection at the first surface of the corresponding prism , It is possible that all adjacent faces of juxtaposed prisms of the stack structure are parallel to one another.
  • the lens mount may include the optical arrangement according to another embodiment.
  • effects comparable to those for the optical arrangement according to others can be achieved
  • Embodiments can be achieved.
  • FIG. Figure 1 illustrates a multipath prism known in the art.
  • FIG. 2 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism comprises four prisms and five channels.
  • FIG. 3 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism comprises three prisms and five channels, the multipath prism further comprising a wedge disposed in front of an outer prism.
  • FIG. 4 schematically illustrates the optical path of light through the multipath prism of FIG. 3.
  • FIG. 5 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism comprises four prisms and seven channels, the multipath prism further comprising a wedge disposed in front of an outer prism.
  • FIG. Figure 6 illustrates a camera with two multi-path prisms according to the prior art.
  • FIG. FIG. 7 illustrates a camera according to various embodiments, wherein an objective port of the camera is a multipath prism according to various embodiments
  • Embodiments comprises.
  • FIG. 8 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism comprises four prisms and five channels.
  • FIG. 9 illustrates one along the main optical path of the multipath prism according to the example of FIG. 8 sorted arrangement of filters that cause partial reflection according to various embodiments alternately with respect to the transmission and the spectral range.
  • FIG. 10 schematically illustrates the dimensions of the multipath prism according to the example of FIG. 8 with respect to the B4 standard for a lens mount.
  • FIG. 1 1 schematically illustrates the aperture angles of beam paths of the multi-path prism according to the example of FIG. 8th.
  • the techniques described herein are based on the use of a multipath prism.
  • the multi-path prisms described herein include four channels, five channels, six channels, seven channels, or more channels.
  • the multipath prisms described herein comprise a stack structure that includes a plurality of Includes prisms.
  • the stack structure may include three or more prisms.
  • optical arrangements can be used in a wide variety of applications.
  • An example application is, for example, a lighting
  • a subpixel overlay may be generated by a corresponding offset between the light sources of the different channels.
  • Other applications include, for example
  • Coupling of laser pointers, markers, autofocus beam paths, calibration beam paths or measuring beam paths is a detection device, such as a camera.
  • Image information is split into the different channels.
  • the splitting may occur with respect to different spectral ranges, such as FIR, NIR and VIS.
  • a sub-pixel overlay may be desirable by a corresponding offset between the detectors of the different channels, for example images with increased
  • Measurements or polarization measurements can be used.
  • the techniques described herein enable a multipath prism that requires relatively little space. Furthermore, the corresponding multi-way prism can have a comparatively low weight. The complexity of the design of the corresponding multi-path prism can also be comparatively low. The mechanical effort to
  • FIG. Figure 2 illustrates an exemplary multipath prism.
  • four prisms 221, 222, 223, 224 are arranged sequentially.
  • Incident light 110 traverses along an optical main path 250 first the outer prism 221 and then the further prisms 222, 223, 224.
  • the prisms 221, 222, 223, 224 form a stack structure 201.
  • the prisms 221-224 are stacked such that the main optical path 250 alternately crosses first surfaces 261 and second surfaces 262 of the prisms 221-224.
  • bottom left is an enlargement of the transition between a second surface 262 and a first surface 261 exemplified by the prisms 221, 222nd
  • the magnification is exemplified for two positions along the boundary between the prisms 221, 222.
  • the transition has no dependence on the position along the boundary between the prisms 221, 222. It is therefore possible that the surfaces 261, 262 are uniform.
  • an air gap 965 is present between the surfaces 261, 262, an air gap 965 is present.
  • the air gap 965 is shown in the example of FIG. 2 formed between the filter 266 and the surface 261.
  • the air gap 965 causes total reflection at the surface 261 due to the sufficiently large angles of incidence of the light partially reflected by the surface 262.
  • angle of incidence is defined as the angle to the normal to the surface.
  • the stack structure 201 for each prism comprises a filter 266 which is arranged parallel to the corresponding second surface 262.
  • the corresponding second surface may integrally form the respective filter 266, ie comprise it.
  • the filter 266 selects light having certain optical properties at partial reflection 272 at the second surface 272.
  • the filter 266 may have different filter characteristics, for example with respect to the filtered
  • side by side prisms 221-224 of the stack structure 201 are parallel to each other: thus, the second surface 262 of the prism 221 is parallel to the first surface 261 of the prism 222; furthermore, the second surface 262 of the prism 222 is parallel to the first surface 261 of the prism 223; Furthermore, the second surface 262 of the prism 223 is parallel to the first surface 261 of the prism 224.
  • a particularly small configuration of the stack structure 201 and thus the optical assembly 200 can be achieved. Due to the partial reflection 272 of light on the second surface 262, an optical secondary path 251, 252, 253, 254 is connected to the main optical path 250 per prism 221-224.
  • the partial reflection 272 effects a splitting of the main optical path 250.
  • the various optical sub-paths 251 -254 experience the total reflection 271 at the first surface 261 of the respective prism 221-224.
  • peasant enemy prisms can be formed.
  • sufficiently large angles of incidence of the optical sub-paths 251 -254 on the first surface 261 cause the total reflection 271.
  • the optical arrangement 200 includes five channels 21 1, 212, 213, 214, 215.
  • Each channel in the example of FIG. 2 shows a detector 280 which is arranged in the optical secondary path 251 - 253 outside the respective prism and thus outside the stack structure 201.
  • a detector 280 is provided, which is arranged perpendicular to the respective optical path 250-254.
  • a light source or, in general, other active optical element could also be provided.
  • one channel 21 1 -214 is formed per prism 221-224.
  • more than one channel may be formed per prism 221-224.
  • another channel 215 is formed through the main optical path 250.
  • the different prisms 221-224 all have different shapes;
  • an optical block 232 is adjacent to the prism 224
  • Subpaths 251 - 254 all in one plane (the drawing plane in the example of FIG. This allows a small size of the optical arrangement 200, e.g. Compared to the reference implementation acc. FIG. 1 .
  • the different prisms 221-224 are the same
  • FIG. 3 illustrates another exemplary multipath prism 200. Also in the
  • the prism angle between the first surface 261 and the second surface 262 is the same for all prisms 221 - 223 of the stack structure 201.
  • the stack structure 201 includes only three prisms 221 - 223, in which the optical sub-paths 251 - 253 have partial reflection 272 on the respective second surface 262 of the corresponding prism 221 - 223 and total reflection 271 on the respective first surface 261 of the corresponding prism 221 -223.
  • the optical assembly 200 further includes a wedge 331 having a first surface 361 in a second surface 362. The first surface 361 and the second surface 362 define a wedge angle of the wedge 331.
  • the wedge 331 is disposed in the main optical path 250 adjacent to the first surface 261 of the outer prism 221 of the stacked structure 201.
  • the second surface 362 of the wedge 331 is parallel to the first surface 261 of the outer prism 221.
  • Total reflection 271 of light along the optical subpath 251 in the prism 221 causes (not shown in FIG. 3).
  • the wedge angle of the wedge 331 in the example of FIG. 3 is 50%, that is, half the prism angle of the prisms 221 - 223 of the stacked structure 201. Further, the wedge 331 conveys smaller angles of incidence of the main optical path 250 to the respective second surfaces 262 of the prisms 221-223; In addition, the wedge 331 promotes larger angles of incidence of the respective optical sub-paths 251 - 253 on the first surface 261 of the corresponding prism 221 - 223. This achieves that a smaller degree of reflection of the partial reflection 272 and secure total reflection 271 is achieved, i. E. Robustness against tolerances is achieved. As a result, the solid angle, from which light can be focused on sensor surfaces of the detectors 280 of the various channels 21 1 -215, is increased.
  • the optical assembly 200 further includes optical plates 332, 333 disposed adjacent to exit surfaces 265 of the prisms 221, 222.
  • the optical disks 332, 333 each include a first surface 366 and a second surface 367.
  • the first surface 366 and the second surface 367 are respectively disposed in parallel with each other.
  • the first surface 366 and the second surface 367 are parallel to the respective exit surface 265 of the corresponding one Prism 221, 222 arranged. This avoids that the optical sub-path 251, 252 is deflected or broken.
  • FIG. 3 further illustrates aspects with respect to another optical wedge 334 having a first surface 334A and a second surface 334B that enclose a wedge angle with each other.
  • the further optical wedge 334 also acts as a prism, partial reflection 272 only occurring on the second surface 334B; Total reflection of the thus generated optical subpath 254 within the wedge 334 does not occur.
  • the further optical wedge 334 does not constitute a peasant enemy prism.
  • the first surface 334A of the further optical wedge 334 is parallel to the second surface 262 of the prism 223; For example, an air gap could again be provided (not shown in FIG. 3).
  • Another optical wedge 335 is disposed behind the further optical wedge 334.
  • the further optical wedges 334, 335 define two further channels 214, 215.
  • the multipath prism according to the example of FIG. 3 three prisms 221 -223 and five channels 21 1 -215.
  • FIG. 4 illustrates aspects relating to the optical path of light 110 through the optical arrangement 200 of FIG. 3 of FIG. 4 it can be seen that light 1 10 from a relatively large solid angle 1 1 1 on the optical arrangement 200 or
  • the wedge 331 may invade and yet focus on the detectors 280 of the various channels 21 1 -215. This is due to low
  • Incidence angle at the first surfaces 261 of the prisms 221 -223 and the wedge 331 allows.
  • FIG. Figure 5 illustrates another exemplary multipath prism.
  • the prism angle between the first surface 261 on the second surface 262 for all prisms 221-224 of the stack structure 201 is the same.
  • the stack structure 201 includes four prisms 221-224.
  • the optical arrangement 200 defines seven channels 21 1 -1, 21 1 -2, 212-216.
  • a further optical wedge 336 is parallel to the exit surface 265 of the outer prism 221 That is, a first surface 336A of the other optical wedge 336 is disposed parallel to the exit surface 265 of the prism 221.
  • a second surface 336B of the other optical wedge 336 partial reflection of light of the optical sub-path 251 takes place, whereby the optical sub-paths 251 -1, 251 -2 are generated.
  • second nearest-neighbor prisms 221-224 have exit surfaces 265 arranged parallel to each other.
  • the exit surface 265 prism 221 is parallel to the exit surface 265 of the prism 223 (see FIGS. 3-5).
  • the exit surface 265 of the prism 222 parallel to the exit surface 265 of the prism 224. Since the
  • the detectors 280 or light sources or generally active optical elements are also arranged parallel to one another.
  • the sensor planes of the detectors 280 of second nearest-adjacent prisms may be arranged parallel to one another. It may then be possible by means of a positioning mechanism to position such mutually parallel detectors 280 in a coupled manner. For example, positioning may be performed in parallel coupled to the respective optical sub-path for focusing (in FIG. 5 by the arrows along the optical path)
  • Sensor planes of the detectors 280 of the channels 212, 214 by a distance perpendicular to the optical sub-paths 252, 254 be offset from each other, which is smaller than the dimension of a pixel of the sensor planes.
  • FIG. FIG. 6 illustrates aspects relating to a camera 600 according to the prior art.
  • the camera 600 includes an objective 601, a first objective port 602, and a second objective port 603.
  • the first objective port 602 becomes used to provide two channels 21 1, 212; the channels 21 1, 212 may be used for example for infrared imaging and ultraviolet imaging.
  • the second lens mount 603 includes a multi-path prism having three channels 213, 214, 215, which may correspond, for example, to the three color channels red, green and blue.
  • two lens ports 602, 603 are needed to provide all channels 21 1 -215. Accordingly, the camera 600 is heavy and unwieldy. In addition, the provision of two lens ports 602, 603 is comparatively expensive and error prone.
  • FIG. 7 illustrates aspects relating to a camera 600 that includes an optical assembly 200 in accordance with various exemplary implementations as previously described.
  • the camera 600 includes the objective 601 and the objective port 603.
  • the objective port 603 includes a multipath prism according to various examples disclosed herein having five channels 21 1 -215. Due to the comparatively small installation space required by the multipath prism 200, it is possible to provide all five channels 21 1 -215 in the objective port 603. This is the case in particular in connection with a so-called B4 objective connection.
  • the B4 lens mount defines mechanical and optical properties.
  • the standard for TV cameras known as "B4" lens mount is defined in the following
  • a three channel multipath prism (see FIGURE 6) is used in a B4 lens mount.
  • the three channels correspond to the spectral ranges red, green and blue.
  • Other wavelength ranges such as For example, ultraviolet or infrared wavelengths, in addition to the
  • Channels red, green and blue are not taken into account in such reference implementations due to the limited space of the lens mount.
  • An exemplary application in which infrared wavelengths of interest are, for example, the identification of advertising bands in sports broadcasts. Based on a coding of the advertising bands in the infrared spectral range, these can be detected in the digital post-processing and the corresponding pixels can be modified. For example, such a user-specific adaptation can take place.
  • Another exemplary implementation for coding areas of light in the infrared spectral range involves the separation of foreground and background; For example, pixels in the area of the background can be digitally replaced.
  • FIG. 8 illustrates an exemplary multipath prism 200.
  • the example of FIG. 8 basically corresponds to the example of FIG. 2. Also in the example of FIG. 8, the prism angles of prisms 221-224 are all identical. It is also a wedge 331 provided.
  • the multipath prism 200 according to the example of FIG. 8 again comprises five channels 21 1 -215.
  • FIG. 8 illustrates in particular aspects relating to a construction space of the multi-path prism 200 with respect to a B4 objective connection 603.
  • an outer abutment surface 901 of the B4 lens mount 603 is shown.
  • an inner bearing surface 902 is shown.
  • the distance 91 1 between the surfaces 901, 902 allows a fixation of the lens, sometimes referred to as a lens immersion depth, for example in connection with screw caps or bayonet locks.
  • the rear image plane 903 is also shown, which has a defined distance of about 65 mm (i.e., a 48 mm air cut) from the abutment surface 901 in accordance with the B4 objective port 603.
  • FIG. 8 shows the various components of multipath prism 200 in relation to planes 901 - 903.
  • a suitable arrangement of the filter 266 may be provided.
  • a sorted arrangement of the filters 266 is shown schematically in FIG. 9 illustrated.
  • the intensity for the different spectral ranges before and after the filters 266 is shown in each case.
  • FIG. 9 is first the incident light 1 10, for example, before reaching the
  • Stacking structure 200 (incident from the left in FIG.
  • the light 110 comprises a broad spectral range, in the example of FIG. 9 FIR, NIR and VIS.
  • Spectral range performs. This scheme of arrangement is repeated with respect to the filters 266 of the channels 212 and 213.
  • the channels 21 1, 212 may be referred to as the first subsystem of the multipath prism
  • the channels 212, 213 may be referred to as the second subsystem of the multipath prism.
  • the subsystems duplicate the filter functionality with respect to the spectral ranges FIR and NIR. It is thereby achieved that the partial reflection with respect to the transmission and the partial reflection with respect to the spectral range are carried out alternately.
  • the light 806 (shown hatched) is associated with the channel 213 and travels along the optical subpath 253 to the detector 280 of the channel 213.
  • the light 807 passes through the prism 224 along the main optical path 250.
  • a filter associated with the channel 21 1 could be a
  • spectral range FIR Perform partial reflection on the spectral range FIR and a filter associated with the channel 213 could perform partial reflection on the spectral range NIR.
  • corresponding or identical spectral ranges could be obtained in each case for light 804 or light 808.
  • the channels 21 1 and 212 both have light 802 and 804 which is defined in the spectral range FIR.
  • the intensity of the light 802 in this spectral range FIR can be significantly lower than the intensity of the light 804.
  • the channel 21 1 can be used in order to override the detector 280 of the Avoid channel 212; on the other hand, with a low absolute intensity of the incident light 110, the channel 212 could be used to avoid underdriving the detector 280 of the channel 21 1.
  • the spectral range NIR for the Channels 213, 214 are implemented. So can a high dynamic range for? the detectors 280 are covered.
  • the multipath prism 200 is positioned within the focal length of a television camera lens.
  • the lens provided by the lens is positioned within the focal length of a television camera lens.
  • Spectral range of the incident light 1 10 is divided into FIR, NIR and VIS. To increase the dynamic range, the splitting of the spectral ranges FIR and NIR takes place with respect to the intensity. For example, this can also be done directly
  • incident light from a strong light source such as the sun
  • an override can be avoided by appropriate choice of the low intensity channel.
  • Corresponding corner frequency of the respective spectral range ascending sorted arrangement of the filter 266 FIR-NIR-VIS is shown, a descending sorted arrangement VIS-NIR-FIR of the filter 266 could be implemented accordingly.
  • the optical plate 701 is disposed between the prism 222 and the prism 223.
  • the surface 262 of the prism 222 is parallel to the surface 71 1 of the plate 701; and the surface 712 of the plate 701 is parallel to the surface 261 of the prism 223.
  • the glass path for the various channels 251 - 254 can be chosen to be equal, while at the same time the distance 281 1, 2813 of the image planes or the active optical elements, such as the detectors 280, from the main optical path 250 is comparatively small can be.
  • the distance 281 1 for the active optical element of the channel 21 1 can be made significantly larger the distance 2813 for the active optical element of the channel 213.
  • the channel 21 1 corresponds to the prism 221 and the channel 213 corresponds to the prism 223, ie
  • the distance 281 1 is greater than the distance 2813 by a factor of 2.2.
  • the distance 281 1 it would be possible for the distance 281 1 to be at least a factor of 2.0 greater than the distance 2813, optionally at least a factor of 2, 6, further optional at least a factor of 2.8.
  • the active optical elements such as the detectors 280 of second nearest adjacent prisms, are staggered with respect to the main optical path 250.
  • a particularly small distance 2820 can be achieved between the optical element 280 of the channel 213 and the prism 221 of the channel 21 1. This allows the space-efficient arrangement.
  • the distance 2820 could be in the range of 1 cm to 3 cm, for example, in the range of 2 cm to 2.5 cm. In this way, on the one hand, a high degree of integration and efficient utilization of the installation space can be ensured; On the other hand, physical contact can be avoided and thermal coupling can be suppressed.
  • FIG. FIG. 1 1 illustrates aspects relating to the optical paths of the light 110, 802-809 (in FIG. 11, the light cones are shown with dashed lines, respectively) for the
  • Multi-path prism 200 according to the example of FIG. 8. From FIG. 1, it can be seen that large aperture angles 259 can be achieved in the region of the image planes or of the active optical elements 280, which are not ⁇ 30.5 °, for example. Numerical aperture of at least 0.263 can be achieved. A f-number of maximum 1, 9 can be achieved. This in turn allows the integration of the
  • Multiway prism 200 can be ensured in the B4 lens mount.
  • a corresponding optical arrangement provides a multipath prism.
  • the stack arrangement comprises five or more prisms.
  • the optical assembly also includes a wedge disposed in front of an outer prism of the stack structure. This makes it possible to achieve a particularly simple construction of the stack structure. For example, it may be possible for the prism angles of the different prisms to be the same. Furthermore, it can be made possible by the wedge that the
  • Incidence angle at the different second surfaces of the prisms are dimensioned comparatively small, so that a comparatively high transmission can be achieved.
  • the wedge it can be made possible by the wedge that the
  • Incidence angle at the first surfaces of the prisms are dimensioned comparatively small, so that here too a comparatively high transmission in the main path can be achieved and in parallel but also the total reflection of the light of
  • the wedge may allow the spacing between adjacent channels to increase so that detectors and / or light sources having larger housings may be used.
  • the techniques described herein can be used in a variety of fields of application.
  • the multipath prisms described herein can be used for lens connections that meet the B4 standard. This is the case since the multi-path prisms described herein require a comparatively small installation space and furthermore permit a short glass path.
  • the multipath prisms described herein may be used for splitting or merging channels within the focal length of an objective, such as a television lens.
  • an objective such as a television lens.
  • Another exemplary application is e.g. a multicolored light source for fluorescence microscopy.
  • ten or more channels e.g. more than twelve channels may be provided with corresponding LEDs as light sources.
  • the LEDs may e.g. combined with collecting lenses. By combining the respective optical subpaths, one can then implement the output along a single main optical path.

Abstract

Eine optische Anordnung (200) umfasst eine Stapelstruktur (201), die mindestens drei Prismen (221-223) umfasst. Die optische Anordnung (200) umfasst auch einen optischen Hauptpfad (250) und, jeweils für jedes der Prismen (221-223), einen optischen Nebenpfad (251-253). Der optische Nebenpfad (251-253) verläuft durch das entsprechende Prisma (221-223) und ist durch Teilreflektion (272) von Licht mit dem optischen Hauptpfad verbunden (250) und erfährt an einer weiteren Flächedes entsprechenden Prismas (201 20-223) Totalreflektion (271). Benachbarte Flächen nebeneinander angeordneter Prismen (201 20-221) sind parallel zueinander.

Description

Beschreibung Mehrwege-Prisma
TECHNISCHES GEBIET Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine optische Anordnung, die eine Stapelstruktur mit mindestens drei Prismen umfasst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen einen entsprechenden Objektivanschluss für eine Kamera.
HINTERGRUND
Optische Anordnungen mit mehreren Prismen (Mehrwege-Prismen) werden dazu verwendet, um Licht in mehrere Kanäle aufzuspalten oder zu vereinigen. Dabei kann die Aufspaltung bzw. Vereinigung des Lichts zum Beispiel hinsichtlich des
Spektralbereichs geschehen.
FIG. 1 illustriert eine optische Anordnung 100, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die optische Anordnung 100 umfasst vier Prismen 121 , 122, 123, 124 in einer Stapelstruktur, die jeweils Licht 1 10 in einen entsprechenden Kanal 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14 aufspalten. Zwischen den Prismen 122 und 123 und innerhalb der Stapelstruktur ist ein Keil 131 angeordnet. Deshalb sind die Kanäle 1 1 1 , 1 12 gegenüber den Kanälen 1 13,
1 14 gedreht. Es ist auch eine optische Platte 132 vorgesehen, die einen weiteren Kanal
1 15 definiert.
Eine weitere optische Anordnung ist aus US 6,181 ,414 B1 : FIG. 2 bekannt. Im
Vergleich zu der optischen Anordnung gemäß FIG. 1 befinden sich die Kanäle alle in einer Ebene und der Keil 131 entfällt. Diese optischen Anordnungen können bestimmte Nachteile aufweisen. Z.B. kann die entsprechende Stapelstruktur vergleichsweise komplex sein. Zum Beispiel kann ein benötigter Bauraum zur Implementierung einer Stapelstruktur, welche die verwendeten Prismen umfasst, vergleichsweise groß sein. Dementsprechend kann die resultierende optische Anordnung vergleichsweise großen Bauraum benötigen. Insbesondere kann der benötigte Bauraum pro Kanal vergleichsweise groß sein.
ZUSAMMENFASSUNG Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte optische Anordnungen, welche mehrere
Prismen zur Aufspaltung oder Vereinigung von Licht aufweist. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche optische Anordnungen, welche einen vergleichsweise geringen Bauraum benötigen. Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine optische Anordnung eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens drei Prismen. Jedes der Prismen weist eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche auf. Die optische Anordnung umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Die optische Anordnung umfasst auch jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prisma mit dem optischen Hauptpfad verbunden ist und an der ersten Fläche des entsprechenden
Prismas Totalreflektion erfährt. Alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordnete Prismen der Stapelstruktur sind parallel zueinander.
Die Stapelstruktur kann zum Beispiel durch Aufeinanderstapeln der verschiedenen Prismen erhalten werden. Benachbarte Prismen können aneinander angrenzen, d.h. ohne weitere, zwischengeschobene optische Bauteile aus Glas nebeneinander angeordnet sein. Zum Beispiel kann zwischen benachbarten Prismen der Stapelstruktur ein Luftspalt und/oder ein Filter angeordnet sein. Luft innerhalb des Luftspalt und Glas der verschiedenen Prismen können derart unterschiedliche optische Medien, d.h.
Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, definieren. Weitere optische Bauteile aus Glas, die den Weg von Licht durch die Stapelstruktur beeinflussen, können in manchen Beispielen zwischen benachbarten Prismen nicht vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass es möglich ist, dass die Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien entlang des optischen Hauptpfads innerhalb der Stapelstruktur nur durch die Flächen der Prismen der Stapelstruktur gebildet werden. Andere Strukturen, die Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien bewirken würden, können nicht vorhanden sein. Wenn die Stapelstruktur außer den Prismen keine anderen optischen Elemente aufweist, kann ein besonders kleiner Bauraum für die
Stapelstruktur bzw. die optische Anordnung erreicht werden. In anderen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass die Stapelstruktur ein oder mehrere weitere optische Elemente - zusätzlich zu den Prismen - umfasst, die nicht als Prisma ausgebildet sind. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die optische Anordnung eine optische Platte aufweist, die innerhalb der Stapelstruktur der Prismen angeordnet ist. Die optische Platte kann im Gegensatz zu einem Prisma zwei parallel zueinander orientierte Flächen aufweisen, wobei jede dieser Flächen angrenzend zu einer entsprechenden Fläche eines benachbarten Prismas angeordnet sein kann. Durch das Vorsehen der optischen Platte kann erreicht werden, dass der Glasweg, den das Licht durch die optische Anordnung nimmt, für unterschiedliche Kanäle, die unterschiedlichen Prismen entsprechen, gleich oder im Wesentlichen gleich dimensioniert ist. Derart kann eine einfache Fokussierung zum Beispiel auf Detektoren erfolgen. Ein erstes Prisma der Stapelstruktur kann das äußere Prisma ausbilden. Z.B. kann das äußere Prisma die Stapelstruktur begrenzen. Auf der anderen Seite der Stapelstruktur kann ein weiteres äußeres Prisma angeordnet sein. Zwischen dem äußeren Prisma und dem weiteren äußeren Prisma können weitere Prismen angeordnet sein. Ein Prisma kann zum Beispiel einen geometrischen Körper definieren, der ein Vieleck als Grundfläche aufweist und dessen Seitenkanten beispielsweise parallel und gleich lang sind. Zum Beispiel kann das Prisma einen geometrischen Körper definieren, der ein Dreieck als Grundfläche aufweist. Die erste Fläche und die zweite Fläche können zum Beispiel nicht parallel zueinander angeordnet sein, d.h. einen Winkel (Prismenwinkel) miteinander einschließen. Das Prisma kann zum Beispiel einen Glaskörper aufweisen, welcher die erste Fläche und die zweite Fläche definiert. Der Glaskörper kann auch weitere Flächen definieren, beispielsweise eine Austrittsfläche. Z.B. kann die Austrittsfläche senkrecht zum jeweiligen optischen Nebenpfad angeordnet sein, sodass keine oder keine signifikante Ablenkung des Lichts entlang des
Nebenpfads an der Austrittsfläche auftritt.
Zum Beispiel können die Prismen der Stapelstruktur Bauernfeind-Prismen sein. Derart kann eine spezifische geometrische Ausgestaltung erzielt werden. Das Bauernfeind- Prisma kann eine Ablenkung des optischen Nebenpfads vom optischen Hauptpfad im Bereich von 45° bis 60° erzielen. Das Bauernfeind-Prisma selektiert Licht durch eine Teilreflektion und eine Total reflektion. Durch geeignete Wahl der Prismenwinkel kann erreicht werden, dass Teilreflektion und/oder Totalreflektion innerhalb des Prismas auftritt. Die Teil reflektion und/oder Totalreflektion kann weiterhin durch die Luftspalte zwischen angrenzenden Flächen benachbarter Prismen und/oder Filter ermöglicht werden. In verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass die Prismen der Stapelstruktur zumindest teilweise unterschiedliche Prismenwinkel aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass der Prismenwinkel für alle Prismen der Stapelstruktur gleich ist. In einem solchen Fall kann eine besonders geringe Bauform der optischen Anordnung gewährleistet werden, da die verschiedenen Prismen raumeffizient gestapelt werden können. Der optische Hauptpfad kann zum Beispiel denjenigen Weg des Lichts durch die
Stapelstruktur bzw. die optische Anordnung bezeichnen, der einem Zentralstrahl von parallel einfallendem Licht entspricht. Der optische Hauptpfad kann zum Beispiel den Weg von Licht durch die Stapelstruktur bezeichnen, welches keine Reflektion an den verschiedenen ersten und zweiten Flächen der Prismen erfährt. Entsprechend können die optischen Nebenpfade jeweils die Wege bezeichnen, die Licht, welches
Teil reflektion an den jeweiligen zweiten Flächen der Prismen der Stapelstruktur erfährt, wählt. In einem Beispiel sind die Prismen der Stapelstruktur alle identisch geformt. Dies kann bedeuten, dass die ersten und zweiten Flächen der Prismen gleiche Abmessungen aufweisen und die verschiedenen Prismen auch gleiche Prismenwinkel aufweisen.
Derart kann es möglich sein, eine besonders effiziente Herstellung der optischen
Anordnung zu gewährleisten. Insbesondere ist es möglich, dieselben
Herstellungsprozesse für alle Prismen der Stapelstruktur einzusetzen.
In manchen Beispielen kann die optische Anordnung auch einen Keil mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche umfassen. Der Keil kann im optischen Hauptpfad benachbart zur ersten Fläche eines äußeren Prismas der Stapelstruktur angeordnet sein. Die zweite Fläche des Keils ist beispielsweise parallel zu der ersten Fläche des äußeren Prismas angeordnet. Der Keil ist optional.
Durch das Verwenden einer solchen Stapelstruktur kann ein besonders kleiner
Bauraum für die optische Anordnung erreicht werden. Außerdem kann die optische Anordnung vergleichsweise einfach und wenig komplex aufgebaut werden.
Zum Beispiel ist es möglich das ein Keilwinkel des Keils im Bereich von 40 % bis 60 % des Prismenwinkels der Prismen der Stapelstruktur liegt. Dies bedeutet, dass es möglich ist, dass der Keilwinkel des Keils in etwa halb so groß ist wie der Prismenwinkel der Prismen der Stapelstruktur. Mit einem solchen Keilwinkel kann es besonders einfach möglich sein, zu gewährleisten, dass identisch geformte Prismen oder Prismen mit gleichen Prismenwinkel verwendet werden können. Es ist möglich, dass der optische Hauptpfad und die optischen Nebenpfade innerhalb der Stapelstruktur alle in einer Ebene liegen. Dies bedeutet, dass eine Drehung der Kanäle vermieden werden kann. Derart kann es möglich sein, ein besonders einfaches Anordnen von Detektoren und/oder Lichtquellen innerhalb der verschiedenen Kanäle zu gewährleisten. Insbesondere kann der Bauraum der optischen Anordnung reduziert werden.
Es ist zum Beispiel möglich, dass jedes Prisma der Stapelstruktur weiterhin eine
Austrittsfläche umfasst. Die Austrittsfläche kann senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad angeordnet sein. Die optische Anordnung kann weiterhin für zumindest ein Prisma der Stapelstruktur eine im jeweiligen optischen Nebenpfad benachbart zur Austrittsfläche des entsprechenden Prismas angeordnete optische Platte umfassen. Die optische Platte kann eine erste Fläche und eine zweite Fläche, die zueinander parallel und weiterhin parallel zur entsprechenden Austrittsfläche
angeordnet sind, aufweisen. Zum Beispiel können unterschiedliche Prismen
unterschiedlich dicke optische Platten aufweisen. Zum Beispiel können unterschiedliche Dicken der optischen Platten gewährleisten, dass Licht, dass unterschiedlichen Kanälen der optischen Anordnung zugeordnet ist, jeweils den gleichen Glasweg durchläuft. Gleichzeitig kann durch das Vorsehen der optischen Platten eine möglichst identische Bauform der verschiedenen Prismen gewährleistet werden.
Die optische Anordnung kann zum Beispiel weiterhin für zumindest ein Prisma der Stapelstruktur einen im entsprechenden optischen Nebenpfad benachbart zur
Austrittsfläche des entsprechenden Prismas angeordneten weiteren optischen Keil mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche umfassen. Die erste und zweite Fläche des weiteren optischen Keils können einen Keilwinkel miteinander einschließen. Die erste Fläche des weiteren optischen Keils kann parallel zur entsprechenden
Austrittsfläche angeordnet sein. Z.B. kann auf der zweiten Fläche des optischen Keils ein Filter angeordnet sein. An der zweiten Fläche des weiteren optischen Keils kann Teilreflektion stattfinden. Durch das Vorsehen des weiteren optischen Keils kann eine Aufspaltung des entsprechenden optischen Nebenpfads erreicht werden; dadurch kann es möglich werden, pro Prisma mehr als einen Kanal vorzusehen. Derart kann der benötigte Bauraum pro Kanal reduziert werden.
Insbesondere kann es möglich sein, dass die Austrittsflächen von zweitnächst- benachbarten Prismen der Stapelstruktur parallel zueinander sind. Es ist möglich, dass die zweitnächst-benachbarten Prismen der Stapelstruktur - z.B. in Bezug auf den optischen Hauptpfad definiert - räumlich benachbarte und parallel zueinander orientierte Austrittsflächen definieren. Z.B. können die parallelen Austrittsflächen zueinander versetzt angeordnet sein, z.B. parallel zu den jeweiligen optischen
Nebenpfaden. Derart kann eine besonders Bauraum-effiziente Anordnung von
Detektoren und/oder Lichtquellen in den verschiedenen Kanälen erreicht werden. Zum Beispiel kann es möglich sein, Detektoren und/oder Lichtquellen in den verschiedenen Kanälen gekoppelt zu fokussieren.
Zur Selektion von Licht mit bestimmten Eigenschaften ist es möglich, dass
entsprechende Filter vorgesehen sind. Zum Beispiel ist es möglich, dass die optische Anordnung jeweils für zumindest einige oder jedes Prisma der Stapelstruktur einen Filter umfasst. Der jeweilige Filter kann zum Beispiel parallel zur entsprechenden zweiten Fläche des entsprechenden Prismas angeordnet sein. Die verschiedenen Filter können die Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs und/oder der Polarisation und/oder der Transmission von Licht durchführen.
Zum Beispiel könnte der Filter ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter sein, welcher blaues Licht oder rotes Licht selektiv passieren lässt. Der Filter könnte auch ein
Bandpassfilter sein, welches Licht mit bestimmten Farben des Spektrums selektiv passieren lässt. Solche Filter führen die Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs durch.
Der Filter könnte auch spektral-unsensitiv sein, d.h. alle Spektralbereiche
gleichermaßen beeinflussen; hier könnte der Filter zum Beispiel einen bestimmten Transmissionswert vorgeben. Der Transmissionswert könnte z.B. im Bereich von 1 % - 99 % liegen. Solche Filter können die Teilreflektion hinsichtlich der Transmission von Licht durchführen. Typischerweise wird eine hohe Transmission von Licht im Bereich von 95 % - 99 % verwendet, sodass nur ein geringer Teil des Lichts reflektiert wird. Dabei kann die Transmission gleichförmig für die relevanten Spektralbereiche erfolgen, das heißt nicht Wellenlängen-selektiv ausgebildet sein.
Der Filter könnte auch ein Polarisationsfilter sein, welcher bestimmte Polarisation des Lichts reflektiert. In manchen Beispielen wäre es möglich, dass zumindest einige Prismen der
Stapelstruktur einen Filter aufweisen, der die Teilreflektion hinsichtlich des
Spektralbereichs durchführt. Dabei wäre es zum Beispiel möglich, dass die Filter der zumindest einigen Prismen der Stapelstruktur entlang des optischen Hauptpfads und in Bezug auf eine Eckfrequenz des jeweiligen Spektralbereichs aufsteigend oder absteigend sortiert angeordnet sind. Dies kann in anderen Worten bedeuten, dass sukzessive aufsteigende oder absteigende Spektralbereiche durch die Filter adressiert werden. Zum Beispiel könnte erst ein Spektralbereich im fernen Infrarotbereich (engl. far infrared, FIR; manchmal auch near infrared long, NIR-Iong) durch einen geeigneten Filter adressiert werden, d.h. vom optischen Hauptpfad abgetrennt werden oder mit dem optischen Hauptpfad vereinigt werden. Anschließend könnte dann ein
Spektralbereich im nahen Infrarotbereich (engl. NIR oder NIR-short) durch einen geeigneten Filter adressiert werden, d.h. vom optischen Hauptpfad abgetrennt werden oder mit dem optischen Hauptpfad vereinigt werden. Anschließend könnte dann ein Spektralbereich im sichtbaren Spektrum (engl, visible, VIS) durch einen geeigneten Filter adressiert werden, d.h. vom optischen Hauptpfad abgetrennt werden oder mit dem optischen Hauptpfad vereinigt werden. In anderen Beispielen könnte auch eine umgekehrte Reihenfolge der Sortierung implementiert werden, d.h. VIS-NIR-FIR, anstatt FIR-NIR-VIS.
Dabei ist es grundsätzlich nicht erforderlich, dass alle Prismen der Stapelstruktur mit einem Filter assoziiert sind, der die Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs durchführt. In manchen Beispielen wäre es möglich, dass entlang des optischen Hauptpfads abwechselnd Prismen mit Filtern, die Teilreflektion bezüglich der
Transmission und des Spektralbereichs durchführen, angeordnet sind. Derart kann es beispielsweise möglich sein, für bestimmte Spektralbereiche des Lichts zwei Kanäle zu definieren, die unterschiedlich starke Lichtintensitäten des Lichts der jeweiligen optischen Nebenpfade aufweisen. Derart kann eine Übersteuerung bzw.
Untersteuerung von Detektoren, die mit diesen zwei Kanälen assoziiert sind, vermieden werden - z.B. indem der jeweilig geeignete Kanal gewählt wird.
Es ist möglich, dass die optische Anordnung jeweils für jedes Prisma der Stapelstruktur mindestens einen Kanal umfasst. Jeder Kanal kann zum Beispiel ein aktives optisches Element aufweisen. Beispiele für aktive optische Elemente umfassen: Lichtquelle und/oder Detektor. Die Lichtquelle und/oder der Detektor können im entsprechenden optischen Nebenpfad außerhalb der Stapelstruktur angeordnet sein. Dabei wäre es zum Beispiel möglich, dass die aktiven optischen Elemente von zweitnächst-benachbarten Prismen mit unterschiedlichen Abständen zum optischen Hauptpfad angeordnet sind. Beispielsweise ist es möglich, dass die aktiven optischen Elemente der zweitnächst-benachbarten Prismen nächsten Nachbarn zueinander im Ortsraum sind und beispielsweise auf derselben Seite des optischen Hauptpfads angeordnet sind. Durch die unterschiedlichen Abstände zum optischen Hauptpfad kann erreicht werden, dass derselbe Glasweg für die unterschiedlichen Kanäle verwendet wird. Außerdem kann eine besonders Bauraum-effiziente Anordnung der verschiedenen aktiven optischen Elemente erzielt werden. Zum Beispiel wäre nämlich eine gestaffelte Anordnung der verschiedenen aktiven optischen Elemente in einer Richtung senkrecht zum optischen Hauptpfad möglich. Derart könnte beispielsweise erreicht werden, dass auch vergleichbar große Leiterplatten oder allgemein Träger der aktiven optischen Elemente in einen geringen Bauraum integriert werden können. Zum Beispiel wäre es möglich, dass ein erstes aktives optisches Element eines ersten Kanals einen ersten Abstand zum optischen Hauptpfad aufweist und ein benachbart zu dem ersten aktiven optischen Element angeordnetes zweites aktives optisches Element eines zweiten Kanals einen zweiten Abstand zum optischen Hauptpfad aufweist. Dabei könnte der erste Abstand beispielsweise mindestens um einen Faktor 2,0 größer sein als der zweite Abstand, optional mindestens um einen Faktor 2,6, weiter optional mindestens um einen Faktor 2,8. Dies kann beispielsweise der oben erwähnten gestaffelten Anordnung entsprechen, so das der Bauraum effizient ausgenutzt werden kann. Ein Kanal kann also diejenigen Elemente bezeichnen, die zum Auslesen bzw.
Aussenden von Licht entlang eines optischen Nebenpfads erforderlich sind. Der Kanal kann also einen externen Zugriff auf die Eigenschaften des Lichts des jeweiligen optischen Nebenpfads ermöglichen. Z.B. kann die Lichtquelle eine Leuchtdioden (LED) oder ein Laser sein. Z.B. kann die Lichtquelle monochromatisches Licht oder Licht in einem bestimmen Spektralbereich aussenden. Z.B. kann die Lichtquelle weißes Licht aussenden. Ein weiteres Beispiel für eine Lichtquelle ist z.B. ein Display mit mehreren Bildpunkten. Ein weiteres Beispiel für eine Lichtquelle ist z.B. eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (engl, digital micromirror device, DMD). Es können auch mikrooptoelektromechanische Systeme (engl, microoptoelectromechanical Systems, MOEMS) als Lichtquelle eingesetzt werden. Grundsätzlich ist es möglich, dass die optische Anordnung mehr Kanäle als Prismen umfasst. Insbesondere kann es möglich sein, pro Prisma mehr als einen Kanal abzutrennen. Dies kann z.B. mittels des oben genannten weiteren optischen Keils geschehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch dem optischen Hauptpfad mindestens ein Kanal zugeordnet sein. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Stapelstruktur vier Prismen umfasst; gleichzeitig kann die optische Anordnung mindestens fünf Kanäle umfassen, beispielsweise sieben Kanäle.
Zum Beispiel können die Kanäle Detektoren mit jeweils einer Sensorebene umfassen. Die Sensorebene der Detektoren von zweitnächst-benachbarten Prismen der
Stapelstruktur können parallel zueinander sein. Zum Beispiel kann jede Sensorebene eine Bildpunkt-Matrix mit mehreren Bildpunkten umfassen. Z.B. kann die Sensorebene durch einen CMOS-Sensor oder einen CCD-Sensor ausgebildet sein. Die
Sensorebenen können beispielsweise auf einem Substrat definiert sein, beispielsweise aus Silizium. Das Substrat kann durch einen Chip implementiert sein. Der Chip wiederum kann auf einer Leiterplatte angebracht sein.
Parallele Sensorebenen können eine besonders einfache relative Anordnung der verschiedenen Detektoren zueinander gewährleisten. Zum Beispiel können die verschiedenen Detektoren auf einen gemeinsamen Träger aufgebracht werden. Es ist auch möglich, dass die optische Anordnung eine Positionier-Mechanik umfasst. Die Positionier-Mechanik kann zum Beispiel eingerichtet sein, um die Sensorebenen der Detektoren von zweitnächst-benachbarten Prismen, d.h. parallele Sensorebenen, gekoppelt zu positionieren. Derart kann zum Beispiel eine besonders einfache
Fokussierung stattfinden. Insbesondere kann die Positionier-Mechanik zum Beispiel eine Verstellung der zueinander parallelen Sensorebenen um gleiche Beträge entlang der verschiedenen optischen Nebenpfade erreichen. Zum Beispiel kann die Positionier- Mechanik, welche zwei parallele Sensorebenen positioniert, lediglich einen einzelnen Motor aufweisen, der für das Positionieren beider Sensorebenen verwendet wird. Es ist auch möglich, eine korrelierte Positionierung der Sensorebenen senkrecht zu den optischen Nebenpfaden parallel zur Sensorebene vorzunehmen. Zum Beispiel können die Sensorebenen von zwei der Detektoren senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad um einen Abstand zueinander versetzt sein, der kleiner ist als die
Abmessung eines Bildpunkts der Sensorebenen. Derart kann eine Sub-Bildpunkt- Auflösung erzielt werden, wenn die Informationen der verschiedenen Detektoren kombiniert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Objektivanschluss für eine Kamera bereitgestellt. Der Objektivanschluss umfasst eine Stapelstruktur, die mindestens vier Prismen umfasst. Jedes der mindestens vier Prismen weist jeweils eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche auf. Der Objektivanschluss umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Der Objektivanschluss umfasst jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prismas mit dem optischen Hauptpfad verbunden ist und der an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas Totalreflektion erfährt. Es ist möglich, dass alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordneter Prismen der Stapelstruktur parallel zueinander sind.
Zum Beispiel kann der Objektivanschluss die optische Anordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen. Für einen solchen Objektivanschluss können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für die optische Anordnung gemäß weitere
Ausführungsformen erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 illustnert ein Mehrwege-Prisma, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist. FIG. 2 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma vier Prismen und fünf Kanäle umfasst.
FIG. 3 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma drei Prismen und fünf Kanäle umfasst, wobei das Mehrwege- Prisma weiterhin einen Keil umfasst, der vor einem äußeren Prisma angeordnet ist.
FIG. 4 illustriert schematisch den Strahlengang von Licht durch das Mehrwege-Prismas der FIG. 3. FIG. 5 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma vier Prismen und sieben Kanäle umfasst, wobei das Mehrwege- Prisma weiterhin einen Keil umfasst, der vor einem äußeren Prisma angeordnet ist.
FIG. 6 illustriert eine Kamera mit zwei Mehrwege-Prismen gemäß dem Stand der Technik.
FIG. 7 illustriert eine Kamera gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei ein Objektivanschluss der Kamera ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener
Ausführungsformen umfasst.
FIG. 8 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma vier Prismen und fünf Kanäle umfasst.
FIG. 9 illustriert eine entlang des optischen Hauptpfad des Mehrwege-Prismas gemäß dem Beispiel der FIG. 8 sortierte Anordnung von Filtern, die Teilreflektion gemäß verschiedener Ausführungsformen abwechselnd hinsichtlich der Transmission und der Spektralbereichs bewirken. FIG. 10 illustriert schematisch die Abmessungen des Mehrwege-Prismas gemäß dem Beispiel der FIG. 8 in Bezug auf die B4-Norm für einen Objektivanschluss.
FIG. 1 1 illustriert schematisch die Öffnungswinkel von Strahlengängen des Mehrwege- Prismas gemäß dem Beispiel der FIG. 8.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt.
Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Nachfolgend werden Techniken zur Vereinigung oder Aufspaltung von Licht
beschrieben. Dabei kann gemäß verschiedener Beispiele Licht bezüglich des
Spektralbereichs, der Polarisation und/oder der Intensität/Transmission
aufgespalten/vereinigt werden. Die hierin beschriebenen Techniken beruhen auf der Verwendung eines Mehrwege- Prismas. In verschiedenen Beispielen umfassen die hierin beschriebenen Mehrwege- Prismen vier Kanäle, fünf Kanäle, sechs Kanäle, sieben Kanäle oder mehr Kanäle. Die hierin beschriebenen Mehrwege-Prismen umfassen eine Stapelstruktur, die mehrere Prismen umfasst. Zum Beispiel kann die Stapelstruktur drei oder mehr Prismen umfassen.
Solche optischen Anordnungen können in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Eine beispielhafte Anwendung ist zum Beispiel eine Beleuchtungs-
/Projektionseinrichtung. Dabei kann zum Beispiel die Vereinigung von Informationen aus vier, fünf oder mehr verschiedenen Kanälen mit zugeordneten Lichtquellen - zum Beispiel Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren oder Displays, MOEMS oder DMDs - implementiert werden. Es kann zum Beispiel eine Sub-Bildpunkt-Überlagerung durch einen entsprechenden Versatz zwischen den Lichtquellen der verschiedenen Kanäle erzeugt werden. Weitere Anwendungen umfassen beispielsweise das
Einkoppeln von Laserpointern, Markern, Autofokus-Strahlengänge, Kalibrations- Strahlengängen oder Meß-Strahlengängen. Eine weitere beispielhafte Anwendung betrifft eine Detektionseinrichtung, wie etwa eine Kamera. Dabei wird Bildinformation in die verschiedenen Kanäle aufgespaltet. Zum Beispiel kann die Aufspaltung hinsichtlich unterschiedlicher Spektralbereiche, etwa FIR, NIR und VIS, erfolgen. Auch in einem solchen Beispiel kann eine Sub-Bildpunkt- Überlagerung durch einen entsprechenden Versatz zwischen den Detektoren der verschiedenen Kanäle erstrebenswert sein, zum Beispiel um Bilder mit erhöhter
Auflösung zu erhalten. Im Zusammenhang mit einer Kamera können die
unterschiedlichen Kanäle zum Beispiel für Anwendungen im Bereich der Autofokus- Technologie, Bildgebung mit unterschiedlichen Lichtsensitivitäten, spektralen
Messungen oder Polarisation-Messungen verwendet werden.
Im Vergleich zu Referenzimplementierungen ermöglichen die hierin beschriebenen Techniken ein Mehrwege-Prisma, welches vergleichsweise wenig Bauraum erfordert. Ferner kann das entsprechende Mehrwege-Prisma ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweisen. Die Komplexität der Konstruktion des entsprechenden Mehrwege- Prismas kann auch vergleichsweise gering sein. Der mechanische Aufwand zur
Herstellung kann dadurch reduziert werden. FIG. 2 illustriert ein beispielhaftes Mehrwege-Prisma. In der entsprechenden optischen Anordnung 200 sind vier Prismen 221 , 222, 223, 224 sequenziell angeordnet.
Einfallendes Licht 1 10 durchläuft entlang eines optischen Hauptpfads 250 zunächst das äußere Prisma 221 und dann die weiteren Prismen 222, 223, 224. Die Prismen 221 , 222, 223, 224 bilden eine Stapelstruktur 201 . Dabei sind die Prismen 221 -224 derart gestapelt, dass der optische Hauptpfad 250 abwechselnd erste Flächen 261 und zweite Flächen 262 der Prismen 221 -224 kreuzt.
In FIG. 2, links unten ist eine Vergrößerung des Übergangs zwischen einer zweiten Fläche 262 und einer ersten Fläche 261 beispielhaft für die Prismen 221 , 222
dargestellt. Die Vergrößerung ist beispielhaft für zwei Positionen entlang der Grenze zwischen den Prismen 221 , 222 dargestellt. In verschiedenen Beispielen weist der Übergang keine Abhängigkeit von der Position entlang der Grenze zwischen den Prismen 221 , 222 auf. Es ist also möglich, dass die Flächen 261 , 262 gleichförmig ausgebildet sind.
Aus der Vergrößerung der FIG. 2 ist ersichtlich, dass zwischen den Flächen 261 , 262 ein Luftspalt 965 vorhanden ist. Der Luftspalt 965 ist in dem Beispiel der FIG. 2 zwischen dem Filter 266 und der Fläche 261 ausgebildet. Der Luftspalt 965 bewirkt durch die ausreichend großen Inzidenzwinkel des von Fläche 262 teilreflektierten Lichts Totalreflektion an der Fläche 261 .
Totalreflektion findet typischerweise statt, wenn:
Sinus(lnzidenzwinkel) * Brechzahl vor Fläche > Brechzahl nach Fläche,
wobei der Inzidenzwinkel als Winkel gegenüber der Senkrechten zur Fläche definiert ist.
Aus FIG. 2 ist ersichtlich, dass Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen
Medien - beispielsweise in FIG. 2 Luft und Glas - entlang des optischen Hauptpfads 250 innerhalb der Stapelstruktur 201 nur durch die Flächen der Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 gebildet werden. Weitere optische Elemente wie z.B. Keile oder Platten sind innerhalb der Stapelstruktur 201 nicht vorhanden. In anderen Beispielen könnten aber Keile oder Platten vorgesehen sein. Weiterhin umfasst die Stapelstruktur 201 für jedes Prisma einen Filter 266, der parallel zur entsprechenden zweiten Fläche 262 angeordnet ist. Zum Beispiel kann die entsprechende zweite Fläche den jeweiligen Filter 266 integral ausbilden, d.h. diesen umfassen. Der Filter 266 selektiert Licht mit bestimmten optischen Eigenschaften bei Teilreflektion 272 an der zweiten Fläche 272. Dabei kann der Filter 266 unterschiedliche Filtercharakteristiken aufweisen, beispielsweise hinsichtlich dem gefiltert
Spektralbereich; der gefiltert Polarisation; und/oder der gefiltert Intensität, d.h.
Transmission. Aus FIG. 2 ist weiterhin ersichtlich, dass alle benachbarten Flächen 261 , 262
nebeneinander angeordneter Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 parallel zueinander sind: so ist die zweite Fläche 262 des Prismas 221 parallel zu der ersten Fläche 261 des Prismas 222; weiterhin ist die zweite Fläche 262 des Prismas 222 parallel zu der ersten Fläche 261 des Prismas 223; weiterhin ist die zweite Fläche 262 des Prismas 223 parallel zu der ersten Fläche 261 des Prismas 224. Durch eine solche parallele Anordnung benachbarter Flächen nebeneinander angeordneter Prismen 221 - 224 kann eine besonders kleine Bauform der Stapelstruktur 201 und damit der optischen Anordnung 200 erreicht werden. Durch die Teilreflektion 272 von Licht an der zweiten Fläche 262 ist pro Prisma 221 -224 jeweils ein optischer Nebenpfad 251 , 252, 253, 254 mit dem optischen Hauptpfad 250 verbunden. Im Falle von einfallendem Licht 1 10, wie in FIG. 2 dargestellt, bewirkt die Teilreflektion 272 eine Aufspaltung des optischen Hauptpfads 250. Entsprechend wäre es aber auch möglich, mittels der Teilreflektion 272 Vereinigung von Licht zu erzielen. Die verschiedenen optischen Nebenpfade 251 -254 erfahren die Totalreflektion 271 an der ersten Fläche 261 des jeweiligen Prismas 221 -224. Dadurch können Bauernfeind- Prismen ausgebildet. Grundsätzlich bewirken ausreichend große Inzidenzwinkel der optischen Nebenpfade 251 -254 auf die erste Fläche 261 die Total reflektion 271 .
Deshalb ist es erstrebenswert, die Geometrie der Stapelstruktur 201 und der
verschiedenen Prismen 201 20-224 derart zu wählen, dass die Inzidenzwinkel der optischen Nebenpfade 251 -254 auf die erste Fläche 261 ausreichend groß sind. In dem Beispiel der FIG. 2 umfasst die optische Anordnung 200 fünf Kanäle 21 1 , 212, 213, 214, 215. Jeder Kanal umfasst im Beispiel der FIG. 2 einen Detektor 280, der im optischen Nebenpfad 251 -253 außerhalb des jeweiligen Prismas und damit außerhalb der Stapelstruktur 201 angeordnet ist. Pro Kanal 21 1 -215 ist also ein Detektor 280 bereitgestellt, der senkrecht zu dem jeweiligen optischen Pfad 250-254 angeordnet ist. In anderen Beispielen könnte auch eine Lichtquelle oder im Allgemeinen in anderes aktives optisches Element vorgesehen sein. Dabei wird pro Prisma 221 -224 jeweils ein Kanal 21 1 -214 ausgebildet. In anderen Beispiel kann pro Prisma 221 -224 aber auch mehr als ein Kanal ausgebildet werden. In dem Beispiel der FIG. 2 wird ein weiterer Kanal 215 durch den optischen Hauptpfad 250 ausgebildet. Zur Erzielung gleicher Glaswege weisen die verschiedenen Prismen 221 -224 alle unterschiedliche Formen auf; des Weiteren ist ein optischer Block 232 benachbart zu dem Prisma 224
vorgesehen. In dem Beispiel der FIG. 2 liegen der optische Hauptpfad 250 und die optischen
Nebenpfade 251 -254 alle in einer Ebene (im Beispiel der FIG. 2 die Zeichenebene). Dies ermöglicht eine kleine Bauform der optischen Anordnung 200, z.B. im Vergleich zur Referenzimplementierung gem. FIG. 1 . In dem Beispiel der FIG. 2 weisen die verschiedenen Prismen 221 -224 gleiche
Prismenwinkel auf. Der Prismenwinkel ist jeweils zwischen der ersten Fläche 261 und der zweiten Fläche 262 definiert. Es sind aber auch Beispiele möglich, bei denen die Prismen der Stapelstruktur 201 unterschiedliche Prismenwinkel aufweisen. FIG. 3 illustriert ein weiteres beispielhaftes Mehrwege-Prisma 200. Auch in dem
Mehrwege-Prisma 200 gemäß dem Beispiel der FIG. 3 ist der Prismenwinkel zwischen der ersten Fläche 261 und der zweiten Fläche 262 für alle Prismen 221 -223 der Stapelstruktur 201 gleich. Aus FIG. 3 ist ersichtlich, dass die Stapelstruktur 201 lediglich drei Prismen 221 -223 umfasst, bei denen die optischen Teilpfade 251 -253 Teilreflektion 272 an der jeweiligen zweiten Fläche 262 des entsprechenden Prismas 221 -223 und Totalreflektion 271 an der jeweiligen ersten Fläche 261 des entsprechenden Prismas 221 -223 erfahren. In dem Beispiel der FIG. 3 umfasst die optische Anordnung 200 weiterhin einen Keil 331 mit einer ersten Fläche 361 in einer zweiten Fläche 362. Die erste Fläche 361 und die zweite Fläche 362 definieren einen Keilwinkel des Keils 331 . Der Keil 331 ist im optischen Hauptpfad 250 benachbart zu der ersten Fläche 261 des äußeren Prismas 221 der Stapelstruktur 201 angeordnet. Die zweite Fläche 362 des Keils 331 ist parallel zu der ersten Fläche 261 des äußeren Prismas 221 . Zum Beispiel ist es auch in Bezug auf den Keil 331 möglich, dass zwischen der zweiten Fläche 362 des Keils 331 und der ersten Fläche 261 des äußeren Prismas 221 ein Luftspalt vorhanden ist, der die
Totalreflektion 271 von Licht entlang des optischen Nebenpfads 251 im Prisma 221 bewirkt (in FIG. 3 nicht dargestellt).
Der Keilwinkel des Keils 331 in dem Beispiel der FIG. 3 beträgt 50 %, das heißt ist halb so groß wie die Prismenwinkel der Prismen 221 -223 der Stapelstruktur 201 . Ferner fördert der Keil 331 kleinere Inzidenzwinkel des optischen Hauptpfads 250 auf die jeweiligen zweiten Flächen 262 der Prismen 221 -223; darüber hinaus fördert der Keil 331 größere Inzidenzwinkel der jeweiligen optischen Nebenpfade 251 -253 auf die erste Fläche 261 des entsprechenden Prismas 221 -223. Dadurch wird erreicht, dass ein kleinerer Reflektionsgrad der Teilreflektion 272 und sichere Totalreflektion 271 erzielt wird, d.h. Robustheit gegenüber Toleranzen erzielt wird. Dadurch wird der Raumwinkel, aus welchem Licht auf Sensorflächen der Detektoren 280 der verschiedenen Kanäle 21 1 -215 fokussiert werden kann, vergrößert.
Aus FIG. 3 ist ferner ersichtlich, dass alle Prismen 221 -223 der Stapelstruktur identisch geformt sind. Dies ermöglicht eine einfache und effiziente Herstellung der Prismen 221 - 223.
Zur Erzielung gleicher Glaswege umfasst die optische Anordnung 200 weiterhin optische Platten 332, 333, die benachbart zu Austrittsflächen 265 der Prismen 221 , 222 angeordnet sind. Die optischen Platten 332, 333 umfassen jeweils eine erste Fläche 366 und eine zweite Fläche 367. Die erste Fläche 366 und die zweite Fläche 367 sind jeweils parallel zueinander angeordnet. Außerdem sind die erste Fläche 366 und die zweite Fläche 367 parallel zur jeweiligen Austrittsfläche 265 des entsprechenden Prismas 221 , 222 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass der optische Nebenpfad 251 , 252 abgelenkt oder gebrochen wird.
FIG. 3 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf einen weiteren optischen Keil 334 mit einer ersten Fläche 334A und einer zweiten Fläche 334B, die einen Keilwinkel miteinander einschließen. Der weitere optische Keil 334 wirkt auch als Prisma, wobei lediglich an der zweiten Fläche 334B Teilreflektion 272 auftritt; Totalreflektion des derart erzeugten optischen Nebenpfads 254 innerhalb des Keils 334 tritt nicht auf. Insoweit bildet der weitere optische Keil 334 auch kein Bauernfeind-Prisma aus. Die erste Fläche 334A des weiteren optischen Keils 334 ist parallel zur zweiten Fläche 262 des Prismas 223; zum Beispiel könnte wiederum ein Luftspalt vorgesehen sein (in FIG. 3 nicht gezeigt). Ein weiterer optischer Keil 335 ist hinter dem weiteren optischen Keil 334 angeordnet. Die weiteren optischen Keile 334, 335 definieren zwei weitere Kanäle 214, 215.
Dadurch umfasst das Mehrwege-Prisma gemäß dem Beispiel der FIG. 3 drei Prismen 221 -223 und fünf Kanäle 21 1 -215.
FIG. 4 illustriert Aspekte in Bezug auf den Strahlengang von Licht 1 10 durch die optische Anordnung 200 der FIG. 3 aus FIG. 4 ist ersichtlich, dass Licht 1 10 aus einem vergleichsweise großen Raumwinkel 1 1 1 auf die optische Anordnung 200 bzw.
insbesondere den Keil 331 einfallen kann und dennoch auf die Detektoren 280 der verschiedenen Kanäle 21 1 -215 fokussieren wird. Dies wird durch geringe
Inzidenzwinkel an den ersten Flächen 261 der Prismen 221 -223 bzw. des Keils 331 ermöglicht.
FIG. 5 illustriert ein weiteres beispielhaftes Mehrwege-Prisma. In der entsprechenden optischen Anordnung 200 gemäß dem Beispiel der FIG. 5 ist - vergleichbar mit dem Beispiel der FIG. 3 - der Prismenwinkel zwischen der ersten Fläche 261 an der zweiten Fläche 262 für alle Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 gleich. In dem Beispiel der FIG. 5 umfasst die Stapelstruktur 201 jedoch vier Prismen 221 -224. Die optische Anordnung 200 definiert sieben Kanäle 21 1 -1 , 21 1 -2, 212-216. Dabei ist parallel zur Austrittsfläche 265 des äußeren Prismas 221 ein weiterer optischer Keil 336 angeordnet, das heißt eine erste Fläche 336A des weiteren optischen Keils 336 ist parallel zur Austrittsfläche 265 des Prismas 221 angeordnet. An einer zweiten Fläche 336B des weiteren optischen Keils 336 findet Teilreflektion von Licht des optischen Nebenpfads 251 statt, wodurch die optischen Nebenpfade 251 -1 , 251 -2 erzeugt werden.
In dem Beispiel der FIGs. 3-5 ist ersichtlich, dass zweitnächst-benachbarte Prismen 221 -224 parallel zueinander angeordnete Austrittsflächen 265 aufweisen. Zum Beispiel ist die Austrittsfläche 265 Prismas 221 parallel zu der Austrittsfläche 265 des Prismas 223 (vergleiche FIGs. 3-5). Weiterhin ist in dem Beispiel der FIG. 5 die Austrittsfläche 265 des Prismas 222 parallel zur Austrittsfläche 265 des Prismas 224. Da die
Austrittsfläche 265 der verschiedenen Prismen 221 -224 parallel zueinander angeordnet sind, ist es möglich, dass die Detektoren 280 bzw. Lichtquellen bzw. im Allgemeinen aktive optische Elemente (in FIG. 3-5 nicht dargestellt) auch parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere können zum Beispiel die Sensorebenen der Detektoren 280 von zweitnächst-benachbarten Prismen parallel zueinander angeordnet sein. Dann kann es mittels einer Positionier-Mechanik möglich sein, solche parallel zueinander angeordneten Detektoren 280 gekoppelt zu positionieren. Zum Beispiel kann eine Positionierung parallel zu dem jeweiligen optische Nebenpfad zur Fokussierung gekoppelt durchgeführt werden (in FIG. 5 durch die Pfeile entlang der optischen
Nebenpfade 251 -2, 253 dargestellt). Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, die Detektoren 280 senkrecht zu den optischen Nebenpfaden korreliert anzuordnen und/oder gekoppelt zu positionieren (in FIG. 5 durch Pfeile entlang der Detektoren 280 der Kanäle 212, 214 dargestellt). Z.B. können in dem Beispiel der FIG. 5 die
Sensorebenen der Detektoren 280 der Kanäle 212, 214 um einen Abstand senkrecht zu den optischen Nebenpfaden 252, 254 zueinander versetzt sein, der kleiner ist als die Abmessung eines Bildpunkts der Sensorebenen. Durch Kombination der Sensordaten aus diesen Detektoren 280 kann dann ein Bild mit erhöhter Auflösung bereitgestellt werden. Eine Sub-Bildpunkt-Überlagerung ist möglich.
FIG. 6 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Kamera 600 gemäß dem Stand der Technik. Die Kamera 600 umfasst ein Objektiv 601 , einen ersten Objektivanschluss 602 und einen zweiten Objektivanschluss 603. Der erste Objektivanschluss 602 wird dazu verwendet, zwei Kanäle 21 1 , 212 bereitzustellen; die Kanäle 21 1 , 212 können zum Beispiel zur Infrarot-Bildgebung und Ultraviolett-Bildgebung verwendet werden. Der zweite Objektivanschluss 603 umfasst ein Mehrwege-Prisma mit drei Kanälen 213, 214, 215, welche zum Beispiel den drei Farbkanälen rot, grün und blau entsprechen können.
Aus FIG. 6 ist ersichtlich, dass zwei Objektivanschlüsse 602, 603 benötigt werden, um alle Kanäle 21 1 -215 bereitzustellen. Entsprechend ist die Kamera 600 schwer und unhandlich. Darüber hinaus ist das Vorhalten von zwei Objektivanschlüssen 602, 603 vergleichsweise teuer und fehleranfällig.
FIG. 7 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Kamera 600, die eine optische Anordnung 200 gemäß verschiedener beispielhafter Implementierungen wie vorab beschrieben umfasst. Die Kamera 600 umfasst das Objektiv 601 und den Objektivanschluss 603. Der Objektivanschluss 603 umfasst ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener hierin offenbarter Beispiele mit fünf Kanälen 21 1 -215. Durch den vergleichsweise kleinen Bauraum, der von dem Mehrwege-Prisma 200 benötigt wird, ist es möglich, alle fünf Kanäle 21 1 -215 in dem Objektivanschluss 603 bereitzustellen. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit einem sogenannten B4-Objektivanschluss der Fall. Der B4- Objektivanschluss definiert mechanische und optische Eigenschaften. Der als "B4"- Objektivanschluss bekannte Standard für TV-Kameras ist definiert in folgendem
Dokument:
"BTA S-1005B" "Interconnection for HDTV Studio Equipment" der ARIB "Association of Radio Industries and Businesses" / Japan.
Darin sind die optischen Parameter auf den Seiten 19 und 20 beschrieben, die geometrischen Werte auf Seite 26. Es ist definiert, dass zwischen dem Objektiv und den Detektoren ein Prismenblock mit folgenden Eigenschaften sein muss:
Dicke des gesamten Glasweges 46,2 mm;
33.0 mm Glas A mit Brechzahl 1 ,52 bis 1 ,75 und Abbezahl 42,5 bis 50,5; und
13.2 mm Glas B Glastyp BK7.
In Referenzimplementierungen wird ein Mehrwege-Prisma mit drei Kanälen (vergleiche FIG. 6) in einem B4-Objektivanschluss verwendet. Die drei Kanäle entsprechen den Spektralbereichen Rot, Grün und Blau. Weitere Wellenlängenbereiche, wie beispielsweise Ultraviolett oder Infrarot Wellenlängen, können zusätzlich zu den
Kanälen Rot, Grün und Blau in solchen Referenzimplementierungen aufgrund des limitierten Bauraums des Objektivanschlusses nicht berücksichtigt werden. Eine beispielhafte Anwendung, bei der Infrarot-Wellenlängen von Interesse sind zum Beispiel die Kennzeichnung von Werbebanden bei Sportübertragungen. Basierend auf einer Kodierung der Werbebanden im Infrarot-Spektralbereich können diese in der digitalen Nachbearbeitung detektiert werden und die entsprechenden Bildpunkte modifiziert werden. Zum Beispiel kann derart eine Nutzer-spezifische Anpassung erfolgen. Eine weitere beispielhafte Implementierung für Kodierung von Bereichen mit Licht im Infrarot- Spektralbereich betrifft die Trennung von Vordergrund und Hintergrund; zum Beispiel können Bildpunkte im Bereich des Hintergrunds digital ersetzt werden. Solche
Anwendungen können mit einem Objektivanschluss gemäß FIG. 7 implementiert werden. FIG. 8 illustriert ein beispielhaftes Mehrwege-Prisma 200. Das Beispiel der FIG. 8 entspricht dabei grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 2. Auch in dem Beispiel der FIG. 8 sind die Prismen-Winkel der Prismen 221 -224 allesamt identisch. Es ist auch ein Keil 331 vorgesehen. Das Mehrwege-Prisma 200 gemäß dem Beispiel der FIG. 8 umfasst wiederum fünf Kanäle 21 1 -215.
FIG. 8 illustriert insbesondere Aspekte in Bezug auf einen Bauraum des Mehrwege- Prismas 200 in Bezug auf einen B4-Objektivanschluss 603. Zum Beispiel ist in FIG. 8 eine äußere Anlagefläche 901 des B4-Objektivanschlusses 603 dargestellt. Außerdem ist in FIG. 8 eine innere Anlagefläche 902 dargestellt. Der Abstand 91 1 zwischen den Flächen 901 , 902 ermöglicht eine Fixierung des Objektivs, manchmal auch als Objektiv- Eintauchtiefe bezeichnet, zum Beispiel im Zusammenhang mit Drehverschlüssen oder Bajonettverschlüssen. In FIG. 8 ist auch die rückwärtige Bildebene 903 dargestellt, die einen definierten Abstand von ca. 65 mm (d.h. einer Schnittweite in Luft von 48 mm) von der Anlagefläche 901 gemäß dem B4-Objektivanschluss 603 aufweist.
Aus FIG. 8 ist ersichtlich, dass es möglich ist, das Mehrwege-Prisma 200 derart
Bauraum-effizient zu integrieren, dass es zwischen den Flächen 902, 903 angeordnet werden kann, d.h. in einen B4-Objektivanschluss integriert werden kann. Dabei sind in FIG. 8 die verschiedenen Bauteile des Mehrwege-Prismas 200 in Bezug auf die Ebenen 901 -903 Maßstabsgetreu dargestellt. Um die Bauraum-effiziente Integration zu erzielen, kann insbesondere eine geeignete Anordnung der Filter 266 vorgesehen sein. Eine sortierte Anordnung der Filter 266 ist schematisch in FIG. 9 illustriert. In FIG. 9 ist jeweils die Intensität für die verschiedenen Spektralbereiche vor und nach den Filtern 266 dargestellt. In FIG. 9 ist zunächst das einfallende Licht 1 10, zum Beispiel vor Erreichen der
Stapelstruktur 200 (in FIG. 8 von links einfallend) dargestellt. Das Licht 1 10 umfasst einem breiten Spektralbereich, im Beispiel der FIG. 9 FIR, NIR und VIS.
Dann wird mittels des Filters 266, der dem Kanal 21 1 zugeordnet ist und der an dem Übergang zwischen dem Prisma 221 und dem Prisma 222 angeordnet ist, Licht 802 für den optische Nebenpfad 251 abgetrennt (schraffiert dargestellt).
Licht 803 läuft durch das Prisma 222 weiter entlang des optischen Hauptpfads 250. Anschließend wird am Filter 266 zwischen dem Prisma 222 und der Platte 701
Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs FIR durchgeführt, so das Licht 804
(schraffiert dargestellt) entlang des Nebenpfads 252 durch das Prisma 222 verläuft und Licht 805 weiter entlang des optischen Hauptpfads durch die Platte 701 sowie das Prisma 223. Daraus ist ersichtlich, dass der Filter 266, der mit dem Kanal 21 1 assoziiert ist, zunächst die Teilreflektion bezüglich der Transmission durchführt; und dann der Filter 266, der mit dem Kanal 212 assoziiert ist, die Teilreflektion bezüglich dem
Spektralbereich durchführt. Dieses Schema der Anordnung wird in Bezug auf die Filter 266 der Kanäle 212 und 213 wiederholt. Insoweit können die Kanäle 21 1 , 212 als erstes Teilsystem des Mehrwege-Prismas bezeichnet werden und die Kanäle 212, 213 als zweites Teilsystem des Mehrwege-Prismas bezeichnet werden. Die Teilsysteme duplizieren die Filter-Funktionalität in Bezug auf die Spektralbereiche FIR und NIR. Dadurch wird erreicht, dass die Teilreflektion bezüglich der Transmission und die Teilreflektion bezüglich dem Spektralbereich abwechselnd durchgeführt werden.
Am Filter 266 zwischen dem Prisma 223 und dem Prisma 224 wird also Licht 806 durch Teilreflektion hinsichtlich der Transmission über den gesamten verbliebenen
Spektralbereich NIR und VIS abgetrennt. Das Licht 806 (schraffiert dargestellt) ist dem Kanal 213 zugeordnet und läuft entlang des optischen Nebenpfads 253 zum Detektor 280 des Kanals 213. Das Licht 807 durchläuft das Prisma 224 entlang des optischen Hauptpfads 250.
Dann wird an dem Filter 266 zwischen dem Prisma 224 und der Platte 232 Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs NIR durchgeführt und das derart erhaltene Licht 808 (schraffiert dargestellt) durchläuft das Prisma 224 entlang des optischen Nebenpfads 254. Das Licht 809 durchläuft anschließend die Platte 232 und ist mit dem Kanal 215 assoziiert.
Beispielsweise wäre es möglich, in Bezug auf das Licht 802 und/oder das Licht 806 weitere Filter vorzusehen, zum Beispiel an den Austrittsflächen 265 der Prismen 221 und 223. Beispielsweise könnte ein mit dem Kanal 21 1 assoziierte Filter eine
Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs FIR durchführen und ein mit dem Kanal 213 assoziierte Filter könnte eine Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs NIR durchführen. Damit könnten jeweils zu Licht 804 bzw. Licht 808 korrespondierende bzw. gleiche Spektralbereiche erhalten werden. Durch solche Techniken kann zum Beispiel erreicht werden, dass die Kanäle 21 1 und 212 beide Licht 802 und 804 aufweisen, welches im Spektralbereich FIR definiert ist. Dabei kann aber die Intensität des Lichts 802 in diesem Spektralbereich FIR deutlich geringer sein, als die Intensität des Lichts 804. Dadurch kann zum Beispiel bei einer großen Absolutintensität des einfallenden Lichts 1 10 der Kanal 21 1 verwendet werden, um eine Übersteuerung des Detektors 280 des Kanals 212 zu vermeiden; andererseits könnte bei einer niedrigen Absolutintensität des einfallenden Lichts 1 10 der Kanal 212 verwendet werden, um eine Untersteuerung des Detektors 280 des Kanals 21 1 zu vermeiden. Entsprechendes kann auch in Bezug auf den Spektralbereich NIR für die Kanäle 213, 214 implementiert werden. Derart kann insgesamt ein hoher Dynamikbereich für? die Detektoren 280 abgedeckt werden.
Beispielsweise könnte durch solche Techniken folgende praktische Anwendung implementiert werden: das Mehrwege-Prisma 200 wird innerhalb der Brennweite eines Objektivs einer Fernsehkamera positioniert. Der vom Objektiv bereitgestellte
Spektralbereich des einfallenden Lichts 1 10 wird aufgeteilt in FIR, NIR und VIS. Zur Erhöhung des Dynamikbereichs erfolgt die Aufspaltung der Spektralbereiche FIR und NIR hinsichtlich der Intensität. Zum Beispiel können dadurch auch bei direkt
einfallendem Licht aus einer starken Lichtquelle, wie beispielsweise der Sonne, eine Übersteuerung durch geeignete Wahl des Kanals mit niedriger Intensität vermieden werden.
Während in dem Beispiel der FIG. 9 eine in Bezug auf die Wellenlängen der
Eckfrequenz des jeweiligen Spektralbereichs aufsteigend sortierte Anordnung der Filter 266 FIR-NIR-VIS dargestellt ist, könnte eine absteigend sortierte Anordnung VIS-NIR- FIR der Filter 266 entsprechend implementiert werden.
Wieder bezugnehmend auf FIG. 8: durch die sortierte Anordnung der Filter 266 kann ein Bauraum für das Mehrwege-Prisma 200 erzielt werden, der eine Integration in die Abmessung 912 des B4-Objektivanschluss ermöglicht. Ein weiteres Merkmal des Mehrwege-Prismas 200, das eine Bauraum-effiziente Anordnung ermöglicht, betrifft die Platte 701 : Die optische Platte 701 ist zwischen dem Prisma 222 und dem Prisma 223 angeordnet. Dabei ist die Fläche 262 des Prismas 222 parallel zur Fläche 71 1 der Platte 701 ; und die Fläche 712 der Platte 701 ist parallel zur Fläche 261 des Prismas 223. Durch die optische Platte 701 wird erreicht, dass der Glasweg für die
verschiedenen Kanäle 21 1 -215 gleich ist. Dies ist in FIG. 10 schematisch dargestellt. Aus FIG. 10 ist ersichtlich, dass der Glasweg für die verschiedenen Kanäle 251 -254 gleich gewählt werden kann, wobei gleichzeitig der Abstand 281 1 , 2813 der Bildebenen bzw. der aktiven optischen Elemente, wie beispielsweise der Detektoren 280, von dem optischen Hauptpfad 250 vergleichsweise gering dimensioniert sein kann. Insbesondere kann es durch das Vorsehen der optischen Platte 701 ermöglicht werden, dass der Abstand 281 1 für das aktive optische Element des Kanals 21 1 signifikant größer ist als der Abstand 2813 für das aktive optische Element des Kanals 213. Dabei entspricht der Kanal 21 1 dem Prisma 221 und der Kanal 213 entspricht dem Prisma 223, d.h.
zweitnächst benachbarten Prismen. In dem Beispiel des Mehrwege-Prismas 200 der FIG. 10 ist der Abstand 281 1 um einen Faktor 2,2 größer als der Abstand 2813. Im Allgemeinen wäre es möglich, dass der Abstand 281 1 mindestens in einen Faktor 2,0 größer ist als der Abstand 2813, optional mindestens um einen Faktor 2,6, weiter optional mindestens um einen Faktor 2,8. Durch eine solche geometrische Anordnung kann erreicht werden, dass die aktiven optischen Elemente wie beispielsweise die Detektoren 280 von zweitnächst benachbarten Prismen gestaffelt zueinander in Bezug auf den optischen Hauptpfad 250 angeordnet sind. Dadurch lässt sich ein besonders geringer Abstand 2820 (cf. FIG. 8) zwischen dem optischen Element 280 des Kanals 213 und dem Prisma 221 des Kanals 21 1 erzielen. Dies ermöglicht die Bauraum- effiziente Anordnung. Zum Beispiel könnte der Abstand 2820 im Bereich von 1 cm bis 3 cm liegen, beispielsweise im Bereich von 2 cm bis 2,5 cm liegen. Derart kann einerseits eine hohe Integration und effiziente Ausnutzung des Bauraums gewährleistet werden; andererseits kann ein physischer Kontakt vermieden werden und thermische Kopplung unterdrückt werden.
FIG. 1 1 illustriert Aspekte in Bezug auf die Strahlengänge des Lichts 1 10, 802-809 (in FIG. 1 1 sind die Lichtkegel jeweils mit gestrichelten Linien dargestellt) für das
Mehrwege-Prisma 200 gemäß dem Beispiel der FIG. 8. Aus FIG. 1 1 ist ersichtlich, dass große Öffnungswinkel 259 im Bereich der Bildebenen bzw. der aktiven optischen Elemente 280 erzielt werden können, die beispielsweise nicht <30,5° sind. Es können numerische Apertur von mindestens 0,263 erzielt werden. Eine Blendenzahl von maximal 1 ,9 kann erreicht werden. Dadurch kann wiederum die Integration des
Mehrwege-Prismas 200 in den B4-Objektivanschluss gewährleistet werden.
Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welcher auf der sequenziellen Anordnung von mindestens drei Prismen in einer Stapelanordnung beruhen. Eine entsprechende optische Anordnung stellt ein Mehrwege-Prisma bereit. In verschiedenen Beispielen umfasst die Stapelanordnung fünf oder mehr Prismen.
Mittels solcher Techniken kann eine kompakte Aufteilung oder Vereinigung von optischer Information in fünf oder mehr Kanäle erfolgen. Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen es, Detektoren und/oder Lichtquellen der verschiedenen Kanäle gekoppelt zu positionieren. Insbesondere kann eine gekoppelte Positionierung entlang der entsprechenden optischen Nebenpfade und/oder senkrecht zu den entsprechenden optischen Nebenpfade erfolgen.
In verschiedenen Beispielen umfasst die optische Anordnung auch einen Keil, der vor einem äußeren Prisma der Stapelstruktur angeordnet ist. Dadurch kann es ermöglicht werden, einen besonders einfachen Aufbau der Stapelstruktur zu erzielen. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass die Prismenwinkel der verschiedenen Prismen gleich gewählt werden. Ferner kann es durch den Keil ermöglicht werden, dass die
Inzidenzwinkel an den verschiedenen zweiten Flächen der Prismen vergleichsweise klein dimensioniert werden, so dass eine vergleichsweise hohe Transmission erzielt werden kann. Gleichzeitig kann es durch den Keil ermöglicht werden, dass die
Inzidenzwinkel an den ersten Flächen der Prismen vergleichsweise klein dimensioniert werden, so dass auch hier eine vergleichsweise hohe Transmission im Hauptpfad erzielt werden kann und parallel aber auch die Totalreflektion des Lichtes der
Nebenpfade sicher erreicht wird. Ferner kann es durch den Keil ermöglicht werden, dass die Abstände zwischen benachbarten Kanälen größer werden, so dass Detektoren und/oder Lichtquellen mit größeren Gehäusen verwendet werden können.
Die hierin beschriebenen Techniken können in unterschiedlichsten Anwendungsfeldern eingesetzt werden. Insbesondere können die hierin beschriebenen Mehrwege-Prismen für Objektivanschlüsse verwendet werden, die die B4-Norm erfüllen. Dies ist der Fall, da die hierin beschriebenen Mehrwege-Prismen einen vergleichsweise geringen Bauraum benötigen und ferner einen kurzen Glasweg ermöglichen. Im Allgemeinen können die hierin beschriebenen Mehrwege-Prismen für die Aufspaltung oder Vereinigung von Kanälen innerhalb der Brennweite eines Objektivs, beispielsweise eines Fernseh- Objektivs verwendet werden. Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise wurden obenstehend verschiedene Implementierungen in Bezug auf das Aufspalten von optischer Information bzw. optischen Pfaden beschrieben.
Entsprechende Techniken können auch direkt angewendet werden auf
Implementierung in Bezug auf das Vereinigen von optischer Information bzw. von optischen Pfaden.
Beispielsweise wurden obenstehend verschiedene Anwendungen in Bezug auf einen Objektivanschluss beschrieben. Es ist aber auch möglich, optische Anordnungen, die wie hierin beschrieben ein Mehrwege-Prisma implementieren, in anderen
Anwendungen einzusetzen. Ein weiteres beispielhaftes Anwendungsgebiet ist z.B. eine mehrfarbige Lichtquelle für die Fluoreszenzmikroskopie. Dabei können z.B. zehn oder mehr Kanäle, z.B. mehr als zwölf Kanäle mit entsprechenden LEDs als Lichtquellen bereitgestellt sein. Die LEDs können z.B. mit Sammellinsen kombiniert werden. Durch Vereinigung der entsprechenden optischen Nebenpfade kann dann eine die Ausgabe entlang eines einzelnen optischen Hauptpfads implementiert wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Optische Anordnung (200), die umfasst:
- eine Stapelstruktur (201 ), die mindestens drei Prismen (221 , 222, 223, 224) jeweils mit einer ersten Fläche (261 ) und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche (262) umfasst,
- einen optischen Hauptpfad (250), der durch die Stapelstruktur (201 ) verläuft,
- jeweils für jedes der Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ): einen optischen Nebenpfad (251 -255), der durch das entsprechende Prisma (221 , 222, 223, 224) verläuft und der durch Teilreflektion (272) von Licht an der zweiten Fläche (262) des entsprechenden Prismas (221 , 222, 223, 224) mit dem optischen Hauptpfad (250) verbunden ist und der an der ersten Fläche (261 ) des entsprechenden Prismas (221 , 222, 223, 224) Total reflektion (271 ) erfährt,
wobei alle benachbarten Flächen (261 , 262) nebeneinander angeordneter
Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) parallel zueinander sind.
2. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1 ,
wobei der Prismenwinkel zwischen der ersten Fläche (261 ) und der zweiten Fläche (262) für alle Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) gleich ist.
3. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei alle Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) identisch geformt sind.
4. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- einen Keil (331 ) mit einer ersten Fläche (361 ) und einer zweiten Fläche (362), wobei der Keil (331 ) im optischen Hauptpfad (250) benachbart zur ersten Fläche (261 ) eines äußeren Prismas (221 ) der Stapelstruktur (201 ) angeordnet ist und wobei die zweite Fläche (362) des Keils (331 ) parallel zu der ersten Fläche (261 ) des äußeren Prismas (221 ) angeordnet ist.
5. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 4,
wobei ein Keilwinkel des Keils (331 ) im Bereich von 40 % - 60 % des
Prismenwinkels der Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) liegt, bevorzugt 50 % des Prismenwinkels der Prismen (221 , 222, 223, 224) der
Stapelstruktur (201 ) beträgt.
6. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der optische Hauptpfad (250) und die optischen Nebenpfade innerhalb der Stapelstruktur (201 ) alle in einer Ebene liegen.
7. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei jedes Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) weiterhin umfasst: eine Austrittsfläche (265), die senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) angeordnet ist,
wobei die optische Anordnung (200) weiterhin umfasst:
- für zumindest ein Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ): eine im entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) benachbart zur Austrittsfläche des entsprechenden Prismas (221 , 222, 223, 224) angeordnete optische Platte (332, 333) mit einer ersten Fläche (366) und einer zweiten Fläche (367), die parallel zueinander und parallel zur entsprechenden Austrittsfläche (265) angeordnet sind.
8. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei jedes Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) weiterhin umfasst: eine Austrittsfläche (265), die senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) angeordnet ist,
wobei die optische Anordnung (200) weiterhin umfasst:
- für zumindest ein Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ): einen im entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) benachbart zur Austrittsfläche (265) des entsprechenden Prismas (221 , 222, 223, 224) angeordneten weiteren optischen Keil (336) mit einer ersten Fläche (336A) und einer zweiten Fläche (336B), wobei die erste Fläche (336A) des weiteren optischen Keils (336) parallel zur entsprechenden Austrittsfläche angeordnet ist.
9. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jedes Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) weiterhin umfasst: eine Austrittsfläche (265), die senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) angeordnet ist,
wobei die Austrittsflächen (265) von zweitnächst-benachbarten Prismen (221 ,
222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) parallel zueinander sind.
10. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin jeweils für zumindest einige Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) umfasst:
- einen Filter (266), der parallel zur zweiten Fläche (262) des entsprechenden Prismas angeordnet ist und der die Teilreflektion (272) hinsichtlich zumindest einem der folgenden durchführt: Spektralbereich; Polarisation; und Transmission. 1 1 . Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin jeweils für zumindest einige Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) umfasst:
- einen Filter (266), der parallel zur zweiten Fläche (262) des entsprechenden Prismas angeordnet ist und der die Teilreflektion hinsichtlich eines Spektralbereichs durchführt,
wobei die Filter (266) der zumindest einigen Prismen (21 1 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) entlang des optischen Hauptpfads und in Bezug auf eine
Eckfrequenz des jeweiligen Spektralbereichs aufsteigend oder absteigend sortiert angeordnet sind.
12. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
wobei entlang des optischen Hauptpfads (250) abwechselnd Prismen mit Filtern (266), die Teilreflektion bezüglich der Transmission und des Spektralbereichs
durchführen, angeordnet sind.
13. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) Bauernfeind- Prismen sind.
14. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin jeweils für jedes Prisma (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) umfasst:
- mindestens einen Kanal (21 1 -1 , 21 1 -2, 212-216) mit einem aktiven optischen Element (280), das im entsprechenden optischen Nebenpfad (251 -255) außerhalb der Stapelstruktur (201 ) angeordnet ist,
wobei die aktiven optischen Elemente aus der Gruppe ausgewählt sind, die umfasst: Lichtquelle und Detektor (280). 15. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 14,
wobei die aktiven optischen Elemente (280) von zweitnächst-benachbarten Prismen mit unterschiedlichen Abständen (281 1 , 2813) zum optischen Hauptpfad (250) angeordnet sind. 16. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 14 oder 15,
wobei ein erstes aktives optisches Element (280) eines ersten Kanals einen ersten Abstand (281 1 , 2813) zum optischen Hauptpfad (250) aufweist,
wobei ein benachbart zu dem ersten aktiven optischen Element (280)
angeordnetes zweites aktives optisches Element (280) eines zweiten Kanals einen zweiten Abstand (281 1 , 2813) zum optischen Hauptpfad (250) aufweist,
wobei der erste Abstand (281 1 , 2813) mindestens um einen Faktor 2,0 größer ist als der zweite Abstand (281 1 , 2813), optional mindestens um einen Faktor 2,6, weiter optional mindestens um einen Faktor 2,8. 17. Optische Anordnung (200) nach einem der Ansprüche 12-16,
wobei die Kanäle (21 1 -1 , 21 1 -2, 212-216) Detektoren (280) mit jeweils einer Sensorebene umfassen,
wobei die Sensorebenen der Detektoren (280) von zweitnächst-benachbarten Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) parallel zueinander angeordnet sind.
Optische Anordnung (200) nach Anspruch 17, die weiterhin umfasst - eine Positionier-Mechanik, die eingerichtet ist, um die Sensorebenen der Detektoren (280) von zweitnachst-benachbarten Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) gekoppelt zu positionieren. 19. Optische Anordnung (200) nach einem der Ansprüche 12-18,
wobei die Kanäle Detektoren (280) mit jeweils einer Sensorebene umfassen, wobei die Sensorebenen von zwei der Detektoren (280) senkrecht zu den entsprechenden optischen Nebenpfaden (251 -255) um einen Abstand zueinander versetzt sind, der kleiner ist als die Abmessung eines Bildpunkts der Sensorebenen.
20. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- eine optische Platte (701 ), die im optischen Hauptpfad (250) zwischen zwei benachbarten Prismen (221 , 222, 223, 224) angeordnet ist.
21 . Objektivanschluss (603) für eine Kamera,
wobei der Objektivanschluss (603) die optische Anordnung (200) nach einem der Ansprüche 1 -20 umfasst.
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