WO2019025405A1 - Mehrwege-prisma für b4-norm - Google Patents

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WO2019025405A1
WO2019025405A1 PCT/EP2018/070671 EP2018070671W WO2019025405A1 WO 2019025405 A1 WO2019025405 A1 WO 2019025405A1 EP 2018070671 W EP2018070671 W EP 2018070671W WO 2019025405 A1 WO2019025405 A1 WO 2019025405A1
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optical
prisms
prism
path
stack structure
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PCT/EP2018/070671
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Mario Sondermann
Torsten Antrack
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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    • G02B27/16—Beam splitting or combining systems used as aids for focusing

Definitions

  • Various embodiments of the invention relate to an optical assembly comprising a stack structure with at least three prisms. Further embodiments of the invention relate to a corresponding lens mount for a camera.
  • Multipath prisms are used to split or merge light into multiple channels.
  • the splitting or combination of the light can take place, for example, with regard to the spectral range.
  • 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.
  • a wedge 131 is disposed between the prisms 122 and 123 and within the stack structure. Therefore, the channels 1 1 1, 1 12 are rotated relative to the channels 1 13, 1 14.
  • An optical disk 132 is also provided which defines another channel 15.
  • FIG. 2 Another optical arrangement is known from US 6,181,414 B1: FIG. 2 known.
  • 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 one glass.
  • the stack structure also includes at least three prisms. Each of the at least three prisms comprises a first surface and an opposite second surface.
  • the optical arrangement further comprises a main optical path. The main optical path passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stacked structure, a corresponding optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is partially reflected by light at the second surface of the prism
  • the corresponding prism is connected to the main optical path.
  • Each of the optical subpaths can also experience total reflection at the first surface of the corresponding prism.
  • the glass path through the stacking structure along the main path and along the various side paths is in the range of 43.0 mm - 46.0 mm.
  • the glass path through the stacking structure along the main path and along the various subpaths prefferably in the range of 43.4 mm - 45.4 mm, further optionally in the range of 44.0 mm - 44.8 mm, on optional in the range of 44.3 mm - 44.6 mm.
  • the optical arrangement can be integrated into a lens connection.
  • the optical arrangement is made particularly small, wherein at the same time a lateral extent of the light field - ie the image field diameter - along the main optical path or the optical subpaths can be comparatively large.
  • images of high quality can be generated, for example, in connection with the imaging by means of a camera, without requiring particularly large or heavy lens connections.
  • the above-mentioned dimensioning of the glass path it may be possible to provide a lens mount with the optical arrangement which According to the Broadcasting Technology Association (BTS) standard S-1005B is formed, that corresponds to a B4 connection.
  • BTS Broadcasting Technology Association
  • the lens mount could be formed as an intermediate ring. This means that the lens mount, which is formed as an intermediate ring, for example, between a lens of the camera and a main body of the camera can be positioned.
  • a detector could be arranged in the main body of the camera. The detector of the main body could then receive light from the lens mount, which has the stack structure along the main optical path, for example straight and without deflection.
  • the detector of the main body could be associated with a channel of the stack structure.
  • the refractive index of the at least one glass lies along the main path and along the various secondary paths, in each case in the range of 1.59-1.65, optionally in the range of 1.61-1.63; and / or
  • the Abbe number of the at least one glass is along the main path and along the various subpaths, respectively in the range of 46.8 - 52.8, optionally in the range of 48.8 - 50.8.
  • the Abbe number characterizes the change in refractive index as a function of the wavelength of the light, i. the optical dispersion. In particular, it may be possible for the refractive index and the Abbe number to be in the stated ranges.
  • the refractive index and / or the Abbe number have a comparatively small variation as a function of the location within the prisms, ie, the light which passes through the stack structure, no or only a comparatively small variation of the refractive index and / or the Abberess within the at least one glass experiences.
  • Such a small variation of the refractive index and / or Abbekohl can be promoted by the fact that the stack structure or the at least three prisms are made of a single glass. This means that in order to implement an optical arrangement according to the BTS Standard S-1005B, it may be desirable to dispense with the use of several different glasses.
  • 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 define such different optical media, ie media with different refractive indices. Other glass optical components that affect the path of light through the stack structure may not be provided between adjacent prisms. This means that it is possible for the transitions between different optical media along the main optical path within the stack structure to be formed only by the areas of the prisms of the stack structure. Other structures that would cause transitions between different optical media may not be present. By using such a stack structure, a particularly small space for the optical arrangement can be achieved. In addition, the optical arrangement can be constructed comparatively simple and less complex.
  • the stack structure is made of exactly one glass.
  • this may mean that the different prisms of the stack structure, for example, can all be made of the same glass.
  • further optical elements e.g. optical plates, etc., can also be made of this glass.
  • An exemplary glass that could be used is the glass "N-SSK8" from Schott AG, Mainz, Germany.
  • 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. Between the outer prism and the other outer prism 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 that is a triangle as Base has.
  • the first surface and the second surface may not be disposed parallel to each other, ie, 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 perpendicular to the respective optical subpath so that no or no significant deflection of the light occurs along the subpath at the exit surface.
  • the prisms of the stack structure may be peasant enemy prisms.
  • Such a specific geometric configuration can be achieved.
  • 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
  • the prism angle can be achieved that partial reflection and / or total reflection occurs within the prism. Partial reflection and / or total reflection may be further facilitated by the air gaps between adjacent faces of adjacent prisms and / or filters.
  • the prisms of the stack structure at least partially have different prism angles. But it is also possible that the prism angle for all prisms of the stack structure is the same. In such a case, a particularly small design of the optical arrangement can be ensured, since the different prisms can be stacked space efficient.
  • the main optical path may denote that path of light through the stacking structure or optical assembly that corresponds to a central beam of parallel incident light.
  • 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.
  • the optical sub-paths may each designate the paths that selects light that undergoes partial reflection at the respective second surfaces of the prisms of the stack structure.
  • 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. It may thus be possible to ensure a particularly efficient production of the optical arrangement. In particular, it is possible to use the same manufacturing processes for all prisms of the stack structure.
  • 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 may be parallel to the first surface of the outer prism. All adjacent surfaces adjacent prisms of the stack structure may be parallel to each other.
  • 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 easy to ensure that identically shaped prisms or prisms are used with the same.
  • 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.
  • the installation space of the optical arrangement can be reduced.
  • each prism of the stack structure may further include an exit surface.
  • the exit surface may be arranged perpendicular to the corresponding optical secondary path.
  • the optical arrangement can furthermore be used for at least one prism of the
  • Stack structure comprise a arranged in the respective optical sub-path adjacent to the exit surface of the corresponding prism optical disk.
  • the optical disk may have a first surface and a second surface parallel to each other and further parallel to the corresponding exit surface.
  • the optical assembly may further comprise, for at least one prism of the stack structure, a further optical wedge having a first surface and a second surface disposed adjacent to the exit side surface of the corresponding prism in the corresponding optical sub-path.
  • 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 arranged parallel to the corresponding exit surface.
  • a filter may be disposed 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.
  • the parallel exit surfaces may be staggered, e.g. parallel to the respective optical secondary paths.
  • the optical arrangement comprises a filter for each prism of the stack structure.
  • the filter may, for example, be arranged parallel to the corresponding second surface of the corresponding prism.
  • the filter 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 a bandpass filter that selectively passes light with certain colors of the spectrum.
  • the filter could also be spectrally insensitive, i. equally affect all spectral ranges; Here, for example, the filter could specify a certain transmission value.
  • the filter could also be a polarizing filter which reflects certain polarization of the light.
  • the optical arrangement comprises at least one channel for each prism of the stack structure.
  • Each channel may, for example, be a light source and / or have a detector.
  • the light source and / or the detector can be arranged in the corresponding optical secondary path outside the stack structure.
  • a channel may thus designate those elements which are required for reading out or emitting light along an optical sub-path.
  • the channel can thus provide external access to the characteristics of the light of the respective optical subpath.
  • the light source may be a light-emitting diode (LED) or a laser.
  • LED light-emitting diode
  • the laser can the
  • Light source monochromatic light or emit light in a certain spectral range.
  • the light source can emit white light.
  • Another example of a light source is e.g. a multi-pixel display. Another example of one
  • Light source is e.g. a digital micromirror device (DMD).
  • DMD digital micromirror device
  • MOEMS Microoptoelectromechanical systems
  • the optical arrangement comprises more channels than prisms.
  • 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.
  • the sensor plane of the detectors of second nearest-adjacent prisms of the stack structure may be parallel to each other.
  • each sensor plane may include a multi-pixel pixel matrix.
  • the sensor plane may be formed by a CMOS sensor or a CCD sensor.
  • Parallel sensor planes can be a particularly simple relative arrangement of the
  • the various detectors can be mounted on a common carrier.
  • the optical arrangement comprises a positioning mechanism.
  • the positioning mechanism may, for example, be arranged to detect the sensor levels of the detectors of a second nearest-neighbor Prisms, ie parallel sensor levels, coupled to position.
  • a particularly simple focusing can take place.
  • 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.
  • 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 the dimension of a pixel of the sensor planes.
  • a sub-pixel resolution can be achieved when the
  • An optical arrangement comprises a stacked structure.
  • the stack structure comprises at least one glass.
  • the stack structure also includes at least three prisms. Each of the at least three prisms comprises a first surface and an opposite second surface.
  • the optical arrangement further comprises a main optical path. The main optical path passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stacked structure, a corresponding optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is partially reflected by light at the second surface of the prism
  • the corresponding prism is connected to the main optical path.
  • Each of the optical subpaths can also experience total reflection at the first surface of the corresponding prism.
  • the refractive index of the at least one glass lies along the main path and along the secondary paths in each case in the range of 1.59 - 1.65, optionally in the range of 1.61 - 1.63.
  • An optical arrangement comprises a stacked structure.
  • the stack structure comprises at least one glass.
  • the stack structure also includes at least three prisms. Each of the at least three prisms comprises a first surface and an opposite second surface.
  • the optical arrangement further comprises a main optical path. The main optical path passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stacked structure, a corresponding optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is partially reflected by light at the second surface of the prism
  • the corresponding prism is connected to the main optical path.
  • Each of the optical subpaths can also experience total reflection at the first surface of the corresponding prism.
  • the Abbe number of at least one glass is along the main path and along the various sub-paths each in the range of 46.8 - 52.8, optionally in the range of 48.8 - 50.8.
  • 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. Third
  • FIG. 5 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism includes 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. 7 illustrates a camera according to various embodiments, wherein FIG
  • Lens port of the camera comprises a multi-path prism according to various embodiments.
  • Connections and couplings between functional units and elements can also be implemented as an indirect connection or coupling.
  • light can be split / combined with respect to the spectral range, the polarization and / or the intensity / transmission.
  • the techniques described herein are based on the use of a multipath prism in various examples.
  • the multipath prisms described herein include four channels, five channels, six channels, seven channels, or more channels.
  • the multipath prisms described herein comprise a stack structure comprising a plurality of prisms.
  • the stack structure may include three or more prisms.
  • Such a multipath prism can be used between an imaging optics, e.g. one
  • Camera lens and a plurality of detectors or light sources associated with different channels of the multipath prism are arranged.
  • Such optical arrangements can generally but in very different
  • An exemplary application is for example one
  • Lighting / projection device For example, the union of
  • a subpixel overlay may be generated by a corresponding offset between the light sources of the different channels.
  • Other applications include, for example, the coupling of laser pointers, markers, autofocus beam paths, calibration beam paths or measuring beam paths.
  • Another exemplary application relates to 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.
  • sub-pixel superposition may be desirable by a corresponding offset between the detectors of the different channels, for example to obtain images with increased resolution.
  • the different channels can be used, for example, for autofocus applications.
  • 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 construction of the corresponding multipath prism can also
  • various examples described herein are based on the further realization that it is not or only with difficulty possible to use a stacked structure with at least three prisms - in particular a stack structure with four prisms, which defines five channels of the optical arrangement - by using the two glasses A and B according to BTA S-1005B. In particular, it may be in the use of the two glasses A and B according to BTA S-1005B. In particular, it may be in the use of the two
  • specified glasses A and B are not or only partially possible to meet the f-number as specified and / or the field diameter as specified.
  • the f-number defines the ratio of the focal length to the diameter of the effective entrance pupil of a corresponding objective.
  • the optical arrangement supports the f-number of F / 1 .7 or and / or the field diameter of 1 1, 0 mm or larger.
  • the main optical path and the optical subpaths can each have a correspondingly limited length, as well as a homogeneity perpendicular to the respective optical axis, which supports the corresponding field diameter. In this way, a distance between detectors arranged in the focal plane, which are on one side of the stack structure and adjacent
  • Stacking structure are positioned, and the main plane of the lens, which is positioned on the other side of the stack structure, are made possible in accordance with said f-number.
  • a corresponding lateral extent of the light field can be assisted to provide the field diameter, along the entire glass path.
  • the f-number and / or the field diameter or generally the necessary imaging quality with the glasses A and B are not or only to implement limited, is achieved in various examples described herein, that the stack structure of exactly a single glass is made.
  • the glass may have a refractive index in the range of 1.59 - 1.65, optionally in the range of 1.61 - 1.63. It would also be possible for the glass to have a payoff in the range of 46.8 - 52.8, optionally in the range of 48.8 - 50.8.
  • the refractive index and / or the Abbe number can vary along the main path and along the different subpaths within the corresponding ranges; however compared to one
  • such a compact construction of the stack structure can be achieved that allows a glass path through the stack structure along the main path and along the various subpaths, each in the range of 43.0 mm - 46.0 mm.
  • the same focal lengths for the different channels can be made possible.
  • the glass path through the stacking structure along the main path and along the various subpaths prefferably in the range of 43.4 mm - 45.4 mm, further optionally in the range of 44.0 mm - 44.8 mm, on optional in the range of 44.3 mm - 44.6 mm. It has been found that, given such specifications for the glass used different geometric possibilities exist to a corresponding optical arrangement and in particular a corresponding, a multipath prism defining
  • FIG. Figure 2 illustrates an exemplary multipath prism. In the corresponding optical
  • Arrangement 200 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 In this case, the prisms 221-224 are stacked such that the optical
  • Main path 250 alternately first surfaces 261 and second surfaces 262 of the prisms 221 -224 crosses.
  • the four prisms 221-224 are all made of the same glass, which has a refractive index in the range of 1.59-1.65 and a Abbe number in the range of 46.8-52.8.
  • FIG. 2 lower left is an enlargement of the transition between a second surface 262 and a first surface 261 exemplified for the prisms 221, 222 shown.
  • the magnification is exemplary of two positions along the boundary between the prisms 221, 222 shown.
  • 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. From the enlargement of FIG. 2 it can be seen that between the surfaces 261, 262 a
  • 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. Total reflection typically occurs when:
  • 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, i. include this.
  • 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 spectral range; the filtered polarization; and / or the filtered intensity, i. Transmission.
  • all adjacent faces 261, 262 of juxtaposed prisms 221-224 of the stack structure 201 are parallel to each other: thus, the second face 262 of the prism 221 is parallel to the first face 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.
  • 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.
  • Subpaths 251 -254 experience the total reflection 271 on the first surface 261 of the respective prism 221-224. As a result, peasant enemy prisms can be formed. Basically, sufficiently large angles of incidence of the optical sub-paths 251 -254 on the first surface 261 cause the total reflection 271. Therefore, it is desirable to select the geometry of the stacked structure 201 and the various prisms 201 20-224 such that the angles of incidence of the optical sub-paths 251 to 254 on the first surface 261 are sufficiently large.
  • the optical arrangement 200 includes five channels 21 1, 212, 213, 214, 215.
  • Each channel in the example of FIG. 2 a detector 280, in the optical
  • different prisms 221-224 all different shapes; further, an optical block 232 is provided adjacent to the prism 224; also the block is made of the same glass as the prisms 221 - 224.
  • Focal plane of an adjacent to the surface 261 arranged lens are positioned - is for all channels 1 1 1 1 - 215 in the range of 43.0 mm - 46.0 mm.
  • the glass path is the same for all channels 21 1 - 215.
  • the glass path for the channel 21 1 is composed of the portion along the main path 250 between the surface 261 and the surface 262 and the subpath 251.
  • the portions of the glass paths along the main path 250 are different for the different channels 21 1 - 215; to compensate for this, the subpaths 251-254 each have different lengths.
  • the main optical path 250 and the optical subpaths 251 - 254 are all in one plane (the drawing plane in the example of FIG. This allows a small design of the optical arrangement 200, eg in comparison to the reference implementation gem.
  • FIG. 1 the main optical path 250 and the optical subpaths 251 - 254 are all in one plane (the drawing plane in the example of FIG. This allows a small design of the optical arrangement 200, eg in
  • the different prisms 221-224 have equal prism angles.
  • the prism angle is defined between the first surface 261 and the second surface 262, respectively.
  • examples are also possible in which the prisms of the stack structure 201 have different prism angles.
  • FIG. 3 illustrates another exemplary multipath prism 200.
  • 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 adjacent to the first surface in the main optical path 250 261 of the outer prism 221 of the stack structure 201.
  • the second surface 362 of the wedge 331 is parallel to the first surface 261 of the outer prism 221.
  • 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. It is thereby achieved that a smaller degree of reflection of the partial reflection 272 and secure total reflection 271 is achieved, ie robustness against tolerances is achieved.
  • 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 one
  • 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.
  • the prisms 221 - 223, the wedges 331, 334, 335 and the plates 332, 333 could all be made of the same glass.
  • 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 110 can be incident on the optical arrangement 200 or, in particular, the wedge 331 from a comparatively large solid angle 1 1 1 and nevertheless focus on the detectors 280 of the various channels 21 1 -215. This is made possible by low angles of incidence at the first surfaces 261 of the prisms 221-223 and the wedge 331, respectively.
  • the solid angle 1 1 1 corresponds to a field diameter, which is supported by the optical arrangement 200.
  • f-numbers F / 1 .7 or smaller can be supported by allowing a comparatively small or short focal length through a short glass path.
  • 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 arranged parallel to the exit surface 265 of the outer prism 221, that is to say a first surface 336A of the further optical wedge 336 is arranged 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 subpath 251 takes place, whereby the optical subpaths 251-1, 251-2 are generated.
  • second nearest-neighbor prisms 221-224 have exit surfaces 265 arranged parallel to each other.
  • exit surfaces 265 arranged parallel to each other.
  • Exit surface 265 prism 221 parallel to the exit surface 265 of the prism 223 (see FIG 3-5). Furthermore, in the example of FIG. 5, the exit surface 265 of the prism 222 is parallel to the exit surface 265 of the prism 224. Since the exit surface 265 of the various prisms 221-224 are disposed parallel to one another, it is possible that the detectors 280 and light sources, respectively (not shown in FIGS. 3-5) ) are also arranged parallel to each other. In particular, for example, the sensor planes of the detectors 280 of second nearest-adjacent prisms may be arranged parallel to one another. Then it can by means of a
  • Positioning mechanism may be possible to position such mutually parallel detectors 280 coupled. For example, positioning may be performed in parallel coupled to the respective optical sub-path for focusing (shown in FIG. 5 by the arrows along the optical sub-paths 251 -2, 253). Alternatively or additionally, it would also be possible to correlate the detectors 280 perpendicularly to the optical sub-paths and / or to position them in a coupled manner (shown in FIG. 5 by arrows along the detectors 280 of the channels 212, 214). For example, in the example of FIG.
  • the sensor planes of the detectors 280 of the channels 212, 214 may be offset from one another by a distance perpendicular to the optical branch paths 252, 254, 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 a lens 601, a first lens mount 602, and a second lens mount 603.
  • the first lens mount 602 is 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.
  • the calorific values of the objective 601 define focal planes in which the detectors 280 of the channels 21 1 -215 are arranged.
  • the f-number of the lens 601 also defines the space wave 1 1 1. Due to the comparatively small space required by the multi-way prism 200, it is possible to have all five channels 21 1 -215 in the
  • Objective connection 603 provide. This is the case in particular in connection with a so-called B4 objective connection.
  • the B4 lens mount defines the above mechanical and optical properties.
  • the multipath prism 200 is integrated with the detector of the channel 213 into the lens mount 603. Due to the compact design of the
  • Multipath prism but it would also be possible to arrange the multipath prism without the detector of the channel 213 in an intermediate ring; then the detector of the channel 213 may be disposed in a main body of the camera 600.
  • 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 ultraviolet or infrared wavelengths, may be used in addition to red, green and blue channels
  • infrared wavelengths are of interest
  • An exemplary application in which infrared wavelengths are of interest is, 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.
  • Supponer methods Such techniques are known, for example, as Supponer methods.
  • Such applications can be performed with a lens mount according to FIG. 7 are implemented. In summary, techniques have been described above which are based on the
  • a corresponding optical arrangement provides a multipath prism.
  • the stack arrangement comprises five or more prisms.
  • Coupled positioning can take place along the corresponding optical sub-paths and / or perpendicular to the corresponding optical sub-paths.
  • 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 angles of incidence at the different second
  • the prisms are dimensioned comparatively small, so that a comparatively high transmission can be achieved.
  • the angles of incidence 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 parallel but also the total reflection of the light of the secondary paths is safely achieved.
  • the wedge it can be made possible by the wedge that the distances between become larger adjacent channels, so that detectors and / or light sources can be used with larger housings.
  • 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 following examples have been described above:
  • Example 1 An optical assembly (200) comprising:
  • a stack structure (201) comprising at least three prisms (221, 222, 223, 224) each having a first surface (261) and an opposite second surface (262), - A main optical path (250) through the stack structure (201) runs,
  • an optical secondary path which passes through the corresponding prism (221, 222, 223, 224) and which by partial reflection ( 272) of light at the second surface (262) of the corresponding prism (221, 222, 223, 224) is connected to the main optical path (250) and at the first surface (261) of the corresponding prism (221, 222,
  • a wedge (331) having a first surface (361) and a second surface (362), wherein the wedge (331) in the main optical path (250) adjacent to the first surface (261) of an outer prism (221) of the stack structure (201 and wherein the second surface (362) of the wedge (331) is parallel to the first surface (261) of the outer prism
  • Example 2 Optical arrangement (200) according to Example 1,
  • Example 3 Optical arrangement (200) according to example 1 or 2,
  • a wedge angle of the wedge (331) is in the range of 40% -60% of the prism angle of the prisms (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201), preferably 50% of the prism angle of the prisms (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201).
  • Example 5 Optical arrangement (200) according to one of the preceding examples,
  • main optical path (250) and the optical subpaths within the stacking structure (201) are all in one plane.
  • each prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) further comprises: an exit surface (265) disposed perpendicular to the corresponding optical subpath (251-255),
  • optical assembly (200) further comprises:
  • an optical disk (332) arranged in the corresponding optical secondary path (251 -255) adjacent to the exit surface of the corresponding prism (221, 222, 223, 224) , 333) having a first surface (366) and a second surface (367) disposed parallel to each other and parallel to the respective exit surface (265).
  • Example 7 Optical arrangement (200) according to one of the preceding examples,
  • each prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) further comprises: an exit surface (265) disposed perpendicular to the corresponding optical subpath (251-255),
  • optical assembly (200) further comprises:
  • At least one prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) one in the corresponding optical secondary path (251 -255) adjacent to the exit surface (265) of the corresponding prism (221, 222, 223, 224) arranged further optical wedge (336) having a first surface (336A) and a second surface (336B), the first
  • Exit surface is arranged.
  • each prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) further comprises: an exit surface (265) disposed perpendicular to the corresponding optical subpath (251-255),
  • exit surfaces (265) of second nearest-adjacent prisms (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) are parallel to each other.
  • Example 9 Optical arrangement (200) according to one of the preceding examples,
  • transitions between different optical media along the main optical path (250) within the stacking structure (201) are formed only by the areas of the prisms (221, 222, 223, 224) of the stacking structure (201).
  • Example 10 Optical arrangement (200) according to one of the preceding examples, which
  • each further for each prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) comprises:
  • a filter (266) arranged parallel to the second surface (262) of the corresponding prism and performing the partial reflection (272) with respect to at least one of the following: spectral region; Polarization; and transmission.
  • Example 1 1. Optical arrangement (200) according to one of the preceding examples,
  • the prisms (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) are peasant enemy prisms.
  • Example 12 An optical arrangement (200) according to one of the preceding examples which
  • each further for each prism (221, 222, 223, 224) of the stack structure (201) comprises:
  • Example 13 Optical arrangement (200) according to Example 12,
  • the stacking structure (201) comprises four prisms (221, 222, 223, 224) and wherein the optical assembly (200) comprises at least five channels (21 1 -1, 21 1 -2, 212-216).
  • Example 14 Optical arrangement (200) according to Example 12 or 13,
  • channels (21 1 -1, 21 1 -2, 212-216) detectors (280) each having a
  • Example 15 The optical assembly (200) of Example 14, further comprising:
  • a positioning mechanism arranged to position the sensor planes of the detectors (280) coupled by second nearest-adjacent prisms (221, 222, 223, 224) of the stacked structure (201).
  • Example 16 Optical arrangement (200) according to one of Examples 12-15,
  • the channels comprise detectors (280) each having a sensor plane, wherein the sensor planes of two of the detectors (280) are perpendicular to the
  • corresponding optical sub-paths (251 -255) are offset from each other by a distance which is smaller than the dimension of a pixel of the sensor planes.
  • a lens mount (603) for a camera comprising:
  • a stack structure comprising at least four prisms each having a first surface and an opposite second surface;
  • an optical secondary path (251-255) which passes through the corresponding prism and which by partial reflection (272) of light at the second surface ( 262) of the corresponding prism (221, 222, 223, 224) is connected to the main optical path (250) and is connected to the first surface (261) of the corresponding prism (221, 222, 223, 224).
  • Example 18 Lens connection (603) according to Example 17,
  • lens mount (603) comprises the optical assembly (200) of any one of Examples 1-16.
  • Lens connector described. However, it is also possible to use optical arrangements that implement a multipath prism as described herein in other applications. Another exemplary application is e.g. a multicolored light source for the
  • Fluorescence microscopy Thereby, e.g. 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.
  • Subpaths can then be implemented as an 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 Fläche des entsprechenden Prismas (201 20-223) Totalreflektion (271).

Description

Beschreibung
Mehrwege-Prisma für B4-Norm
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. Eine optische Anordnung umfasst eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens ein Glas. Die Stapelstruktur umfasst auch mindestens drei Prismen. Jedes der mindestens drei Prismen umfasst dabei eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche. Die optische Anordnung umfasst ferner einen optischen Hauptpfad. Der optische Hauptpfad verläuft durch die Stapelstruktur. Die optische Anordnung umfasst auch, jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur, einen entsprechenden 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. Jeder der optischen Nebenpfade kann auch Totalreflektion an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas erfahren. Der Glasweg durch die Stapelstruktur entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade liegt jeweils im Bereich von 43,0 mm - 46,0 mm.
Optional wäre es möglich, dass der Glasweg durch die Stapelstruktur entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 43,4 mm - 45,4 mm liegt, weiter optional im Bereich von 44,0 mm - 44,8 mm, weiter optional im Bereich von 44,3 mm - 44,6 mm.
Durch eine solche Dimensionierung des Glaswegs kann erreicht werden, dass die optische Anordnung in einen Objektivanschluss integriert werden kann. Insbesondere kann es möglich sein, dass die optische Anordnung besonders klein ausgebildet wird, wobei gleichzeitig eine laterale Ausdehnung des Lichtfelds - d.h. der Bildfeld-Durchmesser - entlang des optischen Hauptpfads bzw. der optischen Nebenpfade vergleichsweise groß sein kann. Dadurch können zum Beispiel im Zusammenhang mit der Bildgebung mittels einer Kamera Bilder von hoher Qualität erzeugt werden, ohne dass besonders große oder schwere Objektivanschlüsse benötigt werden würden. Insbesondere kann es durch die oben genannte Dimensionierung des Glaswegs ermöglicht werden, einen Objektivanschluss mit der optischen Anordnung bereitzustellen, der entsprechend dem Broadcasting Technology Association (BTS) Standard S-1005B ausgebildet ist, d.h. der einem B4-Anschluss entspricht.
Der Objektivanschluss könnte als Zwischenring ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass der Objektivanschluss, der als Zwischenring ausgebildet ist, zum Beispiel zwischen ein Objektiv der Kamera und einen Hauptkörper der Kamera positioniert werden kann. Im Hauptkörper der Kamera könnte beispielsweise ein Detektor angeordnet sein. Der Detektor des Hauptkörpers könnte dann Licht vom Objektivanschluss empfangen, welches die Stapelstruktur entlang des optischen Hauptpfads, beispielsweise gerade und ohne Ablenkung durchlaufen, hat. Der Detektor des Hauptkörpers könnte einem Kanal der Stapelstruktur zugeordnet sein.
Das Implementieren eines dem BTS Standard S-1005B entsprechenden Objektivanschlusses kann weiterhin gefördert werden, indem ein oder mehrere der folgenden Merkmale umgesetzt werden:
- Die Brechzahl des mindestens einen Glases liegt entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 1 ,59 - 1 ,65, optional im Bereich von 1 ,61 - 1 ,63; und/ - Die Abbezahl des mindestens einen Glases liegt entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 46,8 - 52,8, optional im Bereich von 48,8 - 50,8. Die Abbezahl charakterisiert die Veränderung der Brechzahl als Funktion der Wellenlänge des Lichts, d.h. die optische Dispersion. Insbesondere kann es möglich sein, dass die Brechzahl und die Abbezahl in den genannten Bereichen liegen.
In anderen Worten kann es möglich sein, dass die Brechzahl und/oder die Abbezahl eine vergleichsweise geringe Variation als Funktion des Orts innerhalb der Prismen aufweisen, d.h., das Licht, welches die Stapelstruktur durchläuft, keine oder nur eine vergleichsweise geringe Variation der Brechzahl und/oder der Abbezahl innerhalb des mindestens einen Glases erfährt. Eine solche geringe Variation der Brechzahl und/oder der Abbezahl kann dadurch gefördert werden, dass die Stapelstruktur bzw. die mindestens drei Prismen aus einem einzigen Glas hergestellt sind. Dies bedeutet, dass es zur Implementierung einer optischen Anordnung entsprechend des BTS Standard S-1005B erstrebenswert sein kann, auf die Verwendung von mehreren unterschiedlichen Gläsern zu verzichten. 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 Luftspalts 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 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. 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.
Außerdem kann es möglich sein, dass die Stapelstruktur aus genau einem Glas gefertigt ist. Dies kann in anderen Worten bedeuten, dass die verschiedenen Prismen der Stapelstruktur beispielsweise alle aus demselben Glas gefertigt sein können. Optional vorhandene weitere optische Elemente, z.B. optische Platten etc., können auch aus diesem Glas gefertigt sein.
Ein beispielhaftes Glas, das verwendet werden könnte, ist das Glas„N-SSK8" der Firma Schott AG, Mainz, Deutschland.
Durch das Verwenden eines einzigen Glas-Typs kann auch eine besonders hohe Integration und ein wenig komplexer Aufbau erreicht werden.
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 Stapel struktur 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
Totalreflektion. Durch geeignete Wahl der Prismenwinkel kann erreicht werden, dass Teilreflektion und/oder Totalreflektion innerhalb des Prismas auftritt. Die Teilreflektion 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 Teilreflektion 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 kann parallel zu der ersten Fläche des äußeren Prismas angeordnet sein. Alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordnete Prismen der Stapel struktur können parallel zueinander sein.
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 verwendet werden.
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. Auch die optischen Platten können aus demselben Glas gefertigt sein, wie die Prismen. 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. Z.B. können die parallelen Austrittsflächen zueinander versetzt angeordnet sein, z.B. parallel zu den jeweiligen optischen Nebenpfaden. Derart kann eine besonders 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 jedes Prisma der Stapelstruktur einen Filter umfasst. Der Filter kann zum Beispiel parallel zur entsprechenden zweiten Fläche des entsprechenden Prismas angeordnet sein. Der Filter kann 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. Der Filter könnte auch spektral-unsensitiv sein, d.h. alle Spektralbereiche gleichermaßen beeinflussen; hier könnte der Filter zum Beispiel einen bestimmten Transmissionswert vorgeben. Der Filter könnte auch ein Polarisationsfilter sein, welcher bestimmte Polarisation des Lichts reflektiert.
Es ist möglich, dass die optische Anordnung jeweils für jedes Prisma der Stapelstruktur mindestens einen Kanal umfasst. Jeder Kanal kann zum Beispiel eine Lichtquelle und/oder einen Detektor aufweisen. Die Lichtquelle und/oder der Detektor können im entsprechenden optischen Nebenpfad außerhalb der Stapelstruktur angeordnet sein.
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 kann parallel zueinander sein. Dadurch kann eine besonders hohe Integration erreicht werden, die insbesondere eine Ausbildung entsprechend dem BTS S-1005B Standard ermöglicht.
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.
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. Eine optische Anordnung umfasst eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens ein Glas. Die Stapelstruktur umfasst auch mindestens drei Prismen. Jedes der mindestens drei Prismen umfasst dabei eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche. Die optische Anordnung umfasst ferner einen optischen Hauptpfad. Der optische Hauptpfad verläuft durch die Stapelstruktur. Die optische Anordnung umfasst auch, jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur, einen entsprechenden 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. Jeder der optischen Nebenpfade kann auch Totalreflektion an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas erfahren. Die Brechzahl des mindestens einen Glas liegt entlang des Hauptpfads und entlang der Nebenpfade jeweils im Bereich von 1 ,59 - 1 ,65, optional im Bereich von 1 ,61 - 1 ,63.
Eine optische Anordnung umfasst eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens ein Glas. Die Stapelstruktur umfasst auch mindestens drei Prismen. Jedes der mindestens drei Prismen umfasst dabei eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche. Die optische Anordnung umfasst ferner einen optischen Hauptpfad. Der optische Hauptpfad verläuft durch die Stapelstruktur. Die optische Anordnung umfasst auch, jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur, einen entsprechenden 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. Jeder der optischen Nebenpfade kann auch Totalreflektion an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas erfahren. Die Abbezahl des mindestens einen Glas liegt entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 46,8 - 52,8, optional im Bereich von 48,8 - 50,8.
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 illustriert 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.
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 in verschiedenen Beispielen 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.
Ein solches Mehrwege-Prisma kann zwischen einer abbildenden Optik, also z.B. einem
Kameraobjektiv, und mehreren Detektoren oder Lichtquellen, die mit unterschiedlichen Kanälen des Mehrwege-Prismas assoziiert sind, angeordnet sein. Dies bedeutet in anderen Worten, dass das Mehrwege-Prisma innerhalb der Brennweite der abbildenden Optik angeordnet sein kann. Solche optischen Anordnungen können im Allgemeinen aber 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 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.
Insbesondere beruhen verschiedene hierin beschriebene Beispiele auf der Erkenntnis, dass es erstrebenswert sein kann, eine optische Anordnung bereitzustellen, welche entsprechend dem BTS Standard S-1005B als B4-Objektivanschluss ausgebildet ist, z.B. als Zwischenring. 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 Bildsensoren ein Prismenblock mit folgenden Eigenschaften angeordnet ist:
Länge des gesamten Glasweges 46,2 mm ± 0,5 mm;
33.0 mm ± 4 mm Glas A mit Brechzahl 1 ,52 bis 1 ,75 und Abbezahl 42,5 bis 50,5; und
13.2 mm ± 4 mm Glas B mit Brechzahl 1 ,52 und Abbezahl 64,2. Damit ergibt sich die Länge des gesamten Glaswegs zu 46,2 mm ± 0,5 mm. Ferner wird spezifiziert: Bildfeld-Durchmesser: 1 1 ,00 mm; Bildfeld: 9,6 mm x 5,4 mm (16:9); Schnittweite in Luft: 48,00 ± 0,01 ab Anlagefläche; Anschluss-Durchmesser: 42,00 m; Fokusabstand R-G ± 10 μηι; Fokusabstand B-G ± 5 μηι; Blendenzahl (F/-Zahl): F/1.7 oder kleiner, d.h. numerische Apertur NA min 0,3. In diesem Zusammenhang beruhen verschiedene hierin beschriebene Beispiele auf der weiterführenden Erkenntnis, dass es nicht oder nur schwer möglich ist, eine Stapelstruktur mit mindestens drei Prismen - insbesondere eine Stapelstruktur mit vier Prismen, die fünf Kanäle der optischen Anordnung definiert - durch Verwendung der beiden Gläser A und B gemäß BTA S-1005B zu implementieren. Insbesondere kann es bei der Verwendung der beiden
spezifizierten Gläser A und B nicht oder nur eingeschränkt möglich sein, die Blendenzahl wie spezifiziert und/oder den Bildfeld-Durchmesser wie spezifiziert zu erfüllen. Die Blendenzahl definiert dabei das Verhältnis der Brennweite zum Durchmesser der wirksamen Eintrittspupille eines entsprechenden Objektivs. Jedoch ist es mittels der hierin beschriebenen Techniken möglich, dass die optische Anordnung die Blendenzahl von F/1 .7 oder und/oder den Bildfeld- Durchmesser von 1 1 ,0 mm oder größer unterstützt. Dies bedeutet, dass der optische Hauptpfad und die optischen Nebenpfade jeweils eine entsprechend begrenzte Länge aufweisen können, sowie eine Homogenität senkrecht zur jeweiligen optischen Achse, die den entsprechenden Bildfeld-Durchmesser unterstützt. Derart kann ein Abstand zwischen in der Brennebene angeordneten Detektoren, die auf einer Seite der Stapelstruktur und benachbarter
Stapelstruktur positioniert sind, und der Hauptebene des Objektivs, die auf der anderen Seite der Stapelstruktur positioniert ist, entsprechend der genannten Blendenzahl ermöglicht werden. Außerdem kann eine entsprechende laterale Ausdehnung des Lichtfelds zur Bereitstellung des Bildfeld-Durchmessers unterstützt werden, entlang des gesamten Glaswegs. Im Allgemeinen ist es mittels der hierin beschriebenen Techniken möglich, Abbilder von großer Qualität unter Wahrung der Erfordernisse gemäß BTA S-1005 Standard zu erhalten.
Dieses Problem, dass die Blendenzahl und/oder der Bildfeld-Durchmesser bzw. im Allgemeinen die nötige Abbildungs-Qualität mit den Gläsern A und B nicht oder nur eingeschränkt zu implementieren sind, wird in verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen dadurch gelöst, dass die Stapelstruktur aus genau einem einzigen Glas gefertigt ist. Insbesondere kann es also möglich sein, anstatt zwei Gläsern A und B lediglich ein einzelnes Glas zu verwenden. Zum Beispiel kann das Glas eine Brechzahl im Bereich von 1 ,59 - 1 ,65 aufweisen, optional im Bereich von 1 ,61 - 1 ,63. Es wäre auch möglich, dass das Glas eine Abbezahl im Bereich von 46,8 - 52,8 aufweist, optional im Bereich von 48,8 - 50,8. Dies bedeutet, dass die Brechzahl und/oder die Abbezahl entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade innerhalb der entsprechenden Bereiche variieren können; jedoch im Vergleich zu einem
Szenario mit den Gläsern A und B eine vergleichsweise geringe Variation der Brechzahl und/oder Abbezahl in der Stapelstruktur vorliegt. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauform der Stapelstruktur erreicht werden; dies ermöglicht es wiederum, vergleichsweise kleine Blendenzahlen, insbesondere eine Blendenzahl von F/1.7 oder kleiner, zu ermöglichen.
Zum Beispiel kann eine derart kompakte Bauform der Stapelstruktur erreicht werden, die einen Glasweg durch die Stapelstruktur entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 43,0 mm - 46,0 mm ermöglicht. Dies bedeutet also, dass der Glasweg für Licht, das unterschiedlichen Kanälen zugeordnet ist - und damit entlang unterschiedlicher Nebenpfade propagiert -, jeweils innerhalb dieses spezifizierten Bereichs von 43,0 mm - 46,0 mm liegt. Dadurch können insbesondere dieselben Brennweiten für die unterschiedlichen Kanäle ermöglicht werden. Optional wäre es möglich, dass der Glasweg durch die Stapelstruktur entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade jeweils im Bereich von 43,4 mm - 45,4 mm liegt, weiter optional im Bereich von 44,0 mm - 44,8 mm, weiter optional im Bereich von 44,3 mm - 44,6 mm. Dabei wurde gefunden, dass bei Berücksichtigung solcher Spezifikationen für das verwendete Glas unterschiedliche geometrische Möglichkeiten existieren, um eine entsprechende optische Anordnung und insbesondere eine entsprechende, ein Mehrwege-Prisma definierende
Stapelstruktur mit mehreren Prismen, zu implementieren. Nachfolgend werden beispielhafte geometrische Implementierungen einer entsprechenden optischen Anordnung dargestellt;
jedoch können in weiteren Beispielen auch andere geometrische Implementierungen verwendet 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.
Die vier Prismen 221 - 224 sind alle aus demselben Glas hergestellt, welches eine Brechzahl im Bereich von 1 ,59 - 1 ,65 sowie eine Abbezahl im Bereich von 46,8 - 52,8 aufweist.
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. 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 Totalreflektion 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 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; auch der Block ist aus demselben Glas wie die Prismen 221 - 224 gefertigt.
Der Glasweg zwischen der Eintrittsfläche 261 und den Detektoren 280 - die in einer
Brennebene eines benachbart an die Fläche 261 angeordneten Objektivs positioniert sind - liegt für alle Kanäle 1 1 1 - 215 im Bereich von 43,0 mm - 46,0 mm. Insbesondere ist es möglich, dass der Glasweg für alle Kanäle 21 1 - 215 gleich ist. Beispielsweise setzt sich der Glasweg für den Kanal 21 1 aus dem Abschnitt entlang des Hauptpfads 250 zwischen der Fläche 261 und der Fläche 262 und dem Nebenpfad 251 zusammen. Die Abschnitte der Glaswege entlang des Hauptpfads 250 unterscheiden sich für die unterschiedlichen Kanäle 21 1 - 215; um dies zu kompensieren, weisen die Nebenpfade 251 - 254 jeweils unterschiedliche Längen auf. 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. Die Prismen 221 -223, die Keile 331 , 334, 335 und die Platten 332, 333 könnten alle aus demselben Glas gefertigt sein.
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. Der Raumwinkel 1 1 1 entspricht dabei einem Bildfeld-Durchmesser, der durch die optische Anordnung 200 unterstützt wird. Beispielsweise ist es möglich, durch die in den FIGs. 2 - 4 dargestellten optischen Anordnungen 200 einen Bildfeld-Durchmesser von 1 1 ,0 mm zu unterstützen. Außerdem können Blendenzahlen F/1 .7 oder kleiner unterstützt werden, indem nämlich eine vergleichsweise kleine bzw. kurze Brennweite durch einen kurzen Glasweg ermöglicht wird.
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 (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. Die Brennwerte des Objektivs 601 definieren Brennebenen, in denen die Detektoren 280 der Kanäle 21 1 -215 angeordnet sind. Die Blendenzahl des Objektivs 601 definiert auch den Raumwinken 1 1 1 . 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 die oben genannten mechanischen und optischen Eigenschaften.
In dem Beispiel der FIG. 7 ist das Mehrwege-Prisma 200 zusammen mit dem Detektor des Kanals 213 in den Objektivanschluss 603 integriert. Aufgrund der kompakten Bauform des
Mehrwege-Prismas wäre es aber auch möglich, das Mehrwege-Prisma ohne den Detektor des Kanals 213 in einem Zwischenring anzuordnen; dann kann der Detektor des Kanals 213 in einem Hauptkörper der Kamera 600 angeordnet sein. 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, ist 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 Techniken sind zum Beispiel als Supponer-Verfahren bekannt. Solche Anwendungen können mit einem Objektivanschluss gemäß FIG. 7 implementiert 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 Nebenpfaden 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. Zusammenfassend wurden obenstehend insbesondere die folgenden Beispiele beschrieben:
Beispiel 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) Totalreflektion (271 ) erfährt,
- 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,
wobei alle benachbarten Flächen (261 , 262) nebeneinander angeordneter Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) parallel zueinander sind. Beispiel 2. Optische Anordnung (200) nach Beispiel 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.
Beispiel 3. Optische Anordnung (200) nach Beispiel 1 oder 2,
wobei alle Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) identisch geformt sind. Beispiel 4. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele, die weiterhin umfasst:
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.
Beispiel 5. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele,
wobei der optische Hauptpfad (250) und die optischen Nebenpfade innerhalb der Stapelstruktur (201 ) alle in einer Ebene liegen.
Beispiel 6. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele,
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.
Beispiel 7. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele,
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.
Beispiel 8. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele, 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.
Beispiel 9. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele,
wobei Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien entlang des optischen Hauptpfads (250) innerhalb der Stapelstruktur (201 ) nur durch die Flächen der Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) gebildet werden.
Beispiel 10. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele, die
weiterhin jeweils für jedes Prisma (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.
Beispiel 1 1 . Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele,
wobei die Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) Bauernfeind-Prismen sind.
Beispiel 12. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Beispiele, 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 mindestens einem von einer Lichtquelle und einem Detektor (280), die im entsprechenden optischen Nebenpfad (251 - 255) außerhalb der Stapelstruktur (201 ) angeordnet sind.
Beispiel 13. Optische Anordnung (200) nach Beispiel 12,
wobei die Stapelstruktur (201 ) vier Prismen (221 , 222, 223, 224) umfasst und wobei die optische Anordnung (200) mindestens fünf Kanäle (21 1 -1 , 21 1 -2, 212-216) umfasst.
Beispiel 14. Optische Anordnung (200) nach Beispiel 12 oder 13,
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 sind. Beispiel 15. Optische Anordnung (200) nach Beispiel 14, die weiterhin umfasst:
- eine Positionier-Mechanik, die eingerichtet ist, um die Sensorebenen der Detektoren (280) von zweitnächst-benachbarten Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) gekoppelt zu positionieren.
Beispiel 16. Optische Anordnung (200) nach einem der Beispiele 12-15,
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.
Beispiel 17. Objektivanschluss (603) für eine Kamera, der umfasst:
- eine Stapelstruktur (201 ), die mindestens vier 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 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)
Totalreflektion (271 ) erfährt,
wobei alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordneter Prismen (221 , 222, 223, 224) der Stapelstruktur (201 ) parallel zueinander sind.
Beispiel 18. Objektivanschluss (603) nach Beispiel 17,
wobei der Objektivanschluss (603) die optische Anordnung (200) nach einem der Beispiele 1 -16 umfasst.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Beispiele 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.
Ferner wurden voranstehend verschiedene Techniken beschrieben, bei denen ein Keil im Zusammenhang mit einer Stapelstruktur aus mehreren Prismen verwendet wird. Dabei ist der Einsatz eines solchen Keils jedoch optional.

Claims

Patentansprüche
1 . Optische Anordnung (200), die umfasst:
- eine Stapelstruktur (201 ) aus mindestens einem Glas, 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, und
- 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 verbunden ist, wobei der Glasweg durch die Stapelstruktur (201 ) entlang des Hauptpfads (250) und entlang der verschiedenen Nebenpfade (251 -255) jeweils im Bereich von 43,0 mm -46,0 mm liegt.
2. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1 ,
wobei die Brechzahl des mindestens einen Glases entlang des Hauptpfads (250) und entlang der verschiedenen Nebenpfade (251 -255) jeweils im Bereich von 1 ,59 - 1 ,65 liegt, optional im Bereich von 1 ,61 - 1 ,63.
3. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Abbezahl des mindestens einen Glases entlang des Hauptpfads (250) und entlang der verschiedenen Nebenpfade (251 -255) jeweils im Bereich von 46,8 - 52,8 liegt, optional im Bereich von 48,8 - 50,8.
4. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Stapelstruktur (201 ) aus genau einem Glas gefertigt ist.
5. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der Glasweg durch die Stapelstruktur (201 ) entlang des Hauptpfads und entlang der verschiedenen Nebenpfade (251 -255) jeweils im Bereich von 43,4 mm - 45,4 mm liegt, optional im Bereich von 44,0 mm - 44,8 mm, weiter optional im Bereich von 44,3 mm - 44,6 mm.
6. Optische Anordnung (200) nach einer der voranstehenden Ansprüche, wobei die optische Anordnung eine Blendenzahl von F/1.7 oder kleiner eines benachbart angeordneten Objektives unterstützt, und/oder
wobei die optische Anordnung einen Bildfeld-Durchmesser von 1 1 ,0 mm oder größer unterstützt.
7. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Stapelstruktur (201 ) vier Prismen (221 , 222, 223, 224) umfasst und wobei die optische Anordnung (200) mindestens fünf Kanäle (21 1 -1 , 21 1 -2, 212-216) umfasst, und wobei optional 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 sind.
8. Objektivanschluss (603) für eine Kamera, der umfasst:
- die optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
9. Objektivanschluss (603) nach Anspruch 8,
wobei der Objektivanschluss (603) entsprechend dem Broadcasting Technology
Association Standard S-1005B als B4-Anschluss ausgebildet ist.
10. Objektivanschluss (603) nach Anspruch 8 oder 9,
wobei der Objektivanschluss (603) als Zwischenring ausgebildet ist.
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