WO2018114220A1 - Radialobjektivanordnung mit optischer zoomvorrichtung und optischer sensor, der eine solche radialobjektivanordnung aufweist - Google Patents

Radialobjektivanordnung mit optischer zoomvorrichtung und optischer sensor, der eine solche radialobjektivanordnung aufweist Download PDF

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WO2018114220A1
WO2018114220A1 PCT/EP2017/080350 EP2017080350W WO2018114220A1 WO 2018114220 A1 WO2018114220 A1 WO 2018114220A1 EP 2017080350 W EP2017080350 W EP 2017080350W WO 2018114220 A1 WO2018114220 A1 WO 2018114220A1
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WO
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optical
light
radial
zooming
rings
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/080350
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English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Heuer
Wolfgang Severin
Hartmut Schmidt
Horst Gebert
Gert Dankworth
Dirk Heinrich
Hans-Jürgen Pautsch
Christophe Bobda
Joachim Zöbisch
Original Assignee
Universität Potsdam
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08—Anamorphotic objectives
    • G02B13/12—Anamorphotic objectives with variable magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification

Definitions

  • the present invention relates to a radial objective arrangement for generating an optical image of a detection area, in particular a radial objective arrangement for an all-round optical sensor.
  • a radial lens arrangement as known for example from DE 10 2013 208 722 A1, comprises a central light deflection unit and a light collection unit.
  • the central Lichtumlenkica is formed and arranged to break out of the detection area coming light and forward directionally directed.
  • the detection area is, for example, an area lying above to / and / or below the radial objective arrangement.
  • the detection area comprises coordinates which have an arbitrary azimuth angle between -180 ° to + 180 ° and a polar angle between approximately 0 ° to 90 ° and / or 90 ° to 180 °.
  • the detection area starts at the outer lateral surfaces of the central light deflection unit.
  • the detection range extends below to / and / or above the central Lichtumlenkki.
  • the central light redirecting unit comprises a number of optical rings (ie, at least one optical ring) fixedly disposed in the radial lens assembly, the incident light being incident on the outer circumferential surface of a respective one of the plurality of optical rings.
  • the number of optical rings of the light collecting unit functions as a lens Radial lens assembly.
  • the optical rings are arranged such that the light coming from the detection area is incident on the respective outer jacket surface.
  • the light collection unit is configured and arranged to receive light transmitted by the central light deflection unit and to project it onto an observation surface of the light collection unit for generating the optical image.
  • the light collecting unit is configured, for example, as an optical cone, wherein a base of the cone forms the observation surface. From the observation surface, the light is preferably fed to an evaluation unit, which is designed, for example, to measure a brightness and / or to detect a change in brightness.
  • the cone base of the cone is, for example, circular. Depending on the field of application, however, other shapes for the conical base come into consideration. For example, a substantially elliptical cone base is useful for detecting a playing field of a sports stadium.
  • Such a radial objective arrangement is particularly suitable for use in the technical fields of motion detection, motion detection, image recognition and light intensity determination, as well as in the field of data communication.
  • the radial objective arrangement according to the invention is suitable for generating an image of a 360 ° all-round view of the detection area.
  • the radial objective arrangement according to the invention is particularly suitable for being used as part of a motion-free sensor for communication signals and / or surrounding images.
  • the radial lens assembly is good for both daytime use and night use.
  • each camera arrangement comprises a curved optical element, such as a mirror or a lens, to provide a relatively wide field of view.
  • radial lens assembly of the type described above is disadvantageous that they do not offer the opportunity to selectively zoom a certain section of the detection area on the observation surface. If, for example, the image projected on the observation surface is fed to an evaluation unit and further processed digitally by it, a digital zoom function can in principle be implemented. However, with one only digital zoom is generally associated with a loss of resolution and thus a loss of image quality.
  • the central light-deflecting unit includes an optical zooming device for zooming in and out of an observation section of the detection section and / or zooming out of an observation section of the detection section, the observation section being enlarged by zooming in on the observation surface, and the observation section being reduced by zooming out on the observation surface is shown.
  • An optical zoom device according to the invention enables an optical zoom by a specific change in a focal length of the radial objective arrangement, such that a real image which is projected onto the observation surface is displayed enlarged or reduced. In this case, portions of the detection area, which are not the observation section, can be hidden, i. not be imaged on the observation area.
  • a comparatively high resolution can also be achieved for the image of the correspondingly enlarged or reduced observation section compared to alternative solutions which are based, for example, on a digital zoom method.
  • the optical zoom device comprises at least one optical lens element.
  • the optical lens element is preferably designed to break the light coming from the detection area in such a way that a variable focal length of the radial objective arrangement is realized.
  • the zoom optical device when zooming in and / or out, is at least partially disposed in a beam path of the light from the detection area to the light collection unit so that the light coming out of the detection area passes through at least a part of the optical zoom device before entering the optical zoom device Light collecting unit enters.
  • an optical lens element of the zoom optical device may be at least partially disposed in a beam path of the light from the detection area to the light collection unit.
  • the optical zoom device when zooming in and / or zooming out, is arranged at least partially in a beam path of the light coming out of the detection area between the outer jacket surface and the light collecting unit.
  • an optical lens element of the optical zoom device may be at least partially disposed in the beam path between the outer clad surface and the light collection unit.
  • An arrangement "between" the outer mantle surface and the light-collecting unit does not mean that at least a part of the optical zoom device (eg a lens element) is arranged directly between the outer mantle surface and the light-collecting unit Interspaces are on the one hand between the relevant part of the optical zoom device and the outer jacket surface and / or on the other hand between the relevant part of the optical zoom device and the light collecting unit.
  • a part of the optical zoom device eg a lens element
  • At least one recess can preferably be formed on at least one of the optical rings, wherein the optical zoom device is arranged at least partially in the recess when zooming in and / or zooming out.
  • At least one of the optical rings is at least partially broken in the radial direction and forms a first space, wherein the optical zoom device is at least partially zoomed out when Zooming out in the first space.
  • the first space is preferably filled with a gas, such as air. But there are also depending on the desired degree of refraction and / or light attenuation other gases into consideration.
  • the invention is by no means limited to the use of air as gas for the first space.
  • the recess and / or the first intermediate space has a shape which describes at least a portion of a ring which is concentric with the at least one optical ring.
  • the recess and / or the first intermediate space may have the shape of a circumferentially circumferential ring which describes a bend angle of 360 ° or a ring cutout which describes an arc angle of less than 360 °.
  • a position of at least one optical lens element within the radial lens assembly along a circumferential direction of the optical rings is adjustable.
  • the optical lens element along the circumferential direction of the optical rings may be adjustable so that only light from a certain azimuth angle range of the detection area is detected and refracted by the optical lens element. In this way, for example, the selection of the observation section with respect to an azimuth angle range is made possible.
  • the position of the at least one optical lens element within a recess and / or a first gap of at least one of the number of optical rings along the circumferential direction of the optical rings may be displaceable.
  • the at least one optical lens element can be guided, for example, at least partially within a ring-shaped or ring-shaped recess or within a ring-shaped or ring-shaped first intermediate space.
  • a position of the at least one optical lens element within the radial objective arrangement is advantageously adjustable along a radial direction of the optical rings-alternatively or in addition to the already described adjustability in the circumferential direction.
  • a substantially radially extending section of the beam path can be influenced such that a focal length of the radial objective arrangement is changed.
  • a position of the at least one optical lens element within the radial lens assembly along a vertical direction, which is perpendicular to a radial direction and a circumferential direction of the rings be adjustable.
  • a substantially vertically extending section of the beam path can be influenced in such a way that a focal length of the radial objective arrangement is changed.
  • the at least one optical lens element for zooming in or zooming out of the observation section along the vertical direction is moved into a recess or a space of the type described above or moved out of such a recess or such a gap.
  • the radial lens assembly comprises at least one actuator for power-operated adjustment of a position of the at least one optical lens element along a circumferential and / or radial and / or vertical direction.
  • the actuator may comprise at least one electric motor.
  • the actuator may comprise a precise stepper motor for fine adjustment of the optical lens element.
  • the actuator may be designed for manual operation.
  • the optical rings and the Lichtsammeizie can be formed in a monolithic piece of material of the radial lens assembly. Due to the common formation of the optical rings and the light collecting unit in the monolithic piece of material, the optical rings and the light collecting unit are exactly aligned with each other. In particular, it can be ensured in a simple manner that the optical rings and the light collecting unit have a common optical axis which runs along a z-axis of the radial objective arrangement and comprises a respective center of the number of optical rings.
  • a respective one of the plurality of optical rings preferably comprises an inner circumferential surface facing in a direction opposite to the radial direction.
  • the central light deflection unit is preferably designed to decouple the light coming from the detection area via the respective inner jacket surface and to forward it to the light collecting unit.
  • the central light deflection unit is preferably designed to break the light coming from the detection area in such a way that a light transport in the beam path, that is to say when the observation surface passes through, has a parallel course.
  • the central light deflection unit is preferably designed such that light outside the parallel profile is scattered and / or attenuated on an upper and / or a lower jacket surface of the central light collecting unit. This scattered and / or dim light loses itself in the noise. With this approach, the refraction of light and the light transport are bound to simple calculation algorithms.
  • the number of optical rings are preferably designed to provide a light transport in a parallel beam path and / or in a focused light transport with total reflection.
  • the optical rings each have a shape of a hollow cylinder, wherein the outer radius of the hollow cylinder is a multiple of the height.
  • the inner radius of the hollow cylinder is a multiple of the height.
  • the outer radius is about 10 to 120 mm.
  • the height of a respective optical ring is, for example, 1.5 to 7 mm.
  • the height of the light collection unit preferably designed as an optical cone, is for example identical to the total height of all optical rings.
  • the distance of the light collecting unit to the central Lichtumlenkki is variable.
  • the light collection unit of the radial lens assembly is configured as an optical cone, wherein a base of the cone forms the observation surface on which the relayed light is projected by the light collection unit.
  • the light collected by the light collecting unit thus preferably falls perpendicular to the observation surface. From there, it can be directed, for example, onto a photoresistive surface, which is preferably connected to an evaluation unit, such as a camera module.
  • the center angle of the optical cone is constant, for example, and is 45 degrees, for example.
  • at least part of the conical surface in one embodiment of the radial objective arrangement is, for example, concave and / or convex and / or lenticular.
  • the light collection unit and the central light deflection unit of the radial lens assembly have a common optical axis that extends along a z-axis of the radial lens assembly and includes a respective center of the number of optical rings.
  • the number of optical rings thus have a common central axis, which runs along the z-axis.
  • the central axis of the Lichtsammeitechnik also runs along this z-axis. For example, this z-axis extends in the vertical direction and in one embodiment, the number of optical rings of the central light deflection unit and the light collection unit are arranged vertically one above the other.
  • the preferably designed as a hollow cylinder optical rings define an interior, whose central axis forms the common central axis.
  • the light collecting unit is preferably arranged such that its optical axis also falls on the common central axis, that is identical to this.
  • the light gathering unit may be disposed in the interior space or below or above the interior space, with the optical axis of the light collection unit always falling on the optical axis of the central light deflection unit.
  • a normal of the outer circumferential surface is thus not perpendicular to the z-axis, but in an outer bevel angle of for example 70 ° or 1 10 °.
  • the bevel angle By selecting the bevel angle, it can be defined which detection range is to be picked up by the radial lens arrangement. In principle, it is necessary to focus on the observed surface areas. With such a determination, an observation height and a distance of the objects are fixed, that is, the determination of the focal points for focus adjustment. If the central light deflection unit comprises not only one optical ring, but several, then the bevel angles can be selected quite differently from one another, so that the incident light is always forwarded to the light collecting unit. Several optical rings define different observation areas of the detection area. The light collecting unit then projects the relayed light onto the observation surface.
  • the light collecting unit is designed as a cone, then this is preferably arranged such that a center of the base of the cone and a cone tip are also on the z-axis, ie on the common optical axis of the Lichtsammeiritt and the central Lichtumlenkki.
  • the central Lichtumlenkki with the number of optical rings is arranged such that the forwarded light is incident on the conical surface and then projected from the cone on the base, ie on the observation surface, preferably such that the projected light perpendicular through the base / Observation area falls.
  • the bevelled outer lateral surface preferably has a concave peripheral profile.
  • At least one of the optical rings of the central light deflection unit for transmitting the light comprises an inner jacket surface which is bevelled relative to the z-axis and points to the z-axis.
  • a corresponding inner taper angle is preferably chosen such that the central light deflection unit transmits the incident light onto the conical surface of the light collection unit, so that it can project the transmitted light onto the observation surface.
  • At least one of the optical rings has a substantially trapezoidal cross-sectional area.
  • the inner taper angle and the outer taper angle are preferably selected so that the relayed light is relayed to the conical surface of the light collecting unit, so that the light collecting unit can project the relayed light onto the observation surface.
  • the observation surface of the light collecting unit has a convex circumferential course. In this way, a focus is exactly defined.
  • the number of optical rings is arranged in a layered relationship to one another.
  • the optical rings are each parallel to each other.
  • At least one of the number of optical rings preferably has a monolithic structure and preferably comprises a transparent optical material.
  • Material of the optical rings can be freely selected depending on the application.
  • one of the number of optical rings is made of an optical glass, quartz glass and / or an acrylic.
  • a second space located between the central diverter unit and the light collection unit is preferably filled with a gas, such as air. But there are also depending on the desired degree of refraction and / or light attenuation other gases into consideration.
  • the invention is by no means limited to the use of air as gas for the second space.
  • an optical sensor is also proposed for monitoring a detection area, which has a radial objective arrangement according to the present invention.
  • FIG. 1A schematically and by way of example a plan view of a first one.
  • Fig. 1 B schematically and exemplarily a side view of the first
  • FIG. 2A schematically and exemplarily a plan view of a second
  • Embodiment of a radial lens assembly according to the present invention schematically and exemplarily a side view of the second embodiment;
  • FIG. 1A shows schematically and by way of example a plan view of a first embodiment 100 of a radial objective arrangement according to the present invention.
  • 1 B shows schematically and by way of example a side view of this first embodiment 100.
  • the six dashed vertical lines represent horizontal dimensions in the radial objective arrangement 100.
  • the radial objective arrangement 100 comprises a central light deflection unit 120 and a light collection unit 160 arranged centrally thereon.
  • a spherical coordinate system which is referred to below, includes the one fictitious z-axis 102 and a fictitious x-axis 104 lying perpendicular thereto, which is also referred to as y Axis could be called.
  • the radial objective arrangement 100 is used to generate an optical image of a detection area, which is below the radial objective arrangement 100 in the illustrated embodiment.
  • the detection range of the radial lens assembly 100 includes coordinates with an azimuth angle between -180 ° and 180 °, a polar angle between 90 ° and 180 °, for example between 100 ° and 175 °, and a radius that is greater than the largest outer radius of the central light deflecting unit 160.
  • the radial lens assembly 100 is disposed in a lantern and monitors a detection area located below the lantern lamp, so that the lantern can be turned on or off in response to a presence of an object in this detection area.
  • Another area of application is animal observation.
  • the radial lens assembly 100 forms, for example, a part of the optics of a camera for animal observation.
  • a detection area located below the observation position of the camera can be used depending on the presence of an animal for presence detection and / or image generation.
  • the radial lens arrangement 100 is arranged, for example, at a height of 2 m above ground.
  • the central light deflector receives light 10 coming out of the detection area, breaks it, and directs it toward the light collection unit 160.
  • the light collection unit 160 receives the relayed light 12 and projects it onto an observation surface 110 of the light collection unit 160. From there, the light from a camera or a photocell for the purpose of evaluation.
  • the central light deflecting unit 120 includes a first optical ring 122, a second optical ring 124, and a third optical ring 126.
  • the optical rings 122, 124, and 126 are fixedly disposed in the radial lens assembly 100.
  • As the material for the optical rings 122, 124 and 136 and for the cone 160 is for example an acrylic into consideration.
  • the light collecting unit 160 is designed as a cone whose base surface forms the observation surface 110.
  • the central light deflection unit 120 directs the incident light 10 onto a conical surface 160-1 of the light collection unit 160 so that it can project the light onto the observation surface 110.
  • the central light-deflecting unit 120 and the light-gathering unit have a common optical axis that extends along a z-axis 102 of the radial lens assembly 100 and includes a respective center of the number of optical rings 122, 124, and 126.
  • the z-axis 102 extends in the perpendicular direction, so that the light collecting unit 160 and the optical rings 122, 124 and 126 are arranged vertically one above the other.
  • the light collecting unit 160 is arranged such that the observation surface 110 is perpendicular to the z-axis 102 and that a cone tip 160-2 is also located on the z-axis 102.
  • each of the optical rings 122, 124, and 126 includes an outer shell surface 122-1, 124-1, and 126-1, respectively, tapered relative to the z-axis 102.
  • These outer circumferential surfaces 122-1, 124-1 and 126-1 each point in the radial direction.
  • a corresponding outer bevel angle is chosen such that a beam path, as shown schematically in FIG. 1B, is realized.
  • the beveling of a respective outer mantle surface takes place according to a parabolic equation which defines a convex or concave profile.
  • the outer bevel angle can be varied depending on the detection range.
  • the tapered outer lateral surfaces 122-1, 124-1 and 126-1 have a respective concave circumferential course.
  • the optical rings 122, 124 and 126 include an inner circumferential surface 122-2, 124-2 and 126-2 tapered relative to the z-axis 102, respectively to the z-axis 102, ie opposite to the radial direction.
  • a corresponding inner bevel angle is also chosen such that a beam path shown schematically in FIG. 1B can be realized.
  • the choice of the outer chamfer angle and the selection of the inner chamfer angle ensures that the central light deflection unit 120 passes the light 10 coming from the detection area onto the conical surface 160-1 of the light collection unit 160, so that it transmits the relayed light 12 onto the observation surface 1 10 can project.
  • the projected light beams cross the observation surface 110 in a direction which is substantially perpendicular to the observation surface 110, ie approximately parallel to the z-axis 102.
  • the optical rings 122, 124 and 126 each have a substantially trapezoidal cross-sectional area.
  • the optical rings 122, 124 and 126 are layered on each other and arranged substantially parallel to each other. For example, they each have a monolithic structure and are formed from a transparent optical material.
  • a second space 150 located between the central deflecting unit 120 and the light collecting unit 160 is filled with gas such as air.
  • the light collecting unit 160 has a convex circumferential shape.
  • the light 10 coming out of the detection area is received by the central deflection unit 120, that is to say via the tapered outer lateral surfaces 122, 124 and 126, and coupled out via the tapered inner lateral surfaces 122 - 2, 124 - 2 and 126 - 2 and to the light collecting unit 160 forwarded.
  • an optical lens element 127-1 is provided in the second space 150, as part of an optical zoom device 127.
  • the optical lens element 127-1 is thus arranged in a beam path of the light coming out of the detection area from the detection area to the light collecting unit 160.
  • the optical lens element 127-1 enables optical zoom by selectively changing a focal length of the radial lens device 100, so that a real image projected on the observation surface 110 is displayed enlarged or downsized.
  • the optical lens element 127-1 is formed and arranged To break the light coming out of the detection range such that a variable focal length of the radial lens assembly 100 is realized.
  • the position of the optical lens element 127-1 within the radial lens assembly 100 is adjustable along a vertical direction Z (parallel to the z-axis 102) which is perpendicular to a radial direction and to a circumferential direction of the rings.
  • a substantially vertically extending section of the beam path of the light from the detection area can be influenced in such a way that the focal length for the projection onto the observation area 110 is changed.
  • an actuator may be provided (not shown) which may comprise, for example, an electric motor, such as an electric motor. a precise stepper motor may include. In another variant, the actuator may be designed for manual operation.
  • the optical lens element 127-1 may be driven out of the observation section along a horizontal (i.e., perpendicular to the vertical direction) direction into the beam path in the second space 150 or retracted out of the beam path in the second space 150.
  • a corresponding power-operated or manual actuator can be provided (not shown).
  • FIG. 2A schematically and exemplarily shows a plan view of a second embodiment 200 of a radial objective arrangement according to the present invention.
  • Fig. 2B schematically and exemplarily shows a side view of this second embodiment 200.
  • Fig. 2C illustrates a modification of the second embodiment 200 in which no second gap 150 is provided between the optical rings 122, 124 and 126 on the one hand and the light gathering unit 160 on the other hand.
  • the radial lens assembly 200 is substantially composed of the same components as the radial lens assembly 100, and in the radial lens assembly 200, the light gathering unit 160 is reversely arranged in the shape of a cone. Further, the light collecting unit 160 is disposed not above or below the central light deflecting unit 120, but in a second space 150 formed by the three optical rings 122, 124 and 126 such that the cone tip 160-2 is in one through a first end face of the first optical ring 122 defines plane and the base of the cone 160, so the observation surface 1 10, in a plane formed by a second end face of the third optical ring 126. Furthermore, in the exemplary embodiment according to FIG. 2B, the inner lateral surfaces 122-2, 124-2 and 126-2 are not chamfered, but lie substantially parallel to the z-axis 102.
  • the optical rings 122, 124, 126 are broken in the radial direction and thus form a first intermediate space 151.
  • the first gap 151 itself has a circumferential, annular shape which is concentric with the optical rings 122, 124, 126.
  • the first gap 151 describes a closed ring around the z-axis 102, i. it includes with respect to the z-axis 102 an arc angle of 360 °.
  • the first gap 151 describes only a ring cutout with an arc angle of less than 360 °.
  • the first space 151 may be filled with a gas, such as air. But there are also depending on the desired degree of refraction and / or light attenuation other gases into consideration.
  • an optical zooming device 127 having a holding portion 127-2 and two optical lens elements 127-1 arranged on the holder portion 127-2.
  • the first space 151 constitutes an optical groove for receiving the optical lens elements 127-1 of the zoom optical device 127.
  • the radial objective arrangement 200 only a lens element 127-1, wherein the lens element 127-1 may be formed, for example, annular or in the form of a (a certain arc angle descriptive) ring cutout. Even in such case, a cross-sectional view may be as shown in Figs. 2A and 2B.
  • two separate lens elements 127-1 are arranged on the holding section 127-2. In other embodiments, more than two, namely, for example, three, four or even more than four separate optical lens elements 127-1 may be provided as part of the optical zoom device 127.
  • the optical lens elements 127-1 may be zoomed in or out along the vertical direction Z (the z-axis 102) into or out of the gap for zooming in or out.
  • an actuator may be provided (not shown) which engages the holding portion 127-2 to move it together with the lens elements 127-1 fixedly arranged thereon vertically.
  • the spatially variable arrangement of the optical lens elements 127-1 in the first intermediate space 151 can in particular influence a substantially radially extending section of the beam path of the light from the detection area such that a focal length of the radial objective arrangement 200 that is relevant for a projection on the observation surface 110 changes becomes. In this way, an enlargement and / or reduction of the projection of the observation area on the observation area 110 can be effected in a targeted manner.
  • the position of the lens elements 127-1 within the radial lens assembly 200 is adjustable along a radial direction of the optical rings 122, 124, 126.
  • the holding portion 127-2 by means of an actuator in a horizontal plane (which is parallel to a radial plane of the optical rings 122, 124, 126) displaceable.
  • the position of the optical lens elements 127-1 within the first gap 151 may be slidable along the circumferential direction of the optical rings 122, 124, 126.
  • the at least one optical lens element 127 - 1 may be movably guided in the annular first intermediate space 151.
  • the holding portion 127-2 is rotatable about the z-axis 102 by means of an actuator so as to adjust the position of the optical lens elements 127-1 along the circumferential direction of the annular first space 151.
  • a center point of the optical rings 122, 124, 126 of the radial objective arrangement 200 is considered to be the center of a spherical coordinate system
  • the optical lens elements 127-1 along the circumferential direction of the optical rings 122, 124, 126 can be selectively adjusted so that only light from one certain azimuth angle range of the detection area of the optical Lens elements 127-1 is detected and broken. In this way, the selective selection of an observation section based on an azimuth angle range is made possible.
  • a size of the azimuth angle range may be determined, for example, by the dimensions of the optical lens elements 127-1.
  • a required displacement (and possibly an associated required displacement time) can be reduced if a certain azimuth angle range of the detection range for the purpose of zooming in or out is to be detected by a lens element 127-1; because if a plurality of spaced-apart lens elements 127-1 are provided, the required arc angle, by which the nearest lens must be adjusted, will be smaller on average than in the case in which only one lens element 127-1 is provided.
  • one or more optical lens elements 127-1 may be disposed as part of an optical zoom device 127 radially outwardly of the outer surface 122-1, 124-1, 126-1, the light from the detection area passes through the at least one optical lens element 127-1 before it enters the outer jacket surface 122-1, 124-1, 126-1.
  • a holding portion 127-2 of the optical zoom device 127 may extend radially outward beyond the outer circumferential surface 122-1, 124-1, 126-1, the at least one lens element 127-2 being in an outer peripheral portion of the holding portion 127-2 and thus radially outside of the outer circumferential surfaces 122-1, 124-1, 126-1 is arranged.
  • the inner lateral surfaces 122-2, 124-2, 126-6 of the central deflection unit 120 have been combined with the conical surface surface 160-1; that is, in each case have a corresponding bevel with respect to the z-axis 102.
  • the center angle of the cone in the embodiments according to FIGS. 2A-2C is for example 45 degrees.
  • the height of the cone and thus the total height of the three optical rings 122, 124 and 126 is for example 10 mm and the diameter of the approximately circular observation surface 1 10 is for example 25 mm.
  • the optical Rings 122, 124 and 126 for example, each have a diameter of about 215 mm.
  • the exemplary embodiments described are particularly suitable in each case for use in the technical fields of motion detection, motion detection, image recognition and light intensity determination as well as in the field of data communication.
  • they are suitable for generating an image of a 360 ° all-round view of the detection area.
  • they are suitable for use as part of a motion-free sensor for communication signals and / or environmental images; They are suitable for both daytime use and night use.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialobjektivanordnung (100) zum Erzeugen einer optischen Abbildung eines Erfassungsbereichs. Die Radialobjektivanordnung (100) umfasst eine zentrale Lichtumlenkeinheit (120), die ausgebildet und angeordnet ist, aus dem Erfassungsbereich kommendes Licht (10) zu brechen und gerichtet weiterzuleiten. Ferner umfasst die Radialobjektivanordnung (100) eine Lichtsammeleinheit (160), die ausgebildet und angeordnet ist, von der zentralen Lichtumlenkeinheit (120) weitergeleitetes Licht (12) zu empfangen und zum Erzeugen der optischen Abbildung auf eine Beobachtungsfläche (110) der Lichtsammeleinheit (160) zu projizieren. Die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) umfasst eine Anzahl von optischen Ringen (122, 124, 126), welche ortsfest in der Radialobjektivanordnung (100; 200) angeordnet sind, wobei ein jeweiliger der Anzahl von optischen Ringen (122, 124, 126) eine äußere Manteloberfläche umfasst (122-1; 124-1; 126-1), welche in radiale Richtung weist, und wobei die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) derart angeordnet ist, dass das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht (10) an der jeweiligen äußeren Manteloberfläche (122-1; 124-1; 126-1) einfällt. Erfindungsgemäß umfasst die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) ferner eine optische Zoomvorrichtung (127) zum Hineinzoomen in einen Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs und/oder zum Herauszoomen aus einem Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs, wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Hineinzoomen auf der Beobachtungsfläche (110) vergrößert abgebildet wird, und wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Herauszoomens auf der Beobachtungsfläche (110) verkleinert abgebildet wird.

Description

Radialobjektivanordnung mit optischer Zoomvorrichtung und optischer Sensor, der eine solche Radialobjektivanordnung aufweist
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialobjektivanordnung zum Erzeugen einer optischen Abbildung eines Erfassungsbereichs, insbesondere eine Radialobjektivanordnung für einen optischen Rundumsichtsensor. Eine derartige Radialobjektivanordnung, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2013 208 722 A1 bekannt ist, umfasst eine zentrale Lichtumlenkeinheit und eine Lichtsammeieinheit. Dabei ist die zentrale Lichtumlenkeinheit ausgebildet und angeordnet, aus dem Erfassungsbereich kommendes Licht zu brechen und zunächst gerichtet weiterzuleiten. Der Erfassungsbereich ist beispielsweise ein oberhalb bis/und/oder unterhalb der Radialobjektivanordnung liegender Bereich. Wird beispielsweise ein Mittelpunkt der Radialobjektivanordnung als Mittelpunkt eines Kugelkoordinatensystems betrachtet, so umfasst der Erfassungsbereich Koordinaten, die einen beliebigen Azimutwinkel zwischen -180° bis +180° aufweisen sowie einen Polarwinkel zwischen etwa 0° bis 90° und/oder 90° bis 180°. Der Erfassungsbereich beginnt an den äußeren Manteloberflächen der zentralen Lichtumlenkeinheit. Der Erfassungsbereich erstreckt sich unterhalb bis/und/oder oberhalb der zentralen Lichtumlenkeinheit. Die zentrale Lichtumlenkeinheit umfasst eine Anzahl von optischen Ringen (d.h. mindestens einen optischen Ring), welche ortsfest in der Radialobjektivanordnung angeordnet sind, wobei das einfallende Licht an der äußeren Manteloberfläche eines jeweiligen der Anzahl von optischen Ringen einfällt. Die Anzahl von optischen Ringen der Lichtsammeieinheit fungiert als Linse der Radialobjektivanordnung. Die optischen Ringe sind derart angeordnet, dass das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht an der jeweiligen äußeren Manteloberfläche einfällt.
Die Lichtsammeieinheit ist ausgebildet und angeordnet, von der zentralen Lichtumlenkeinheit weitergeleitetes Licht zu empfangen und zum Erzeugen der optischen Abbildung auf eine Beobachtungsfläche der Lichtsammeieinheit zu projizieren. Die Lichtsammeieinheit ist beispielsweise als optischer Kegel ausgestaltet, wobei eine Grundfläche des Kegels die Beobachtungsfläche bildet. Von der Beobachtungsfläche aus ist das Licht bevorzugt einer Auswerteeinheit zugeführt, die beispielsweise ausgebildet ist, eine Helligkeit zu messen und/oder eine Helligkeitsänderung zu detektieren. Die Kegelgrundfläche des Kegels ist beispielsweise kreisförmig. Je nach Anwendungsbereich kommen jedoch auch andere Formen für die Kegelgrundfläche in Betracht. Beispielsweise ist eine im Wesentlichen ellipsenförmige Kegelgrundfläche für die Erfassung eines Spielfeldes eines Sportstadions zweckmäßig.
Eine solche Radialobjektivanordnung eignet sich insbesondere, um in den technischen Gebieten der Bewegungserkennung, Bewegungsdetektion, Bilderkennung und der Lichtintensitätsbestimmung sowie im Bereich der Datenkommunikation eingesetzt zu werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Radialobjektivanordnung zum Erzeugen einer Abbildung einer 360°-Rundumsicht des Erfassungsbereichs. Die erfindungsgemäße Radialobjektivanordnung eignet sich ferner insbesondere, im Rahmen eines bewegungsfreien Sensors für Kommunikationssignale und/oder Umgebungsabbildungen eingesetzt zu werden. Die Radialobjektivanordnung taugt sowohl für den Taggebrauch als auch für den Nachtgebrauch.
Die DE 600 37 040 T2 beschreibt verschiedene Stereokamera-Anordnungen zum Aufzeichnen von panoramischen Bildern. Dabei umfasst jede Kamera-Anordnung ein gebogenes optisches Element, wie einen Spiegel oder eine Linse, um ein verhältnismäßig weites Gesichtsfeld bereitzustellen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Radialobjektivanordnung der eingangs beschriebenen Art ist nachteilig, dass diese nicht die Möglichkeit bieten, gezielt einen bestimmten Ausschnitt des Erfassungsbereichs vergrößert auf der Beobachtungsfläche abzubilden. Wenn die auf der Beobachtungsfläche projizierte Abbildung beispielsweise einer Auswerteeinheit zugeführt und von dieser digital weiterverarbeite wird, kann zwar grundsätzlich eine digitale Zoomfunktion umgesetzt werden. Jedoch ist mit einem lediglich digitalen Zoom im Allgemeinen ein Verlust an Auflösung und damit ein Qualitätsverlust der Abbildung verbunden.
Es ist daher eine der Erfindung zugrundliegende Aufgabe, eine Radialobjektivanordnung zum Erzeugen einer optischen Abbildung eines Erfassungsbereichs bereitzustellen, welche eine gezielte Vergrößerung und/oder Verkleinerung der Abbildung eines Ausschnitts des Erfassungsbereichs in einer hohen Auflösung ermöglicht.
Diese technische Aufgabe wird gelöst durch eine Radialobjektivanordnung nach Anspruch 1.
Demnach umfasst die zentrale Lichtumlenkeinheit eine optische Zoomvorrichtung zum Hineinzoomen in einen Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs und/oder zum Herauszoomen aus einem Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs, wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Hineinzoomen auf der Beobachtungsfläche vergrößert abgebildet wird, und wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Herauszoomens auf der Beobachtungsfläche verkleinert abgebildet wird. Eine erfindungsgemäße optische Zoomvorrichtung ermöglicht einen optischen Zoom durch eine gezielte Veränderung einer Brennweite der Radialobjektivanordnung, derart dass ein reelles Bild, welches auf die Beobachtungsfläche projiziert wird, vergrößert bzw. verkleinert abgebildet wird. Dabei können Abschnitte des Erfassungsbereichs, welche nicht dem Beobachtungsabschnitt liegen, ausgeblendet werden, d.h. nicht auf der Beobachtungsfläche abgebildet werden. Durch die erfindungsgemäße optische Zoomvorrichtung kann gegenüber alternativen Lösungen, die beispielsweise auf einem digitalen Zoomverfahren beruhen, eine vergleichsweise hohe Auflösung auch der Abbildung des entsprechend vergrößerten oder verkleinerten Beobachtungsabschnitts erzielt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Radialobjektivanordnung beschrieben. Die zusätzlichen Merkmale dieser weiteren Ausführungsbeispiele können zur Bildung weiterer Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern sie nicht ausdrücklich als alternativ zueinander beschrieben sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die optische Zoomvorrichtung mindestens ein optisches Linsenelement. Das optische Linsenelement ist bevorzugt ausgebildet, das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht derart zu brechen, dass eine veränderliche Brennweite der Radialobjektivanordnung realisiert wird. Gemäß einer ersten Variante ist die optische Zoomvorrichtung beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in einem Strahlenweg des Lichts von dem Erfassungsbereich zu der Lichtsammeleinheit angeordnet, so dass das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht mindestens einen Teil der optischen Zoomvorrichtung passiert, bevor es in die Lichtsammeleinheit eintritt.
Insbesondere kann ein optisches Linsenelement der optischen Zoomvorrichtung beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in einem Strahlenweg des Lichts von dem Erfassungsbereich zu der Lichtsammeleinheit angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante ist die optische Zoomvorrichtung beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in einem Strahlenweg des aus dem Erfassungsbereich kommenden Lichts zwischen der äußeren Manteloberfläche und der Lichtsammeleinheit angeordnet. Insbesondere kann ein optisches Linsenelement der optischen Zoomvorrichtung mindestens teilweise in dem Strahlenweg zwischen der äußeren Manteloberfläche und der Lichtsammeleinheit angeordnet sein. Dabei ist unter einer Anordnung „zwischen" der äußeren Manteloberfläche und der Lichtsammeleinheit nicht zu verstehen, dass mindestens ein Teil der optischen Zoomvorrichtung (z.B. ein Linsenelement) unmittelbar zwischen der äußeren Manteloberfläche und der Lichtsammeleinheit angeordnet ist. Vielmehr können sich zusätzlich weitere Strukturelemente der Radialobjektivanordnung oder Zwischenräume einerseits zwischen dem betreffenden Teil der optischen Zoomvorrichtung und der äußeren Manteloberfläche und/oder andererseits zwischen dem betreffenden Teil der optischen Zoomvorrichtung und der Lichtsammeleinheit befinden.
Dabei kann bevorzugt an mindestens einem der optischen Ringe mindestens eine Ausnehmung ausgebildet sein, wobei die optische Zoomvorrichtung beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass mindestens einer der optischen Ringe wenigstens abschnittsweise in radialer Richtung durchbrochen ist und einen ersten Zwischenraum ausbildet, wobei die optische Zoomvorrichtung mindestens beim Hineinzoomen beim Herauszoomen mindestens teilweise in dem ersten Zwischenraum angeordnet ist. Der erste Zwischenraum ist bevorzugt mit einem Gas befüllt, wie beispielsweise Luft. Es kommen aber auch je nach gewünschtem Grad der Lichtbrechung und/oder Lichtdämpfung andere Gase in Betracht. Die Erfindung ist keinesfalls auf die Verwendung von Luft als Gas für den ersten Zwischenraum beschränkt.
Vorteilhaft weist dabei die Ausnehmung und/oder der erste Zwischenraum eine Form auf, die mindestens einen Abschnitt eines Rings beschreibt, welcher zu dem mindestens einen optischen Ring konzentrisch ist. Insbesondere kann die Ausnehmung und/oder der erste Zwischenraum die Form eines umfänglich umlaufenden Rings, der einen Bogenwinkel von 360° beschreibt, oder eines Ringausschnitts, der einen Bogenwinkel von weniger als 360° beschreibt, aufweisen.
Bevorzugt ist eine Position mindestens eines optischen Linsenelements innerhalb der Radialobjektivanordnung entlang einer Umfangsrichtung der optischen Ringe verstellbar. Wird beispielsweise ein Mittelpunkt der Radialobjektivanordnung als Mittelpunkt eines Kugelkoordinatensystems betrachtet, so kann das optische Linsenelement entlang der Umfangsrichtung der optischen Ringe derart verstellbar sein, dass lediglich Licht aus einem bestimmten Azimutwinkelbereich des Erfassungsbereichs von dem optischen Linsenelement erfasst und gebrochen wird. Auf diese Weise wird beispielsweise die Auswahl des Beobachtungsabschnitts bezüglich eines Azimutwinkelbereichs ermöglicht.
Insbesondere kann die Position des mindestens einen optischen Linsenelements innerhalb einer Ausnehmung und/oder eines ersten Zwischenraum mindestens eines der Anzahl von optischen Ringen entlang der Umfangsrichtung der optischen Ringe verschiebbar sein. Zu diesem Zweck kann das mindestens eine optische Linsenelement beispielsweise wenigstens teilweise innerhalb einer ring- oder ringausschnittförmigen Ausnehmung oder innerhalb eines ring- oder ringausschnittförmigen ersten Zwischenraums beweglich geführt sein. Ferner ist in vorteilhafter Weise eine Position des mindestens einen optischen Linsenelements innerhalb der Radialobjektivanordnung - alternativ oder zusätzlich zu der bereits beschriebenen Verstellbarkeit in Umfangsrichtung - entlang einer radialen Richtung der optischen Ringe verstellbar. Hierdurch kann beispielsweise zum Hineinzoomen in und/oder Herauszoomen aus dem Beobachtungsabschnitt ein im Wesentlichen radial verlaufender Abschnitt des Strahlenwegs derart beeinflusst werden, dass eine Brennweite der Radialobjektivanordnung verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Position des mindestens einen optischen Linsenelements innerhalb der Radialobjektivanordnung entlang einer vertikalen Richtung, welche auf einer radialen Richtung und auf einer Umfangsrichtung der Ringe senkrecht steht, verstellbar sein. Hierdurch kann beispielsweise zum Hineinzoomen in und/oder Herauszoomen aus dem Beobachtungsabschnitt ein im Wesentlichen vertikal verlaufender Abschnitt des Strahlenwegs derart beeinflusst werden, dass eine Brennweite der Radialobjektivanordnung verändert wird. Es ist ferner denkbar, dass das mindestens eine optische Linsenelement zum Hineinzoomen in oder Herauszoomen aus dem Beobachtungsabschnitt entlang der vertikalen Richtung in eine Ausnehmung oder einen Zwischenraum der weiter oben beschriebenen Art hineingefahren wird oder aus einer solchen Ausnehmung oder einem solchen Zwischenraum herausgefahren wird.
Bevorzugt umfasst die Radialobjektivanordnung mindestens einen Stellantrieb zum kraftbetätigten Verstellen einer Position des mindestens einen optischen Linsenelements entlang einer Umfangs- und/oder radialen und/oder vertikalen Richtung. Beispielsweise kann der Stellantrieb mindestens einen Elektromotor umfassen. Beispielsweise kann der Stellantrieb einen präzisen Schrittmotor zum feinstufigen Verstellen des optischen Linsenelements umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der Stellantrieb für einen manuellen Betrieb ausgelegt sein.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass die optischen Ringe und die Lichtsammeieinheit in einem monolithischen Materialstück der Radialobjektivanordnung ausgebildet sein können. Aufgrund der gemeinsamen Ausbildung der optischen Ringe und der Lichtsammeieinheit in dem monolithischen Materialstück sind die optischen Ringe und die Lichtsammeieinheit exakt aufeinander ausgerichtet. Es lässt sich insbesondere in einfacher Weise sicherstellen, dass die optischen Ringe und die Lichtsammeieinheit eine gemeinsame optische Achse aufweisen, welche entlang einer z- Achse der Radialobjektivanordnung verläuft und einen jeweiligen Mittelpunkt der Anzahl von optischen Ringen umfasst.
Ein jeweiliger der Anzahl von optischen Ringen umfasst bevorzugt eine innere Manteloberfläche, welche in eine der radialen Richtung entgegengesetzte Richtung weist. Die zentrale Lichtumlenkeinheit ist bevorzugt ausgebildet, das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht über die jeweilige innere Manteloberfläche auszukoppeln und an die Lichtsammeieinheit weiterzuleiten. Die zentrale Lichtumlenkeinheit ist bevorzugt ausgebildet, das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht derart zu brechen, dass ein Lichttransport im Strahlengang, also beim Durchtreten der Beobachtungsfläche, einen parallelen Verlauf aufweist. Ferner ist die zentrale Lichtumlenkeinheit bevorzugt derart ausgebildet, dass Licht außerhalb des parallelen Verlaufs an einer oberen und/oder einer unteren Manteloberfläche der zentralen Lichtsammeleinheit gestreut und/oder gedämpft wird. Dieses gestreute und/oder gedämpfte Licht verliert sich dadurch im Rauschen. Mit diesem Ansatz sind die Lichtbrechung und der Lichttransport an einfache Berechnungsalgorithmen gebunden.
Die Anzahl von optischen Ringe sind bevorzugt ausgebildet, einen Lichttransport in einem parallelen Strahlengang bereitzustellen und/oder in einem fokussierten Lichttransport mit totaler Reflektion. Bei einer Ausführungsform haben die optischen Ringe jeweils eine Form eines Hohlzylinders, wobei der Außenradius des Hohlzylinders ein Vielfaches der Höhe beträgt. Bevorzugt beträgt auch der Innenradius des Hohlzylinders ein Vielfaches der Höhe.
Beispielsweise beträgt der Außenradius etwa 10 bis 120 mm. Die Höhe eines jeweiligen optischen Rings beträgt beispielsweise 1 ,5 bis 7 mm. Die Höhe der bevorzugt als optischer Kegel ausgebildeten Lichtsammeleinheit ist beispielsweise identisch zu der Gesamthöhe aller optischen Ringe. Der Abstand der Lichtsammeleinheit zur zentralen Lichtumlenkeinheit ist variabel. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtsammeleinheit der Radialobjektivanordnung als optischer Kegel ausgestaltet, wobei eine Grundfläche des Kegels die Beobachtungsfläche bildet, auf die das weitergeleitete Licht von der Lichtsammeleinheit projiziert wird. Das von der Lichtsammeleinheit gesammelte Licht fällt also bevorzugt senkrecht auf die Beobachtungsfläche. Von dort aus kann es beispielsweise auf eine fotoresistive Fläche gerichtet werden, welche bevorzugt an einer Auswerteeinheit, wie ein Kameramodul, angeschlossen ist.
Der Mittelpunktswinkel des optischen Kegels ist beispielsweise konstant und beträgt beispielsweise 45 Grad. Je nach Anwendungsbereich ist zumindest ein Teil der Kegeloberfläche bei einer Ausführungsform der Radialobjektivanordnung beispielsweise konkav und/oder konvex und/oder linsenförmige ausgebildet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Lichtsammeieinheit und die zentrale Lichtumlenkeinheit der Radialobjektivanordnung eine gemeinsame optische Achse auf, welche entlang einer z-Achse der Radialobjektivanordnung verläuft und einen jeweiligen Mittelpunkt der Anzahl von optischen Ringen umfasst. Die Anzahl von optischen Ringen haben also eine gemeinsame Mittelachse, die entlang der z-Achse verläuft. Die Mittelachse der Lichtsammeieinheit verläuft ebenfalls entlang dieser z- Achse. Beispielsweise verläuft diese z-Achse in Lotrichtung und bei einer Ausführungsform sind die Anzahl von optischen Ringen der zentralen Lichtumlenkeinheit sowie die Lichtsammeieinheit lotrecht übereinander angeordnet.
Die bevorzugt als Hohlzylinder ausgestalteten optischen Ringe definieren einen Innenraum, dessen zentrale Achse die gemeinsame Mittelachse bildet. Die Lichtsammeieinheit ist bevorzugt derart angeordnet, dass ihre optische Achse ebenfalls auf die gemeinsame Mittelachse fällt, also mit dieser identisch ist. Die Lichtsammeieinheit kann wahlweise in dem Innenraum oder unterhalb bzw. oberhalb des Innenraums angeordnet sein, wobei die optische Achse der Lichtsammeieinheit stets auf die optische Achse der zentralen Lichtumlenkeinheit fällt.
Zum Erfassen des aus dem Erfassungsbereich kommenden Lichts weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Radialobjektivanordnung wenigstens einer der optischen Ringe eine relativ zur z-Achse angeschrägte äußerer Manteloberfläche auf, welche in eine radiale Richtung, also in einer von der z-Achse abgekehrten Richtung, weist. Eine Normale der äußeren Manteloberfläche liegt also nicht senkrecht zur z-Achse, sondern in einem äußeren Anschrägungswinkel von beispielsweise 70° bzw. 1 10°.
Durch die Wahl des Anschrägungswinkels kann definiert werden, welcher Erfassungsbereich von der Radialobjektivanordnung abzugreifen ist. Dabei ist grundsätzlich auf die zu beobachteten Flächenbereiche abzustellen. Mit einer solchen Festlegung sind eine Beobachtungshöhe und eine Entfernung der Objekte fixiert, d.h. die Bestimmung der Brennpunkte zur Schärfeneinstellung. Umfasst die zentrale Lichtumlenkeinheit nicht nur einen optischen Ring, sondern mehrere, so können die Anschrägungswinkel durchaus voneinander verschieden gewählt werden, so dass das einfallende Licht stets zur Lichtsammeieinheit weitergeleitet wird. Mehrere optische Ringe definieren unterschiedliche Beobachtungsbereiche des Erfassungsbereichs. Die Lichtsammeieinheit projiziert das weitergeleitete Licht sodann auf die Beobachtungsfläche. Ist die Lichtsammeieinheit als Kegel ausgebildet, so ist dieser bevorzugt derart angeordnet, dass ein Mittelpunkt der Grundfläche des Kegels sowie eine Kegelspitze ebenfalls auf der z-Achse liegen, also auf der gemeinsamen optischen Achse der Lichtsammeieinheit und der zentralen Lichtumlenkeinheit. Dabei ist die zentrale Lichtumlenkeinheit mit der Anzahl von optischen Ringen derart angeordnet, dass das weitergeleitete Licht auf die Kegelmanteloberfläche einfällt und sodann von dem Kegel auf die Grundfläche, also auf die Beobachtungsfläche projiziert wird, bevorzugt derart, dass das projizierte Licht senkrecht durch die Grundfläche/Beobachtungsfläche fällt. Dazu weist die angeschrägte äußere Manteloberfläche bevorzugt einen konkaven Umfangsverlauf auf.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Radialobjektivanordnung umfasst wenigstens einer der optischen Ringe der zentralen Lichtumlenkeinheit zum Weiterleiten des Lichts eine relativ zur z-Achse angeschrägte innere Manteloberfläche, welche zur z- Achse weist. Ein entsprechender innerer Anschrägungswinkel ist bevorzugt derart gewählt, dass die zentrale Lichtumlenkeinheit das einfallende Licht auf die Kegelmanteloberfläche der Lichtsammeieinheit weiterleitet, so dass diese das weitergeleitete Licht auf die Beobachtungsfläche projizieren kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Radialobjektivanordnung weist wenigstens einer der optischen Ringe eine im Wesentlichen trapezförmige Querschnittsfläche auf. Dabei sind der innere Anschrägungswinkel und der äußere Anschrägungswinkel bevorzugt derart gewählt, dass das weitergeleitete Licht auf die Kegelmanteloberfläche der Lichtsammeieinheit weitergeleitet wird, so dass die Lichtsammeieinheit das weitergeleitete Licht auf die Beobachtungsfläche projizieren kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Radialobjektivanordnung weist die Beobachtungsfläche der Lichtsammeieinheit einen konvexen Umfangsverlauf auf. In dieser Weise ist ein Brennpunkt exakt definiert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Radialobjektivanordnung ist die Anzahl von optischen Ringen schichtartig aufeinander angeordnet. Bevorzugt liegen die optischen Ringe jeweils parallel zueinander.
Wenigstens einer der Anzahl der optischen Ringe weist bevorzugt eine monolithische Struktur auf und umfasst bevorzugt einen transparenten optischen Werkstoff. Der Werkstoff der optischen Ringe kann in Abhängigkeit des Anwendungsbereichs frei gewählt werden. Beispielsweise ist einer der Anzahl der optischen Ringe aus einem optischen Glas, Quarzglas und/oder aus einem Acryl. Ein zwischen der zentralen Umlenkeinheit und der Lichtsammeieinheit befindlicher zweiter Zwischenraum ist bevorzugt mit einem Gas befüllt, wie beispielsweise Luft. Es kommen aber auch je nach gewünschtem Grad der Lichtbrechung und/oder Lichtdämpfung andere Gase in Betracht. Die Erfindung ist keinesfalls auf die Verwendung von Luft als Gas für den zweiten Zwischenraum beschränkt.
Erfindungsgemäß wird ferner ein optischer Sensor zum Überwachen eines Erfassungsbereichs vorgeschlagen, der eine Radialobjektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen: Fig. 1A schematisch und exemplarisch eine Draufsicht auf eine erste
Ausführungsform einer Radialobjektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1 B schematisch und exemplarisch eine Seitenansicht der ersten
Ausführungsform;
Fig. 2A schematisch und exemplarisch eine Draufsicht auf eine zweite
Ausführungsform einer Radialobjektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; schematisch und exemplarisch eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform; und
Fig. 2C schematisch und exemplarisch eine Seitenansicht einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform. Fig. 1A zeigt schematisch und exemplarisch eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform 100 einer Radialobjektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 B zeigt schematisch und exemplarisch dazu eine Seitenansicht dieser ersten Ausführungsform 100. Die sechs gestrichelten Vertikallinien stellen horizontale Abmessungen bei der Radialobjektivanordnung 100 dar.
Die Radialobjektivanordnung 100 umfasst eine zentrale Lichtumlenkeinheit 120 sowie eine mittig dazu angeordnete Lichtsammeieinheit 160. Ein Kugelkoordinatensystem, auf das im Folgenden Bezug genommen wird, beinhaltet die eine fiktive z-Achse 102 sowie eine senkrecht dazu liegende fiktive x-Achse 104, die auch als y-Achse bezeichnet werden könnte.
Die Radialobjektivanordnung 100 dient dem Erzeugen einer optischen Abbildung eines Erfassungsbereichs, der sich bei der dargestellten Ausführungsform unterhalb der Radialobjektivanordnung 100 befindet. In Kugelkoordinaten ausgedrückt umfasst der Erfassungsbereich der Radialobjektivanordnung 100 Koordinaten mit einem Azimutwinkel zwischen -180° und 180°, einen Polarwinkel zwischen 90° und 180°, beispielsweise zwischen 100° und 175°, sowie einen Radius, der größer ist als der größte Außenradius der zentralen Lichtumlenkeinheit 160.
Die Radialobjektivanordnung 100 ist beispielsweise in einer Laterne angeordnet und überwacht einen unterhalb der Laternenlampe befindlichen Erfassungsbereich, so dass die Laterne in Abhängigkeit einer Anwesenheit eines Objekts in diesem Erfassungsbereich eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann. Ein anderer Anwendungsbereich ist die Tierbeobachtung. Die Radialobjektivanordnung 100 bildet dazu beispielsweise einen Teil der Optik einer Kamera für die Tierbeobachtung. So kann ein unterhalb der Beobachtungsposition der Kamera befindlicher Erfassungsbereich in Abhängigkeit der Anwesenheit eines Tiers für eine Präsenzmeldung und/oder eine Bilderzeugung verwendet werden. Die Radialobjektivanordnung 100 ist beispielsweise in einer Höhe von 2 m über Grund angeordnet.
Die zentrale Lichtumlenkeinheit empfängt aus dem Erfassungsbereich kommendes Licht 10, bricht dieses und leitet es gerichtet weiter zur Lichtsammeieinheit 160. Die Lichtsammeieinheit 160 empfängt das weitergeleitete Licht 12 und projiziert dieses auf eine Beobachtungsfläche 1 10 der Lichtsammeieinheit 160. Von dort aus kann das Licht einer Kamera oder einer Fotozelle zum Zwecke einer Auswertung zugeführt werden. Die zentrale Lichtumlenkeinheit 120 umfasst einen ersten optischen Ring 122, einen zweiten optischen Ring 124 sowie einen dritten optischen Ring 126. Die optischen Ringe 122, 124 und 126 sind ortsfest in der Radialobjektivanordnung 100 angeordnet. Als Material für die optischen Ringe 122, 124 und 136 sowie für den Kegel 160 kommt beispielsweise ein Acryl in Betracht.
Die Lichtsammeieinheit 160 ist als Kegel ausgebildet, dessen Grundfläche die Beobachtungsfläche 1 10 bildet. Die zentrale Lichtumlenkeinheit 120 leitet das einfallende Licht 10 auf eine Kegelmanteloberfläche 160-1 der Lichtsammeieinheit 160, so dass diese das Licht auf die Beobachtungsfläche 1 10 projizieren kann.
Die zentrale Lichtumlenkeinheit 120 und die Lichtsammeieinheit weisen eine gemeinsame optische Achse auf, welche entlang einer z-Achse 102 der Radialobjektivanordnung 100 verläuft und einen jeweiligen Mittelpunkt der Anzahl von optischen Ringen 122, 124 und 126 umfasst. Beispielsweise verläuft die z-Achse 102 in Lotrichtung, so dass die Lichtsammeieinheit 160 und die optischen Ringe 122, 124 und 126 lotrecht übereinander angeordnet sind. Die Lichtsammeieinheit 160 ist derart angeordnet, dass die Beobachtungsfläche 1 10 senkrecht zur z-Achse 102 liegt und dass eine Kegelspitze 160-2 ebenfalls auf der z- Achse 102 liegt.
Zum Erfassen des aus dem Erfassungsbereich kommenden Lichts 10 umfasst jeder der optischen Ringe 122, 124 und 126 eine relativ zur z-Achse 102 angeschrägte äußere Manteloberfläche 122-1 , 124-1 bzw. 126-1. Diese äußeren Manteloberflächen 122-1 , 124-1 und 126-1 weisen jeweils in radiale Richtung. Ein entsprechender äußerer Anschrägungswinkel ist derart gewählt, dass ein Strahlengang, wie er in Fig. 1 B schematisch dargestellt ist, realisiert wird. Beispielsweise erfolgt die Anschrägung einer jeweiligen äußeren Manteloberfläche gemäß einer Parabelgleichung, welche einen konvexen oder konkaven Verlauf definiert. Der äußere Anschrägungswinkel kann aber je nach Erfassungsbereich variiert werden. Ebenso können dazu die angeschrägten äußeren Manteloberflächen 122-1 , 124-1 und 126-1 einen jeweiligen konkaven Umfangsverlauf aufweisen.
Zum Weiterleiten des Lichts umfassen die optischen Ringe 122, 124 und 126 eine relativ zur z-Achse 102 angeschrägte innere Manteloberfläche 122-2, 124-2 bzw. 126-2, welche zur z-Achse 102 weisen, also entgegengesetzt zur radialen Richtung. Auch ein entsprechender innerer Anschrägungswinkel ist derart gewählt, dass ein in Fig.l B schematisch dargestellter Strahlengang realisiert werden kann. Durch die Wahl des äußeren Anschrägungswinkels und durch die Wahl des inneren Anschrägungswinkels ist sichergestellt, dass die zentrale Lichtumlenkeinheit 120 das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht 10 auf die Kegelmanteloberfläche 160-1 der Lichtsammeieinheit 160 weiterleitet, so dass diese das weitergeleitete Licht 12 auf die Beobachtungsfläche 1 10 projizieren kann. Die projizierten Lichtstrahlen durchkreuzen die Beobachtungsfläche 1 10 in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Beobachtungsfläche 1 10 liegt, also in etwa parallel zur z-Achse 102.
Im Ergebnis weisen die optischen Ringe 122, 124 und 126 jeweils eine im Wesentlichen trapezförmige Querschnittsfläche auf. Die optischen Ringe 122, 124 und 126 sind schichtartig aufeinander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Sie weisen beispielsweise eine jeweils monolithische Struktur auf und sind aus einem transparenten optischen Werkstoff gebildet.
Ein zwischen der zentralen Umlenkeinheit 120 und der Lichtsammeieinheit 160 befindlicher zweiter Zwischenraum 150 ist mit Gas, wie beispielsweise Luft, befüllt.
Zum Definieren eines Brennpunktes weist die Lichtsammeieinheit 160 einen konvexen Umfangsverlauf auf.
Das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht 10 wird von der zentralen Umlenkeinheit 120, also über die angeschrägten äußeren Manteloberflächen 122, 124 und 126, empfangen und über die angeschrägten inneren Manteloberflächen 122-2, 124- 2 und 126-2 auskoppelt und an die Lichtsammeieinheit 160 weitergeleitet.
In dem zweiten Zwischenraum 150 ist als Teil einer optischen Zoomvorrichtung 127 ein optisches Linsenelement 127-1 vorgesehen. Das optische Linsenelement 127-1 ist somit in einem Strahlenweg des aus dem Erfassungsbereich kommenden Lichts von dem Erfassungsbereich zu der Lichtsammeieinheit 160 angeordnet.
Das optische Linsenelement 127-1 ermöglicht einen optischen Zoom durch eine gezielte Veränderung einer Brennweite der Radialobjektivanordnung 100, derart dass ein reelles Bild, welches auf die Beobachtungsfläche 1 10 projiziert wird, vergrößert bzw. verkleinert abgebildet wird. Dabei ist das optische Linsenelement 127-1 ausgebildet und angeordnet, das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht derart zu brechen, dass eine veränderliche Brennweite der Radialobjektivanordnung 100 realisiert wird.
Die Position des optischen Linsenelements 127-1 innerhalb der Radialobjektivanordnung 100 ist entlang einer vertikalen Richtung Z (parallel zu der z-Achse 102), welche auf einer radialen Richtung und auf einer Umfangsrichtung der Ringe senkrecht steht, verstellbar. Hierdurch kann zum Hineinzoomen in und/oder Herauszoomen aus dem Beobachtungsabschnitt ein im Wesentlichen vertikal verlaufender Abschnitt des Strahlenwegs des Lichts aus dem Erfassungsbereich derart beeinflusst werden, dass die Brennweite für die Projektion auf die Beobachtungsfläche 1 10 verändert wird.
Zum kraftbetätigten Verstellen der vertikalen Position des Linsenelements 127-1 kann ein Stellantrieb vorgesehen sein (nicht dargestellt), welcher beispielsweise einen Elektromotor, wie z.B. einen präzisen Schrittmotor, umfassen kann. In einer anderen Variante kann der Stellantrieb für einen manuellen Betrieb ausgelegt sein.
Ferner kann das optische Linsenelement 127-1 beispielsweise zum Hineinzoomen in oder Herauszoomen aus dem Beobachtungsabschnitt entlang einer horizontalen (d.h. zu der vertikalen Richtung senkrechten) Richtung in den Strahlenweg in dem zweiten Zwischenraum 150 hineingefahren oder aus dem Strahlenweg in dem zweiten Zwischenraum 150 herausgefahren werden. Auch hierfür kann ein entsprechender kraftbetätigter oder manueller Stellantrieb vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Fig. 2A zeigt schematisch und exemplarisch eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform 200 einer Radialobjektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2B zeigt schematisch und exemplarisch eine Seitenansicht dieser zweiten Ausführungsform 200. Fig. 2C illustriert eine Abwandlung von der zweiten Ausführungsform 200, bei der kein zweiter Zwischenraum 150 zwischen den optischen Ringen 122, 124 und 126 einerseits und der Lichtsammeieinheit 160 andererseits vorgesehen ist.
Die Radialobjektivanordnung 200 ist im Wesentlichen aus denselben Komponenten aufgebaut wie die Radialobjektivanordnung 100, wobei bei der Radialobjektivanordnung 200 die Lichtsammeieinheit 160 in Gestalt eines Kegels umgekehrt angeordnet ist. Ferner ist die Lichtsammeieinheit 160 nicht oberhalb oder unterhalb der zentralen Lichtumlenkeinheit 120 angeordnet, sondern in einem zweiten Zwischenraum 150, der durch die drei optischen Ringe 122, 124 und 126 gebildet ist, und zwar derart, dass die Kegelspitze 160-2 in einer durch eine erste Stirnseite des ersten optischen Rings 122 definierten Ebene mündet und die Grundfläche des Kegels 160, also die Beobachtungsfläche 1 10, in einer durch eine zweite Stirnseite des dritten optischen Rings 126 gebildeten Ebene. Ferner sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2B die inneren Manteloberflächen 122-2, 124-2 und 126-2 nicht angeschrägt, sondern liegen im Wesentlichen parallel zur z-Achse 102.
Die optischen Ringe 122, 124, 126 sind in radialer Richtung durchbrochen ist und bilden so einen ersten Zwischenraum 151 aus. Der erste Zwischenraum 151 selbst weist eine umfänglich umlaufende, ringförmige Form auf, welche zu den optischen Ringen 122, 124, 126 konzentrisch ist. Dabei beschreibt der erste Zwischenraum 151 einen geschlossenen Ring um die z-Achse 102 herum, d.h. er umfasst bezüglich der z-Achse 102 einen Bogenwinkel von 360°. In anderen Ausführungsformen ist selbstverständlich auch denkbar, dass der erste Zwischenraum 151 lediglich einen Ringausschnitt mit einem Bogenwinkel von weniger als 360° beschreibt. Der erste Zwischenraum 151 kann mit einem Gas, wie beispielsweise Luft, befüllt sein. Es kommen aber auch je nach gewünschtem Grad der Lichtbrechung und/oder Lichtdämpfung andere Gase in Betracht.
Bei den in Fig. 2A und Fig. 2B dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine optische Zoomvorrichtung 127 mit einem Halteabschnitt 127-2 sowie zwei an dem Halterabschnitt 127-2 angeordneten optischen Linsenelementen 127-1 vorgesehen. Dabei sind die optischen Linsenelemente 127-1 - wie in den Fig. 2A und 2B dargestellt - wenigstens beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen wenigstens teilweise in dem ersten Zwischenraum 151 angeordnet. Mit anderen Worten stellt der erste Zwischenraum 151 eine optische Nut zur Aufnahme der optischen Linsenelemente 127-1 der optischen Zoomvorrichtung 127 dar.
Es ist auch denkbar, dass die Radialobjektivanordnung 200 lediglich ein Linsenelement 127-1 , wobei das Linsenelement 127-1 beispielsweise ringförmig oder in der Form eines (einen gewissen Bogenwinkel beschreibenden) Ringausschnitts ausgebildet sein kann. Auch in einem solchen Fall kann sich eine Querschnittsansicht wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt darstellen. Im Folgenden wird nur beispielshaft davon ausgegangen, dass zwei separate Linsenlemente 127-1 an dem Halteabschnitt 127-2 angeordnet sind. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr als zwei, nämlich beispielsweise drei, vier oder sogar mehr als vier separate optische Linsenelemente 127-1 als Teil der optischen Zoomvorrichtung 127 vorgesehen sein.
Die optischen Linsenelemente 127-1 können zum Hineinzoomen oder Herauszoomen entlang der vertikalen Richtung Z (der z-Achse 102) in den Zwischenraum hinein- oder hinausgefahren werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Stellantrieb vorgesehen sein (nicht dargestellt), welcher an dem Halteabschnitt 127-2 angreift, um diesen mitsamt den daran ortsfest angeordneten Linsenelementen 127-1 vertikal zu verschieben.
Durch die ortsveränderliche Anordnung der optischen Linsenelemente 127-1 in dem ersten Zwischenraum 151 kann insbesondere ein im Wesentlichen radial verlaufender Abschnitt des Strahlenwegs des Lichts aus dem Erfassungsbereich derart beeinflusst werden, dass eine für eine Projektion auf der Beobachtungsfläche 1 10 maßgebliche Brennweite der Radialobjektivanordnung 200 verändert wird. Auf diese Weise kann gezielt eine Vergrößerung und/oder Verkleinerung der Projektion des Beobachtungsbereichs auf der Beobachtungsfläche 1 10 bewirkt werden.
Zum Einstellen der Brennweite ist ferner die Position der Linsenelemente 127-1 innerhalb der Radialobjektivanordnung 200 entlang einer radialen Richtung der optischen Ringe 122, 124, 126 verstellbar. Beispielsweise ist zu diesem Zweck der Halteabschnitt 127-2 mittels eines Stellantriebs in einer horizontalen Ebene (welche zu einer Radialebene der optischen Ringe 122, 124, 126 parallel ist) verschiebbar. Ferner kann die Position der optischen Linsenelemente 127-1 innerhalb des ersten Zwischenraums 151 entlang der Umfangsrichtung der optischen Ringe 122, 124, 126 verschiebbar sein. Zu diesem Zweck kann das mindestens eine optische Linsenelement 127-1 in dem ringförmigen ersten Zwischenraum 151 beweglich geführt sein. Beispielsweise ist der Halteabschnitt 127-2 mittels eines Stellantriebs um die z-Achse 102 herum drehbar, um die Position der optischen Linsenelemente 127-1 entlang der Umfangsrichtung des ringförmigen ersten Zwischenraums 151 zu verstellen.
Wird beispielsweise ein Mittelpunkt der optischen Ringe 122, 124, 126 der Radialobjektivanordnung 200 als Mittelpunkt eines Kugelkoordinatensystems betrachtet, so können die optischen Linsenelemente 127-1 entlang der Umfangsrichtung der optischen Ringe 122, 124, 126 derart gezielt verstellbar sein, dass lediglich Licht aus einem bestimmten Azimutwinkelbereich des Erfassungsbereichs von den optischen Linsenelementen 127-1 erfasst und gebrochen wird. Auf diese Weise wird die gezielte Auswahl eines Beobachtungsabschnitts anhand eines Azimutwinkelbereichs ermöglicht. Eine Größe des Azimutwinkelbereichs kann beispielsweise von den Ausmaßen der optischen Linsenelemente 127-1 bestimmt sein.
Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, mehrere voneinander beabstandete Linsenelemente 127-1 an dem Halteabschnitt 127-2 anzuordnen. So kann ein erforderlicher Verstellweg (und ggf. eine damit einhergehende erforderliche Verstellzeit) verringert werden, wenn ein bestimmter Azimutwinkelbereich des Erfassungsbereichs zum Zweck des Hereinzoomens oder Herauszoomens von einem Linsenelement 127-1 erfasst werden soll; denn wenn mehrere voneinander beabstandete Linsenelemente 127- 1 vorgesehen sind, wird im Mittel der erforderliche Bogenwinkel, um welchen die nächstliegende Linse verstellt werden muss, geringer sein als in dem Fall, in welchem nur ein Linsenelement 127-1 vorgesehen ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass in einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform ein oder mehrere optische Linsenelemente 127-1 als Teil einer optischen Zoomvorrichtung 127 radial außerhalb der äußere Manteloberfläche 122-1 , 124-1 , 126-1 angeordnet sein kann, derart, dass das Licht aus dem Erfassungsbereich das mindestens eine optische Linsenelement 127-1 passiert bevor es in die äußere Manteloberfläche 122-1 , 124-1 , 126-1 eintritt. Beispielsweise kann sich zu diesem Zweck ein Halteabschnitt 127-2 der optischen Zoomvorrichtung 127 radial nach außen über die äußeren Manteloberfläche 122-1 , 124-1 , 126-1 hinaus erstrecken, wobei das mindestens eine Linsenelement 127-2 in einem äußeren Randbereich des Halteabschnitts 127-2 und somit radial außerhalb der äußeren Manteloberflächen 122-1 , 124-1 , 126-1 angeordnet ist.
Bei der Abwandlung gemäß Fig. 2C sind die inneren Manteloberflächen 122-2, 124-2, 126-6 der zentralen Umlenkeinheit 120 mit der Kegelmanteloberflächenfläche 160-1 vereint worden; wie weisen also jeweils eine entsprechende Anschrägung gegenüber der z-Achse 102 auf.
Der Mittelpunktswinkel des Kegels bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2A - 2C beträgt beispielsweise 45 Grad. Die Höhe des Kegels und damit die Gesamthöhe der drei optischen Ringen 122, 124 und 126 beträgt beispielsweise 10 mm und der Durchmesser der etwa kreisförmigen Beobachtungsfläche 1 10 beträgt z.B. 25 mm. Die optischen Ringen 122, 124 und 126 haben beispielsweise einen Durchmesser von jeweils etwa 215 mm.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen sich jeweils insbesondere, um in den technischen Gebieten der Bewegungserkennung, Bewegungsdetektion, Bilderkennung und der Lichtintensitätsbestimmung sowie im Bereich der Datenkommunikation eingesetzt zu werden. Insbesondere eignen sie sich zum Erzeugen einer Abbildung einer 360°-Rundumsicht des Erfassungsbereichs. Ferner eignen sie sich, im Rahmen eines bewegungsfreien Sensors für Kommunikationssignale und/oder Umgebungsabbildungen eingesetzt zu werden; sie taugen sowohl für den Taggebrauch als auch für den Nachtgebrauch.
Bezugszeichenliste
10 Einfallendes Licht
12 Weitergeleitetes Licht
100 Erste Ausführungsform der Radialobjektivanordnung
102 z-Achse
104 x-Achse
1 10 Beobachtungsfläche
120 Zentrale Lichtumlenkeinheit
122 Erster optischer Ring
122-1 Äußere Manteloberfläche des ersten optischen Rings
122-2 Innere Manteloberfläche des zweiten optischen Rings
124 Zweiter optischer Ring
124-1 Äußere Manteloberfläche des zweiten optischen Rings
124-2 Innere Manteloberfläche des zweiten optischen Rings
126 Dritter optischer Ring
126-1 Äußere Manteloberfläche des dritten optischen Rings
126- 2 Innere Manteloberfläche des dritten optischen Rings
127 Zoomvorrichtung
127- 1 Optisches Linsenelement
127-2 Halteabschnitt
150 Zweiter Zwischenraum
151 Erster Zwischenraum
160 Lichtsammeieinheit
160-1 Kegelmanteloberfläche
160-2 Kegelspitze
200 Zweite Ausführungsform der Radialobjektivanordnung
Z Vertikale Richtung

Claims

Ansprüche
Radialobjektivanordnung (100; 200) zum Erzeugen einer optischen Abbildung eines
Erfassungsbereichs, umfassend
eine zentrale Lichtumlenkeinheit (120), die ausgebildet und angeordnet ist, aus dem Erfassungsbereich kommendes Licht (10) zu brechen und gerichtet weiterzuleiten;
eine Lichtsammeieinheit (160), die ausgebildet und angeordnet ist, von der zentralen Lichtumlenkeinheit (120) weitergeleitetes Licht (12) zu empfangen und zum Erzeugen der optischen Abbildung auf eine Beobachtungsfläche (1 10) der Lichtsammeieinheit (160) zu projizieren;
wobei die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) eine Anzahl von optischen Ringen (122, 124, 126) umfasst, welche ortsfest in der Radialobjektivanordnung (100; 200) angeordnet sind, wobei ein jeweiliger der Anzahl von optischen Ringen (122, 124, 126) eine äußere Manteloberfläche (122-1 ; 124-1 ; 126-1 ) umfasst, welche in radiale Richtung weist, und wobei die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) derart angeordnet ist, dass das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht (10) an der jeweiligen äußeren Manteloberfläche (122-1 ; 124-1 ; 126-1 ) einfällt; dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Lichtumlenkeinheit (120) eine optische Zoomvorrichtung (127) zum Hineinzoomen in einen Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs und/oder zum Herauszoomen aus einem Beobachtungsabschnitt des Erfassungsbereichs umfasst, wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Hineinzoomen auf der Beobachtungsfläche (1 10) vergrößert abgebildet wird, und wobei der Beobachtungsabschnitt durch das Herauszoomens auf der Beobachtungsfläche (1 10) verkleinert abgebildet wird.
Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Zoomvorrichtung (127) beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise derart in einem Strahlenweg des Lichts von dem Erfassungsbereich zu der Lichtsammeieinheit angeordnet ist, dass das aus dem Erfassungsbereich kommende Licht mindestens einen Teil der optischen Zoomvorrichtung (127) passiert, bevor es in die Lichtsammeieinheit (160) eintritt.
Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Zoomvorrichtung (127) beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in einem Strahlenweg des aus dem Erfassungsbereich kommenden Lichts zwischen der äußeren Manteloberfläche (122-1 ; 124-1 ; 126-1 ) und der Lichtsammeieinheit (160) angeordnet ist. 4. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens eine Ausnehmung, die an mindestens einem der optischen Ringe (122, 124, 126) ausgebildet ist, wobei die optische Zoomvorrichtung (127) beim Hineinzoomen und/oder beim Herauszoomen mindestens teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist.
5. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der optischen Ringe (122, 124, 126) wenigstens abschnittsweise in radialer Richtung durchbrochen ist und einen ersten Zwischenraum (151 ) ausbildet, wobei die optische Zoomvorrichtung (127) mindestens beim Hineinzoomen und/oder Herauszoomen mindestens teilweise in dem ersten Zwischenraum (151 ) angeordnet ist.
6. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung und/oder der erste Zwischenraum (151 ) eine Form aufweist, die mindestens einen Abschnitt eines Rings beschreibt, welcher zu dem mindestens einen optischen Ring (122, 124, 126) konzentrisch ist.
7. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Zoomvorrichtung (127) mindestens ein optisches Linsenelement (127-1 ) umfasst.
8. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des mindestens einen optischen Linsenelements (127-1 ) innerhalb der Radialobjektivanordnung (100; 200) entlang einer Umfangsrichtung der optischen Ringe (122, 124, 126) verstellbar ist.
9. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des mindestens einen optischen Linsenelements (127-1 ) innerhalb der Radialobjektivanordnung (100; 200) entlang einer radialen Richtung der optischen Ringe (122, 124, 126) verstellbar ist.
10. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer Position des mindestens einen optischen Linsenelements (127-1 ) innerhalb der Radialobjektivanordnung (100; 200) entlang einer vertikalen Richtung (Z), welche auf einer radialen Richtung und auf einer Umfangsrichtung der Ringe (122, 124, 126) senkrecht steht, verstellbar ist.
1 1. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens einen Stellantrieb zum kraftbetätigten Verstellen einer Position des mindestens einen Linsenelements (127-1 ).
12. Radialobjektivanordnung (100; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Ringe (122, 124, 126) und die Lichtsammeieinheit (160) in einem monolithischen Materialstück der Radialobjektivanordnung (100; 200) ausgebildet sind.
13. Optischer Sensor zum Überwachen eines Erfassungsbereichs, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor eine Radialobjektivanordnung (100; 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
* * * * *
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