WO2017174225A1 - Mehrwege-prisma - Google Patents

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path
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Mario Sondermann
Torsten Antrack
Gunther Lorenz
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Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
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VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss AG
Carl Zeiss Jena GmbH
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    • G03B2205/003—Movement of one or more optical elements for control of motion blur by a prism with variable angle or the like

Definitions

  • Various embodiments of the invention relate to an optical assembly comprising a stacked structure having at least three prisms. Further embodiments of the invention relate to a corresponding lens mount for a camera.
  • Multi-prism optical arrangements are used to split or merge light into multiple channels.
  • the splitting or combination of the light can occur, for example, with regard to the spectral range of the light.
  • FIG. Figure 1 illustrates an optical arrangement 100 known in the art.
  • This optical assembly 100 implements a multipath prism.
  • the multi-way prism 100 includes four prisms 121, 122, 123, 124 in a stacked structure, each splitting light 1 10 into a corresponding channel 11 1 1, 12, 13, 14. Between the prisms 122 and
  • a wedge 131 is arranged within the stack structure. Therefore, the channels 1 1 1, 1 12 are rotated relative to the channels 1 13, 1 14. It is also an optical disk 132
  • the multi-path prism 100 can cause splitting of incident light 110 (shown in FIG. 1).
  • the various channels 1 1 1 -1 15 may each comprise a detector arranged to capture an image. It may be necessary to focus on an image plane of an upstream objective (not shown in FIG. 1) on a sensor surface of the respective detector.
  • the distance of the detector from an outer surface of the respective prism 121 is
  • Multi-way prism 100 to operate the union of light. It is known that each of the different channels 1 1 1 1 -1 15 each assign a light source. Then it can be desirable to focus the light sources on an image plane outside the multipath prism; this in turn can be done by varying the distance of the light source from the exit or entrance surface of the respective prism 121-124. In such cases, the light path is changed in each case to achieve the focus.
  • an optical arrangement comprises a stacked structure.
  • the stack structure comprises at least three prisms. Each of the at least three prisms has a first surface and an opposite second surface.
  • the optical assembly also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stacked structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is connected to the main path by partial reflection of light at the second surface of the corresponding prism.
  • the optical arrangement also comprises at least one interface. Each of the at least one interface is arranged between a corresponding first stack section of the stack structure and a corresponding second stack section of the stack structure. Each of the at least one interface is set up for relative movement of the corresponding first one
  • Such an optical arrangement can therefore implement a multipath prism, since several subpaths for light are defined.
  • such an optical arrangement can Implement multi-path prism in which the various prisms of the stack structure are arranged to be movable relative to each other. By means of such a relative movement, for example, an adaptation of at least one of the optical secondary paths with respect to desired optical properties can take place; For example, a focus and / or image stabilization for various optical applications of the multi-path prism can be possible.
  • Possible optical applications for such a multipath prism include, for example: beam splitting for incident light into different channels, wherein different channels have a detector and / or an eyepiece; and beam combining for emergent light from different channels, wherein different channels comprise a light source, such as a halogen light source, a light emitting diode, a laser, etc.
  • a light source such as a halogen light source, a light emitting diode, a laser, etc.
  • the stack structure can be obtained, for example, by stacking the different prisms.
  • Adjacent prisms, at least within a stack section, may be contiguous, i. be arranged next to each other without further, interposed optical glass components. For example, between adjacent prisms of the
  • Air within the air gap and glass of the various prisms may produce such different optical media, i. Define media with different refractive indices.
  • Other optical components made of glass, which influence the light path through the stack structure can not be provided between adjacent prisms, at least within one stack section. This means that it is possible that the transitions between different optical media, at least within a stacking section, along the main optical path within the
  • Stack structure can be formed only by the surfaces 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 different stacking sections of the stacking structure each comprise a single prism or more than a single prism.
  • the various stacking sections of the stack structure may each be two or three or more Include prisms.
  • the first stack portion and / or the second stack portion of at least one of the at least one interface may comprise at least two rigidly coupled prisms.
  • adjacent and adjacent prisms are rigidly coupled together. A rigid coupling can be achieved if relative movement between the rigidly coupled prisms is not possible or only possible to a limited extent.
  • adjacent and contiguous prisms within a stacking section may be glued or bolted together or otherwise firmly bonded together at least on exterior surfaces.
  • Stacking sections comprise more than a single prism can, e.g. the light paths for a plurality of optical subpaths associated with one and the same stack section are correlated. Thereby, e.g. a combined focusing and / or image stabilization are possible. This may allow a particularly space-efficient implementation and / or a low-complexity implementation.
  • At least two rigidly coupled prisms of a stacking section have optical side paths in the region of an outer surface of the respective prism, which together enclose an angle which is greater than 90 °, preferably> 120 °, particularly preferably> 150 ° is. This may therefore mean that rigidly coupled prisms of a stack section are opposite and facing away from each other
  • the first stack portion and / or the second stack portion of at least one of the at least one interface comprises no more than one prism.
  • the number of prisms of the stack structure may correspond to the number of interfaces, ie each stack section comprises only a single prism.
  • a particularly flexible adaptation of the different optical subpaths may be possible; In particular, different optical subpaths can be customized.
  • the at least one interface may then be arranged to allow relative movement.
  • the at least one interface may comprise different elements.
  • the at least one interface may comprise an air gap which is arranged between the adjacent prisms of the adjacent first and second stack sections. Depending on the positioning or in dependence of the relative movement, the air gap may have a varying size.
  • the at least one interface may comprise guide means which limit the degrees of freedom of the relative movement.
  • the guide means could for example be formed by one or more guide rails, guide pins, etc.
  • the guide means may be arranged outside a region which is accessible to the beam path of light;
  • the guide means may be arranged in an edge region of the outer prisms of the adjacent first and second stack sections.
  • the guide means may also include one or more stops, which limits the displacement of the respective stack sections to each other.
  • the at least one interface may comprise one or more optical elements.
  • the at least one interface could include one or more wedges so that partial reflection of light passing through the interface is reduced or avoided.
  • each of the at least one interface to comprise a first wedge having a first surface and a second surface, and a second wedge having a first surface and a second surface.
  • first face of the first wedge of the interface may be parallel to the second face of an adjacent prism of the corresponding first stacking section.
  • the second face of the first wedge of the interface may be parallel to the first face of the second wedge of the interface.
  • the second surface of the second wedge of the interface may be parallel to the first surface of an adjacent prism of the corresponding second
  • the air gap may be arranged between the second surface of the first wedge of the interface and the first surface of the second wedge of the interface.
  • the air gap may be arranged between the second surface of the first wedge of the interface and the first surface of the second wedge of the interface.
  • the relative movement may be suitably dimensioned to allow focusing, for example, an image plane of an objective on a sensor surface of a corresponding detector of the optical arrangement, by adaptation of the light path.
  • the relative movement it would be possible for the relative movement to be suitably dimensioned to enable image stabilization, for example the image plane of the objective on the sensor surface of the corresponding detector of the optical arrangement.
  • adjustment paths of the relative movement which are in the range of several tens of ⁇ or several ⁇ , may be desirable for corresponding applications.
  • the at least one interface is arranged to allow the relative movement with an adjustment of not less than 500 ⁇ , preferably not less than 250 ⁇ , more preferably not less than 100 ⁇ .
  • the adjustment can one
  • the adjustment can correspond to the maximum adjustment of the light path.
  • the optical assembly may include one or more motors.
  • the at least one motor can thus serve as a drive means for the relative movement.
  • motors include piezoelectric motors;
  • the optical device for each of the at least one interface could include an associated motor. It would also be possible for the optical device to comprise an associated motor for each stack section. It would also be possible for a motor to be used for more than one interface.
  • the optical assembly could include a single motor that implements the relative motions for all existing interfaces. This can allow a particularly space-saving implementation.
  • the relative movement can be implemented along different degrees of freedom.
  • the at least one interface could be configured to handle the relative
  • the at least one interface can be set up to allow axial and / or lateral relative movement.
  • the optical arrangement could comprise an aperture stop arranged in the main optical path.
  • the aperture stop could be located adjacent to an outer prism of the stack structure.
  • the at least one interface it would be possible for the at least one interface to be arranged to allow relative movement perpendicular to the aperture plane of the aperture stop. For example, for a
  • the at least one motor is arranged to effect the relative movement parallel to the main path and / or perpendicular to the main path.
  • the optical assembly could include a computing unit connected to the at least one motor and configured to control the at least one motor.
  • the control can be implemented, for example, as a function of a received control signal.
  • the motor could be controlled by the arithmetic unit to focus one through the
  • Beam path of light along the main path and the side paths defined image plane can be controlled on sensor surfaces of detectors of the optical arrangement. Then, for example, it would be possible for the control signal to indicate a distance between a lens which achieves imaging onto the image plane and an object to be imaged. It would alternatively or additionally also be possible for the control signal to have an edge contrast in one
  • Focusing can be made. It would alternatively or additionally also be possible for the control signal to indicate a type of the objective used. It would alternatively or additionally also be possible for the control signal to indicate a focal length of the objective.
  • control signal may be indicative of acceleration of the optical arrangement.
  • 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 having a triangle as a base.
  • the first surface and the second surface may not be parallel to each other, i. include a prism angle with each other.
  • the prism may have a glass body defining the first surface and the second surface.
  • the glass body may also define other surfaces, such as an outer surface.
  • the outer surface may be perpendicular to the respective optical subpath so that no or no significant deflection of the light occurs along the subpath on the outer surface.
  • each prism on the first face of the respective prism may undergo total reflection.
  • the prisms of the stack structure may be peasant enemy prisms.
  • the Bauernfeind prism can achieve a deflection of the optical subpath from the main optical path in the range of 45 ° to 60 °.
  • the Bauernfeind prism selects light through a partial reflection and a total reflection.
  • By suitable choice of 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. For example, it would be possible for the optical assembly to further include a wedge.
  • the wedge may have a first surface and a second surface.
  • the wedge may be located in the main path adjacent 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.
  • 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.
  • an identical shape of the various prisms of the stack structure may be promoted by the presence of the wedge adjacent the outer prism.
  • 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. It is possible that the main optical path and the optical subpaths within the stacking structure all lie in one plane. This means that a rotation of the channels can be avoided. It may thus be possible to ensure a particularly simple arrangement of detectors and / or light sources within the various channels.
  • the installation space of the optical arrangement can be reduced.
  • each prism of the stack structure may further include an outer surface.
  • the outer 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
  • Stacking structure comprise a arranged in the respective optical sub-path adjacent to the outer surface of the corresponding prism optical disk.
  • the optical disk may have a first surface and a second surface parallel to one another and still parallel to corresponding outer surface are arranged, have.
  • different prisms may have different thickness optical disks.
  • different thicknesses of the optical disks can ensure that light associated with different channels of the optical assembly will each pass the same glass path. At the same time can be ensured by the provision of the optical disks as identical as possible construction of the various prisms.
  • the optical arrangement may, for example, continue for at least one prism of the
  • Stacking structure comprise a further optical wedge having a first surface and a second surface disposed in the corresponding optical sub-path adjacent to the outer surface of the corresponding prism.
  • 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 outer surface.
  • a filter can be arranged on the second surface of the optical wedge. Partial reflection may take place on the second surface of the further optical wedge.
  • the outer surfaces of second nearest-adjacent prisms of the stack structure may be parallel to one another.
  • the parallel outer surfaces may be staggered, e.g. parallel to the respective optical secondary paths.
  • a particularly efficient arrangement of detectors and / or light sources in the various channels can be achieved.
  • 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 which allows light to selectively pass with certain colors of the spectrum.
  • the filter could also be spectrally-insensitive, ie affect all spectral regions equally; 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 sub-paths of prisms of the stack structure belonging to the same stack section of the stack structure may be at least overlapping
  • Spectral ranges are associated. Such overlapping spectral ranges can be achieved, for example, by using corresponding filters which perform appropriate partial reflection with respect to the spectral range.
  • By associating at least overlapping spectral regions with the prisms of the stack structure, which belong to the same stack section of the stack structure it can be achieved that the focusing takes place particularly precisely on the sensor surfaces of the corresponding detectors.
  • a chromatic aberration i. a wavelength-specific focal length
  • the optical branch paths of prisms of the stack structure which belong to different stack sections in the stack structure, to be associated with different spectral ranges. Then the wavelength-dependent focal length can be adjusted by appropriate
  • the optical arrangement comprises at least one channel for each prism of the stack structure.
  • Each channel may, for example, comprise a light source and / or a detector.
  • the light source and / or the detector can be arranged in the corresponding optical secondary path outside the stack structure.
  • the light source and / or the detector can be rigidly coupled to the respective prism.
  • the detectors / light sources to be fastened directly to a corresponding outer surface of the respective prism, for example glued by an optical kit.
  • a rigid coupling between the detector / light source and the prism may also be implemented across multiple devices;
  • the detector may be rigidly coupled to the corresponding prism via an optical disk positioned therebetween and / or an optical wedge positioned therebetween.
  • a particularly space-efficient implementation of the optical arrangement can be made.
  • a relative movement of the detector opposite be dispensed with the corresponding prism, if the focusing and / or the movement stabilization by the relative movement of the various stack sections of the stack structure to each other at the at least one interface.
  • 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.
  • the light source may emit monochromatic light or light in a particular 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 a light source is e.g. a digital micromirror device (DMD). It can too
  • Microoptoelectromechanical systems (English, microoptoelectromechanical systems, MOEMS) are used as the light source.
  • 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;
  • Arrangement comprise at least five channels, for example, seven channels.
  • the channels may include detectors each having a sensor area.
  • the sensor area of the detectors of second nearest-adjacent prisms of the stack structure may be parallel to each other.
  • each sensor area may comprise a multi-pixel pixel matrix.
  • the sensor surface may be formed by a CMOS sensor or a CCD sensor.
  • Parallel sensor surfaces can ensure a particularly simple relative arrangement of the various detectors to one another.
  • the various detectors can be mounted on a common carrier. It is also possible that the optical
  • Arrangement comprises a positioning mechanism.
  • the positioning mechanism may, for example, be set up to detect the sensor surfaces of the detectors of second nearest-adjacent prisms, ie parallel sensor surfaces, coupled to position. For example, a particularly simple focusing can take place.
  • the positioning mechanism can, for example, achieve an adjustment of the mutually parallel sensor surfaces by equal amounts along the various optical secondary paths.
  • the positioning mechanism that positions two parallel sensor surfaces may have only a single motor that is used to position both sensor surfaces.
  • the sensor areas of two of the detectors may be offset perpendicular to the corresponding optical sub-path by a distance that is less than the dimension of a pixel of the sensor areas.
  • an optical arrangement as described above for focusing an image plane of an objective on a sensor surface of a detector of the optical arrangement is used.
  • an optical arrangement as described above is used for image stabilization of an image plane of an objective on a sensor surface of a detector of the optical arrangement.
  • a lens mount for a lens of a camera includes a stacked structure.
  • the stack structure includes at least three prisms, each having a first surface and an opposing second surface.
  • the lens mount also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • Lens terminal also includes, for each of the prisms of the stack structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is connected to the main path by partial reflection of light at the second surface of the corresponding prism.
  • the lens mount also includes at least one interface. Each of the at least one interface is disposed between a corresponding first stack portion of the stack structure and a corresponding second stack portion of the stack structure. Each of the at least one interface is configured to facilitate relative movement of the corresponding first stacking portion and the corresponding second stacking portion relative to one another.
  • the at least one interface is configured to allow relative movement parallel to an optical path of light between the objective and an image plane of the objective. Thus, focusing the image plane on a sensor surface of a
  • corresponding detector can be achieved by the light path between the lens and the detector is varied.
  • the lens mount may be the optical arrangement as above
  • an optical arrangement comprises a stacked structure.
  • Stack structure includes at least three mirrors. Each of the at least three mirrors has a partially reflecting surface.
  • the optical assembly also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the mirrors of the stacked structure, an optical sub-path connected to the main path by partial reflection of light at the surface of the corresponding mirror.
  • the optical arrangement also comprises at least one interface. Each of the at least one
  • Interface is arranged between a corresponding first stack section of the stack structure and a corresponding second stack section of the stack structure.
  • Each of the at least one interface is configured to facilitate relative movement of the corresponding first stacking portion and the corresponding second stacking portion relative to one another.
  • a lens mount for a camera comprises a stack structure comprising at least four prisms. Each of the at least four prisms has a first surface and an opposite second surface, respectively.
  • the lens mount also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the objective terminal includes, for each of the prisms of the stacked structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and which is partially reflected by light at the second surface of the corresponding prism connected to the main optical path and undergoes total reflection at the first surface of the corresponding prism , It is possible that all adjacent faces of juxtaposed prisms of the stack structure are parallel to one another.
  • the lens mount may be the optical arrangement for another
  • an optical arrangement comprises a stacked structure.
  • the stack structure comprises at least three prisms. Each of the prisms has a first surface and an opposite second surface.
  • the optical assembly also includes a main optical path that passes through the stack structure.
  • the optical assembly also includes, for each of the prisms of the stack structure, an optical sub-path which passes through the corresponding prism and is partially reflected by light at the second surface of the corresponding prism connected to the main optical path and undergoes total reflection at the first surface of the corresponding prism ,
  • the optical assembly also includes a wedge having a first surface and a second surface. The wedge is disposed in the main optical path adjacent to the first surface of an outer prism of the stack structure. The second surface of the wedge is disposed parallel to the first surface of the outer prism. All adjacent surfaces of adjacent prisms of the stack structure are parallel to each other.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 8 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism includes an interface separating a first stack portion from a second stack portion.
  • FIG. 9 illustrates the multipath prism of FIG. 8 after relative movement of the first
  • FIG. 10 illustrates a multipath prism according to various embodiments including two interfaces and three stack sections.
  • FIG. Fig. 1 1 schematically illustrates a multipath prism according to various embodiments comprising two interfaces, three stack sections, and two motors for driving relative movement between the various stack sections.
  • FIG. 12 schematically illustrates a multipath prism according to various embodiments, including two interfaces and a motor for driving relative movement between the various stacking sections.
  • FIG. 13 schematically illustrates a computing unit for controlling motors for driving relative movement between different stacking sections of a multi-path prism.
  • FIG. 14 illustrates a multipath prism according to various embodiments, wherein the multipath prism includes an interface separating a first stack portion from a second stack portion.
  • 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.
  • the multipath prisms described herein include four channels, five channels, six channels, seven channels, or more channels. The ones described herein
  • Multi-path prisms include a stack structure that includes multiple prisms.
  • the stack structure may include three or more prisms.
  • An exemplary application is a lighting / projection device.
  • the combination of information from four, five or more different channels with associated light sources - for example light sources with different spectra or displays, MOEMS or DMDs - can be implemented.
  • Light sources of different channels are generated.
  • 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
  • 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 may be used for autofocus technology, imaging with different light sensitivities, spectral measurements, or polarization measurements.
  • the multiway prism includes a stack structure that is divided into multiple stack sections. Two adjacent stack sections can each be separated from each other by an interface, so that these stack sections are movable relative to one another.
  • the interface ensures the relative movement.
  • Movement of different stack sections to each other may influence and adapt the main optical path and / or the optical subpaths associated with the various prisms. This can benefit the various applications as described above. For example, focusing and / or image stabilization may be possible for the various optical applications described above.
  • One way to adjust the optical paths is to shift the optical subpaths relative to the corresponding prisms. This allows the image stabilization to be enabled.
  • Another way to adjust the optical sub-paths is to shorten or lengthen the light path to the detector 281. As a result, the focus can be achieved.
  • 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.
  • 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.
  • 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 exemplified for two positions along the boundary between the prisms 221, 222.
  • the transition has no dependence on the position along the boundary between the prisms 221, 222. It is therefore possible that the surfaces 261, 262 are uniform.
  • an air gap 965 is present between the surfaces 261, 262, an air gap 965 is present.
  • the air gap 965 is shown in the example of FIG. 2 formed between the filter 266 and the surface 261.
  • the air gap 965 causes total reflection at the surface 261 due to the sufficiently large angles of incidence of the light partially reflected by the surface 262.
  • angle of incidence is defined as the angle to the normal to the surface.
  • transitions between different optical media - for example, in FIG. 2 air and glass - are formed along the optical main path 250 within the stack structure 201 only by the surfaces of the prisms 221-224 of the stack structure 201.
  • Other optical elements such as e.g. Wedges or plates are in the example of FIG. 2 within the stack structure 201 does not exist.
  • the various prisms 221-224 of the stack structure 201 may be rigidly coupled together.
  • the different prisms 221 -224 are glued together or otherwise fixed to each other.
  • the stack structure 201 comprises for each prism a filter 266 which is parallel to the
  • the corresponding second surface 262 is arranged.
  • 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.
  • This can be trained Bauernfeind prisms.
  • 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 have the geometry of the
  • Incidence angle of the optical sub-paths 251 -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
  • FIG. 2 illustrates another exemplary multipath prism 200. Also in the multipath prism 200 according to the example of FIG.
  • 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. As a result, the solid angle, from which light can be focused on sensor surfaces of the detectors 280 of the various channels 21 1 -215, is increased.
  • the optical assembly 200 further includes optical plates 332, 333 disposed adjacent to outer 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
  • FIG. 3 further illustrates aspects with respect to another optical wedge 334 having a first surface 334A and a second surface 334B that enclose a wedge angle with each other.
  • the further optical wedge 334 also acts as a prism, partial reflection 272 only occurring on the second surface 334B; Total reflection of the thus generated optical subpath 254 within the wedge 334 does not occur.
  • the further optical wedge 334 does not constitute a peasant enemy prism.
  • the first surface 334A of the further optical wedge 334 is parallel to the second surface 262 of the prism 223; For example, an air gap could again be provided (not shown in FIG. 3).
  • Another optical wedge 335 is disposed behind the further optical wedge 334.
  • the further optical wedges 334, 335 define two further channels 214, 215.
  • the multipath prism according to the example of FIG. 3 three prisms 221 -223 and five channels 21 1 -215.
  • FIG. 4 illustrates aspects relating to the optical path of light 110 through the optical arrangement 200 of FIG. 3 of FIG. 4 it can be seen that light 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 beam path 1 defines 10 image planes for the different channels 21 1 -215.
  • the image plane is focused on the sensor surfaces of the respective detectors 281.
  • the beam path 1 10 runs convergent to the
  • the beam path 110 can be influenced, for example, by a lens which is arranged in front of the wedge 331 or in front of the stack structure 201 (not shown in FIG. 4).
  • the various prisms of the stack structure 201 are again not movable relative to each other.
  • positioning mechanisms (not shown in FIG. 4) may be provided which detect the detectors 280 in each case opposite the outer surfaces 265 of the prisms 221, 222, 223 in such a way that the light path within of the multipath prism 200 to vary.
  • FIG. 5 illustrates another exemplary multipath prism 200.
  • the prisms 221-224 of the multipath prism 200 are rigidly interconnected and can not be moved relative to one another.
  • 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. It is parallel to the
  • a second surface 336B of the other optical wedge 336 partial reflection of light of the optical sub-path 251 takes place, whereby the optical sub-paths 251 -1, 251 -2 are generated.
  • Such other optical wedges 336, 337 may be used in the various examples described herein to increase the number of channels per prism 221-224 of the stack structure 201.
  • second nearest-neighbor prisms 221-224 have parallel outer surfaces 265.
  • the first surface 336 A of the other optical wedge 336 is arranged parallel to the outer surface 265 of the prism 221.
  • a second surface 336B of the other optical wedge 336 partial reflection of light of the optical sub-path 251 takes place, whereby the optical sub-paths 251 -1, 251 -2 are generated.
  • Such other optical wedges 336, 337 may be used in the various
  • outside surface 265 prism 221 parallel to the outer surface 265 of the prism 223 (see FIG 3-5). Furthermore, in the example of FIG. 5, the outer surface 265 of the prism 222 is parallel to the outer surface 265 of the prism 224. Because the outer surface 265 of the various prisms 221-224 are disposed parallel to each other, it is possible that the detectors 280 and light sources, respectively (not shown in FIGS. 3-5) ) are also arranged parallel to each other.
  • the sensor surfaces of the detectors 280 of second nearest-adjacent prisms may be arranged parallel to one another. It may then be possible by means of a positioning mechanism to position such mutually parallel detectors 280 in a coupled manner.
  • the positioning mechanism may vary a distance between the respective detector 280 and the corresponding outer surface 265. For this purpose, it may be provided that the respective detector 280 is not rigid with the corresponding one
  • Outer surface 265 is connected. 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. 5, the sensor areas 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 areas. By combining the sensor data from these
  • Detectors 280 can then be provided an image with increased resolution. A sub-pixel overlay is possible.
  • 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 camera may also include a camera body disposed to the right of the lens mount 603 (not shown in FIG. 6).
  • Lens port 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. From FIG. 6, 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 lens 601 and the lens mount 603.
  • the camera may, in turn, include a camera body disposed to the right of the lens mount 603 (not shown in FIG. 7).
  • the objective 601 may be e.g. a zoom lens that provides different focal lengths.
  • the lens mount 603 includes a
  • Multi-path prism according to various examples disclosed herein with five channels 21 1 -215. Due to the comparatively small installation space required by the multipath prism 200, it is possible to provide all five channels 21 1 -215 in the objective port 603. This is the case in particular in connection with a so-called B4 objective connection.
  • the B4 lens mount defines mechanical and optical properties.
  • the standard for TV cameras known as "B4" lens attachment is defined in the following document: "BTA S-1005B" "Interconnection for HDTV Studio Equipment” of ARIB "Association of Radio Industries and Businesses” / Japan.
  • a prism block between the lens and the image sensors must have the following properties:
  • 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 of interest are, for example, the identification of advertising bands in sports broadcasts. Based on a coding of the advertising bands in the infrared spectral range, these can be detected in the digital post-processing and the corresponding pixels can be modified. For example, such a user-specific adaptation can take place.
  • Another exemplary implementation for coding areas of light in the infrared spectral range involves the separation of foreground and background; for example, pixels in the Area of the background to be replaced digitally. Such techniques are known, for example, as Supponer methods. Such applications can be performed with a lens mount according to FIG. 7 are implemented. While in the example, integration of the multipath prism 200 into the lens
  • Terminal 603 the beam splitting functionality of the multipath prism 200 could be integrated directly into a camera body of the camera in other examples.
  • the multipath prism 200 it may be desirable in various examples to completely or at least partially dispense with the positioning mechanism used in the area of the detectors 280.
  • the positioning mechanism used in the area of the detectors 280 For example, to enable focusing with respect to the sensor surfaces of the detectors 280, such as with different lenses 601 and / or zoom lenses 601, it may be desirable to track the path that light travels through the multipath prism 200 (Light path), otherwise modify. In particular, it may be desirable to adjust the light path specifically for the different channels 21 1 -215.
  • FIG. Figure 8 illustrates aspects relating to the adjustment of the optical path by the optical
  • FIG. 8 illustrates a multipath prism 200, which basically includes the in
  • multipath prisms 200 corresponds.
  • Embodiment of the prisms 221 -223, etc. also for the multi-path prism 200 of FIG. 8 are applied
  • the stacking structure 201 includes two stacking sections 701, 702.
  • the stacking section 701 includes the prisms 221, 222 and the wedge 331; of the
  • Stack section 702 includes prism 223 and wedges 334, 335.
  • the prism 221 is rigid with the prism 222 and the wedge 331 coupled.
  • the prism 223 is rigidly coupled to the wedges 334, 335.
  • the two stack sections 701, 702 are separated by an interface 705.
  • the two stack sections 701, 702 are movable relative to each other; in FIG. 8, the direction of relative movement 770 is indicated.
  • the interface 705 does not implement a rigid coupling between the adjacently arranged prisms 222, 233. Rather, the interface 705 includes an air gap 715 between two of the interface 705 associated wedges 71 1, 712th
  • the wedge 71 1 and the wedge 712 each have a first surface 781 and a second surface 782. From FIG. 8, it can be seen that the first surface 781 of the wedge 71 1 is parallel to the second surface 762 of the adjacent prism 222. In addition, the second surface 782 of the wedge 712 is parallel to the first surface 261 of the adjacent prism 223. The second surface 782 of the wedge 71 1 is also parallel to the first surface 781 of the wedge 712, with the air gap between these surfaces 781, 782 715 extends. In particular, the second surface 782 of the wedge 71 1 and the first surface 781 of the wedge 712 are each perpendicular to the main optical path 250. This avoids partial reflection of light occurring at the interfaces between the wedges 71 1, 712 and the air gap 715 ,
  • the detector 280 of the channel 21 1 is rigidly coupled to the prism 221 of the corresponding subpath 251.
  • the detector 280 is bonded by optical kit to the outer surface 265 of the prism 221.
  • the detector 280 of the channel 212 Due to the direct bonding of the detectors 280 with the prisms 221, 222, a particularly positionally stable attachment of the detectors 280 can take place. For example, if the detectors 280 need to be cooled for high sensitivity in the range of the infrared spectral range, no dewing may occur in the area of the protective glass of the detector 280 and / or in the area of the outer surface 265 due to the direct bonding.
  • FIG. 9 illustrates aspects relating to the adjustment of the light path.
  • FIG. 9 illustrates the multipath prism 200 of FIG. 8 in another state, which is enabled by the relative movement 770 of the stacking portion 701 and the stacking portion 702 to each other.
  • the stacking portion 701 has been moved leftward relative to the stacking portion 702 by a certain distance 706 (see FIGS. 8 and 9).
  • the stack section 702 has remained stationary.
  • the light path for the channels 21 1 and 212 has been shortened by the corresponding distance 707. In this way, focusing of an image plane 285 defined by the beam path 110 (not shown in FIG.
  • Sensor surface 281 of the detectors 280 of the channels 221, 212 done.
  • the detectors 280 of the channels 21 1, 212 may be unnecessary in such an example, for the detectors 280 of the channels 21 1, 212 to provide a positioning mechanism that the respective detector 280 with respect to the
  • Outer surface 265 of the respective prism 221, 222 moves.
  • the detectors 280 of the channels 21 1, 212 can be fixedly coupled to the respective prism 221, 222. This can allow a particularly space-efficient implementation.
  • the complexity of the mechanics used in the area of the outer surfaces 265 can be greatly reduced, for example compared to an implementation based on a positioning mechanism. While in the example of FIG. 9 a shortening of the light path has been shown, it would alternatively or additionally also be possible by appropriate dimensioning of the relative
  • Focusing is also possible for the stacking section 702.
  • an adjustment path i. a maximum change in the position of the first stacked structure 701 relative to the second stacked structure 702, which is not less than 500 ⁇ m, preferably not less than 250 ⁇ m, particularly preferably not less than 100 ⁇ m, is made possible.
  • the stacking sections 701, 702 each comprise two prisms 221 - 223. In general, it would be possible for the various stack sections 701, 702 to comprise a greater or lesser number of prisms. in the
  • each stacking section 701, 702 it would be possible for each stacking section 701, 702 to be a single one
  • Prisma includes. It is thus possible to achieve a particularly efficient adaptation of the light path in Make reference to each channel individually; On the other hand, however, a larger
  • the stacking section 701 comprises the two prisms 221, 222.
  • the outer surfaces 265 of the prisms 221, 222 are substantially away from each other or oriented in different directions. This means that opposite channels belong to a common stacking section 701. In particular, close the
  • the corresponding detectors 280 can be connected to the stack structure 201 with a particularly small installation space.
  • Focusing for the two detectors 280 of the channels 21 1, 212 made similar.
  • the prisms of this type may be assigned to a stack section which includes optical sub-paths with identical spectral ranges.
  • a dependence of the focal length on the wavelength of the light, that is, the chromatic aberration, with respect to the focusing for the channels 21 1, 212 can be considered equally accurately.
  • the optical path 253 of the prism 223 of the stack portion 702 it would then be possible for the optical path 253 of the prism 223 of the stack portion 702 to be associated with a different spectral range, such as the subpaths 251, 252.
  • the interface 705 is configured to set the relative
  • Movement 770 will be enabled.
  • the relative motion could alternatively or additionally be implemented perpendicular to the main optical path 250 (ie directed up and down in the example of FIGS. 8 and 9 and / or directed to the plane of the drawing and out of the plane of the drawing).
  • the relative motion could alternatively or additionally be implemented perpendicular to the main optical path 250 (ie directed up and down in the example of FIGS. 8 and 9 and / or directed to the plane of the drawing and out of the plane of the drawing).
  • a relative motion could alternatively or additionally be implemented perpendicular to the main optical path 250 (ie directed up and down in the example of FIGS. 8 and 9 and / or directed to the plane of the drawing and out of the plane of the drawing).
  • the stacking structure 201 comprises the two stacking sections 701, 702. In other examples, it would also be possible for the stacking structure 201 to comprise a larger number of stacking sections or to comprise more than one interface between stacking sections. Such an example is shown in FIG. 10 is shown.
  • FIG. Fig. 10 illustrates aspects relating to a multipath prism 200 which includes more than two, namely three stack sections 701-703.
  • the multipath prism 200 of the example of FIG. 10 three stack sections 701 -703, each by two
  • the stack section 701 comprises the rigidly coupled prisms 221, 222;
  • the stacking section 702 includes the rigidly coupled prisms 223, 224, and the stacking section 703 includes the prism 225.
  • FIG. 10 is a schematic, simplified view of the multipath prism 200.
  • all prisms 221-225 are identically shaped, i. have the same
  • the multipath prism 200 of FIG. 10 e.g. further optical elements, such as the wedge 331 etc. include.
  • the multipath prism 200 according to FIG. 10 further techniques are implemented as described above with respect to the examples of FIGS. 2 - 5 and 8 - 9 have been described.
  • FIG. 1 1 illustrates aspects relating to driving the relative motion 770 through two motors 801, 802. From FIG. 1 1, it can be seen that each one motor 801, 802 is associated with a single interface 705-1, 705-2. In this way it can be achieved that the stacking section
  • each stack section 701-703 it would also be possible, for example, for each stack section 701-703 to be assigned its own motor.
  • FIG. 12 illustrates aspects related to driving the relative motion 770 through a single motor 801. From FIG. 12, it can be seen that the motor 801 is connected to both interfaces 705- 1, 705-2 is assigned. This allows a particularly space-efficient implementation can be achieved.
  • Such motors 801, 802 as described above with reference to FIGS. 1 1 and 12 may be configured to effect relative movement 770 parallel to the main path 250 and / or perpendicular to the main path 250.
  • FIG. 13 illustrates aspects relating to controlling one or more motors 801, 802 based on a control signal 860 output to the one or more motors 801, 802.
  • the control signal 860 is generated by a computing unit 810, for example a processor.
  • the processor 810 receives one or more control signals 851-854.
  • the control signal 851 indicates edge sharpness present in an image detected by a detector 280.
  • the edge acuity can be used to focus on the corresponding sensor area 281 of the detector 280. It would alternatively or additionally also possible that
  • control signal 852 indicates a distance to an object which is imaged by a detector 280. For example, that could
  • Control signal 852 are obtained by a transit time measurement method.
  • the control signal 854 indicates a zoom factor of the lens 601. Based on one or more of the
  • Control signals 851, 852, 854 can focus the image plane defined by the beam path 1 10 on the sensor surface 281 of the respective detectors 280 by suitable control of the at least one motor 801, 802 by the arithmetic unit 810. It would alternatively or additionally also be possible to use the control signal 853.
  • the control signal 853 is indicative of acceleration of the multipath prism 200. Thus, for example, an application of motion stabilization may be made.
  • FIG. 14 illustrates aspects relating to a multi-path prism 200 that includes a stack structure 201 that includes two stack sections 701, 702.
  • the two stack sections 701, 702 are movable along an interface 705 relative to each other.
  • the relative movement 770 is oriented perpendicular to the main optical path 250.
  • the stacking section 702 has been moved by the distance 706 opposite the stacking section 701 perpendicular to the main path 750. Therefore, the sub-path 253 moves away from the center of the sensitive area 281 of the detector 280 of the channel 213 (compare FIGS. 8 and 13). The same applies to the detectors 280 (not shown in FIG. 14 for reasons of clarity) of the channels 214, 215.
  • the stack structure includes five or more prisms.
  • a positioning mechanism associated with the respective detector may be used.
  • the positioning mechanics for example, vary a distance between the respective detector and an outer surface of a prism associated with the respective subpath.
  • a particularly accurate and channel-specific focusing can take place.
  • the space required for the positioning mechanism can be comparatively large, so that the size of the used
  • Detectors must be reduced. This can lead to an increased complexity of the detectors used. For example, the wiring of the detectors used can be integrated comparatively complex. It may happen that a corresponding cooling of the detectors is necessary, for example in infrared applications; This can further reduce the space required, so that the positioning mechanism can only be implemented by complex geometries. It can also be used in such techniques too
  • Inaccuracies in the positioning of the sensor surface of the detectors used come in terms of the respective side paths. For example, there may be a shift and / or an offset of the sensor surfaces with respect to the secondary paths or the
  • corresponding prisms come in terms of which image plane is an offset in terms of the
  • this can be an interface between the first and second
  • Stacking sections are used in a stack structure with at least three prisms.
  • the interface may allow relative movement of the first and second stack sections relative to one another.
  • the light path can be varied with respect to the side paths associated with the different prisms. Therefore, it is unnecessary in such an example to arrange positioning mechanism in the area of the detectors; Rather, the positioning can be done by a suitable motor, which is arranged elsewhere in relation to the stack structure.
  • the space-critical area near the outer surfaces of the prisms of the stack structure must therefore have no positioning mechanism.
  • 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 wedge may allow the spacing between adjacent channels to increase so that detectors and / or light sources having larger housings may be used.
  • the techniques described herein can be used in a variety of fields of application.
  • the multipath prisms described herein can be used for lens connections that meet the B4 standard.
  • 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. Correlated focussing and / or image stabilization may also be implemented with respect to light sources by the techniques described herein. Another exemplary application would be the division of the main path into several subpaths, each associated with an eyepiece.
  • the stack structure comprises prisms which enable splitting of the main path into a plurality of subpaths.
  • the various mirrors may have a partially reflective surface which connects the respective associated optical secondary path with the main optical path.
  • the relative movement can then over a appropriate interface between adjacent mirrors of the stack structure can be implemented.
  • the various mirrors may each comprise a filter, as described above, which filters the reflected light for the spectral range or other optical properties, such as polarization, etc.

Landscapes

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Abstract

Eine optische Anordnung (200) umfasst eine Stapelstruktur (201), die mindestens drei Prismen (221-223) umfasst. Die optische Anordnung (200) umfasst einen optischen Hauptpfad (250) und jeweils für jedes der Prismen (221-223) einen optischen Nebenpfad (251-253). Die optische Anordnung (200) umfasst auch mindestens eine Schnittstelle (705), wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705) zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt (701) der Stapelstruktur (201) und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt (702) der Stapelstruktur (201) angeordnet ist und wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705) eingerichtet ist, um relative Bewegung (770) des entsprechenden ersten Stapelabschnitts (701) und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts (702) zueinander zu ermöglichen.

Description

Beschreibung
MEHRWEGE-PRISMA
TECHNISCHES GEBIET Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine optische Anordnung, die eine Stapelstruktur mit mindestens drei Prismen umfasst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen einen entsprechenden Objektivanschluss für eine Kamera.
HINTERGRUND
Optische Anordnungen mit mehreren Prismen (Mehrwege-Prismen) werden dazu verwendet, um Licht in mehrere Kanäle aufzuspalten oder zu vereinigen. Dabei kann die Aufspaltung bzw. Vereinigung des Lichts zum Beispiel hinsichtlich des Spektralbereichs des Lichts geschehen. FIG. 1 illustriert eine optische Anordnung 100, die aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Diese optische Anordnung 100 implementiert eine Mehrwege-Prisma. Das Mehrwege-Prisma 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.
Das Mehrwege-Prisma 100 kann Aufspaltung von einfallendem Licht 1 10 bewirken (in FIG. 1 dargestellt). In einem solchen Szenario können die verschiedenen Kanäle 1 1 1 -1 15 jeweils einen Detektor aufweisen, der eingerichtet ist, um ein Bild zu erfassen. Es kann erforderlich sein, eine Fokussierung in Bezug auf eine Bildebene eines vorgeschalteten Objektivs (in FIG. 1 nicht dargestellt) auf eine Sensorfläche des jeweiligen Detektors vorzunehmen. Dabei wird typischerweise der Abstand des Detektors von einer Außenfläche des jeweiligen Prismas 121 -
124 (in FIG. 1 durch die Pfeile gekennzeichnet) variiert. Es ist aber auch möglich, das
Mehrwege-Prisma 100 zur Vereinigung von Licht zu betreiben. Es ist entsprechend bekannt, den verschiedenen Kanälen 1 1 1 -1 15 jeweils eine Lichtquelle zuzuordnen. Dann kann es erstrebenswert sein, eine Fokussierung der Lichtquellen auf eine Bildebene außerhalb des Mehrwege-Prismas vorzunehmen; dies kann wiederum durch Variation des Abstands der Lichtquelle von der Austritts- bzw. Eintrittsfläche des jeweiligen Prismas 121 -124 geschehen. In solchen Fällen wird jeweils der Lichtweg verändert, um die Fokussierung zu erreichen.
Jedoch kann eine solche Bewegung zur Variation des Abstands zwischen dem Detektor / der Lichtquelle und der Außenfläche des jeweiligen Prismas 121 -124 vergleichsweise komplexe konstruktive Maßnahmen erfordern. Auch kann es möglich sein, dass eine solche Bewegung des Detektors / der Lichtquelle z.B. einen Motor erfordert, der signifikanten Bauraum in
Anspruch nimmt.
ZUSAMMENFASSUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte optische Anordnungen, welche mehrere Prismen zur Aufspaltung oder Vereinigung von Licht aufweisen. Insbesondere besteht ein Bedarf für optische Anordnungen, die zumindest einige der oben genannten Einschränkungen oder Nachteile beheben.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine optische Anordnung eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens drei Prismen. Jedes der mindestens drei Prismen weist eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche auf. Die optische Anordnung umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Die optische Anordnung umfasst auch, jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur: einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prismas mit dem Hauptpfad verbunden ist. Die optische Anordnung umfasst auch mindestens eine Schnittstelle. Jede der mindestens einen Schnittstelle ist zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt der Stapelstruktur und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt der Stapelstruktur angeordnet. Jede der mindestens einen Schnittstelle ist eingerichtet, um relative Bewegung des entsprechenden ersten
Stapelabschnitts und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts zueinander zu ermöglichen. Eine solche optische Anordnung kann also ein Mehrwege-Prisma implementieren, da mehrere Nebenpfade für Licht definiert sind. Insbesondere kann eine solche optische Anordnung ein Mehrwege-Prisma implementieren, bei dem die verschiedenen Prismen der Stapelstruktur relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Durch eine solche relative Bewegung kann beispielsweise eine Anpassung zumindest eines der optischen Nebenpfade in Bezug auf gewünschte optische Eigenschaften erfolgen; z.B. kann eine Fokussierung und/oder eine Bildstabilisierung für diverse optische Anwendungen des Mehrwege-Prismas möglich werden. Insbesondere kann es mittels solcher Techniken möglich sein, den Lichtweg innerhalb der optischen Anordnung zu verändern: z.B. kann der Lichtweg verkürzt oder verlängert werden. Es kann auch möglich sein, die Lage der optischen Nebenpfade in Bezug auf das jeweilige Prisma zu verändern.
Mögliche optische Anwendungen für ein solches Mehrwege-Prisma umfassen z.B.: Strahlteilung für einfallendes Licht in verschiedene Kanäle, wobei verschiedene Kanäle einen Detektor und/oder ein Okular aufweisen; und Strahlvereinigung für ausfallende Licht aus verschiedenen Kanälen, wobei verschiedene Kanäle eine Lichtquelle, beispielsweise eine Halogenlichtquelle, eine Leuchtdiode, einen Laser, etc., aufweisen.
Die Stapelstruktur kann zum Beispiel durch Aufeinanderstapeln der verschiedenen Prismen erhalten werden. Benachbarte Prismen, zumindest innerhalb eines Stapelabschnitts, können aneinander angrenzen, d.h. ohne weitere, zwischengeschobene optische Bauteile aus Glas nebeneinander angeordnet sein. Zum Beispiel kann zwischen benachbarten Prismen der
Stapelstruktur ein Luftspalt und/oder ein Filter angeordnet sein. Luft innerhalb des Luftspalt und Glas der verschiedenen Prismen können derart unterschiedliche optische Medien, d.h. Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, definieren. Weitere optische Bauteile aus Glas, die den Lichtweg durch die Stapelstruktur beeinflussen, können zwischen benachbarten Prismen, zumindest innerhalb eines Stapelabschnitts, nicht vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass es möglich ist, dass die Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien, zumindest innerhalb eines Stapelabschnitts, 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.
Beispielsweise ist es möglich, dass die verschiedenen Stapelabschnitte der Stapelstruktur jeweils ein einziges Prisma oder aber mehr als ein einziges Prisma umfassen. Zum Beispiel können die verschiedenen Stapelabschnitte der Stapelstruktur jeweils zwei oder drei oder mehr Prismen umfassen. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der erste Stapelabschnitt und/oder der zweite Stapelabschnitt von zumindest einer der mindestens einen Schnittstelle mindestens zwei starr miteinander gekoppelte Prismen umfasst. Innerhalb der verschiedenen Stapelabschnitte der Stapelstruktur ist es also möglich, dass benachbarte und aneinander angrenzende Prismen starr miteinander gekoppelt sind. Eine starre Kopplung kann erreicht werden, wenn eine relative Bewegung zwischen den starr gekoppelten Prismen nicht möglich ist oder nur eingeschränkt möglich ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass benachbarte und aneinander angrenzende Prismen innerhalb eines Stapelabschnitts zumindest an äußeren Flächen miteinander verklebt oder verschraubt oder anderweitig fest miteinander verbunden sind. Gleichzeitig kann es erstrebenswert sein, dass zwischen benachbarten und aneinander angrenzenden Prismen innerhalb eines Stapelabschnitts ein Luftspalt vorhanden ist, um beispielsweise Totalreflektion an der jeweiligen ersten Fläche eines Prismas zu fördern. Bei einer solchen starren Kopplung von aneinander angrenzenden Prismen eines Stapelabschnitts ist es möglich, den jeweiligen Stapelabschnitt als zusammenhängend zu bezeichnen. Sofern ein oder mehrere
Stapelabschnitte mehr als ein einziges Prisma umfassen, können z.B. die Lichtwege für mehrere optische Nebenpfade, die ein und demselben Stapelabschnitt zugeordnet sind, korreliert angepasst werden. Dadurch kann z.B. eine kombinierte Fokussierung und / oder Bildstabilisierung möglich werden. Dies kann eine besonders platzsparende Implementierung und/oder eine Implementierung mit geringer Komplexität ermöglichen.
In einem Beispiel ist es möglich, dass mindestens zwei starr miteinandergekoppelte Prismen eines Stapelabschnitts optische Nebenpfade im Bereich einer Außenfläche des jeweiligen Prismas aufweisen, die miteinander einen Winkel einschließen, der größer als 90° ist, bevorzugt >120° ist, besonders bevorzugt >150° ist. Dies kann also bedeuten, dass starr gekoppelte Prismen eines Stapelabschnitts gegenüberliegende und voneinander abgewendete
Außenflächen aufweisen. Dies kann es ermöglichen, einen Abstand zwischen entsprechenden, dem durch den jeweiligen Nebenpfad definierten Kanal zugeordnete Detektoren und/oder Lichtquellen besonders groß zu dimensionieren. Grundsätzlich ist es jedoch nicht erforderlich, dass alle oder auch nur einige Stapelabschnitte der Stapelstruktur mehr als ein Prisma umfassen. In einem Beispiel ist es möglich, dass der erste Stapelabschnitt und/oder der zweite Stapelabschnitt von zumindest einer der mindestens einen Schnittstelle nicht mehr als ein Prisma umfasst. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Anzahl der Prismen der Stapelstruktur der Anzahl der Schnittstellen entspricht, d.h. dass jeder Stapelabschnitt lediglich ein einziges Prisma umfasst. In einem solchen Beispiel kann eine besonders flexible Anpassung der verschiedenen optischen Nebenpfade möglich sein; insbesondere können unterschiedliche optische Nebenpfade individuell angepasst werden. Dadurch ist z.B. eine individuelle, Kanal-spezifische Fokussierung und / oder Bildstabilisierung möglich. Die mindestens eine Schnittstelle kann dann eingerichtet sein, um die relative Bewegung zu ermöglichen. Dazu kann die mindestens eine Schnittstelle verschiedene Elemente umfassen. Beispielsweise kann die mindestens eine Schnittstelle einen Luftspalt umfassen, welcher zwischen den benachbarten Prismen der angrenzenden ersten und zweiten Stapelabschnitte angeordnet ist. Je nach Positionierung bzw. in Abhängigkeit der relativen Bewegung kann der Luftspalt eine variierende Größe aufweisen. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass die mindestens eine Schnittstelle Führungsmittel umfasst, welche die Freiheitsgrade der relativen Bewegung begrenzen. Die Führungsmittel könnten zum Beispiel durch ein oder mehrere Führungsschienen, Führungsstifte, etc. ausgebildet sein. Insbesondere wäre es möglich, dass die Führungsmittel außerhalb eines Bereichs, der für den Strahlengang von Licht zugänglich ist, angeordnet sind; zum Beispiel können die Führungsmittel in einem Randbereich der äußeren Prismen der angrenzenden ersten und zweiten Stapelabschnitte angeordnet sein. Die Führungsmittel können auch einen oder mehrere Anschläge umfassen, die den Verstellweg der jeweiligen Stapelabschnitte zueinander begrenzt. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, dass die mindestens eine Schnittstelle ein oder mehrere optische Elemente umfasst. Zum Beispiel könnte die mindestens eine Schnittstelle ein oder mehrere Keile umfassen, so dass Teilreflektion von Licht, welches die Schnittstelle durchtritt, reduziert oder vermieden wird. Beispielsweise wäre es möglich, dass jede der mindestens einen Schnittstelle einen ersten Keil mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, sowie einen zweiten Keil mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche umfasst. Dann wäre es möglich, dass die erste Fläche des ersten Keils der Schnittstelle parallel zu der zweiten Fläche eines benachbarten Prismas des entsprechenden ersten Stapelabschnitts ist. Die zweite Fläche des ersten Keils der Schnittstelle kann parallel zu der ersten Fläche des zweiten Keils der Schnittstelle sein. Die zweite Fläche des zweiten Keils der Schnittstelle kann parallel zu der ersten Fläche eines benachbarten Prismas des entsprechenden zweiten
Stapelabschnitts sein. Zwischen der zweiten Fläche des ersten Keils der Schnittstelle und der ersten Fläche des zweiten Keils der Schnittstelle kann der Luftspalt angeordnet sein. Durch eine solche Anordnung kann die Teilreflektion von Licht an der Schnittstelle besonders gut reduziert werden. Die relative Bewegung kann zum Beispiel geeignet dimensioniert sein, um eine Fokussierung, beispielsweise einer Bildebene eines Objektivs auf eine Sensorfläche eines entsprechenden Detektors der optischen Anordnung, durch Anpassung des Lichtwegs zu ermöglichen.
Entsprechend wäre es möglich, dass die relative Bewegung geeignet dimensioniert ist, um eine Bildstabilisierung, beispielsweise der Bildebene des Objektivs auf der Sensorfläche des entsprechenden Detektors der optischen Anordnung, zu ermöglichen. Typischerweise können für entsprechende Anwendungen Verstellwege der relativen Bewegung erstrebenswert sein, die im Bereich von mehreren 10 μηη oder mehreren 100 μηη liegen. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die mindestens eine Schnittstelle eingerichtet ist, um die relative Bewegung mit einem Verstellweg von nicht weniger als 500 μηη zu ermöglichen, bevorzugt von nicht weniger als 250 μηη, besonders bevorzugt von nicht weniger als 100 μηη. Der Verstellweg kann einem
maximalen Hub der relativen Bewegung entsprechen, d.h. einem Abstand zwischen zwei Extremalpositionierungen der angrenzenden Stapelabschnitte zueinander. Der Verstellweg kann der maximalen Anpassung des Lichtwegs entsprechen.
Um die relative Bewegung zu ermöglichen, kann die optische Anordnung einen oder mehrere Motoren umfassen. Der mindestens eine Motor kann also als Antriebsmittel für die relative Bewegung dienen. Beispiele für Motoren umfassen piezoelektrische Motoren; Ringmotoren mit Wanderwelle, etc.. Beispielsweise könnte die optische Vorrichtung für jede der mindestens einen Schnittstelle einen zugeordneten Motor umfassen. Es wäre auch möglich, dass die optische Vorrichtung für jeden Stapelabschnitt einen zugeordneten Motor umfasst. Es wäre auch möglich, dass ein Motor für mehr als eine Schnittstelle verwendet wird. Zum Beispiel könnte die optische Anordnung einen einzigen Motor umfassen, der die relativen Bewegungen für alle vorhandenen Schnittstellen implementiert. Dies kann eine besonders platzsparende Implementierung ermöglichen.
Die relative Bewegung kann entlang unterschiedlicher Freiheitsgrade implementiert werden. Zum Beispiel könnte die mindestens eine Schnittstelle eingerichtet sein, um die relative
Bewegung senkrecht und/oder parallel zum Hauptpfad zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass die mindestens eine Schnittstelle eingerichtet sein kann, um eine axiale und/oder laterale relative Bewegung zu ermöglichen. Beispielsweise könnte die optische Anordnung eine Aperturblende umfassen, die im optischen Hauptpfad angeordnet ist. Beispielsweise könnte die Aperturblende benachbart zu einem äußeren Prisma der Stapelstruktur angeordnet sein. Es wäre zum Beispiel möglich, dass die mindestens eine Schnittstelle eingerichtet ist, um die relative Bewegung senkrecht zur Blendenebene der Aperturblende zu ermöglichen. Zum Beispiel kann für eine
Anwendung im Bereich der Fokussierung die Bewegung parallel zum Hauptpfad bzw. senkrecht zur Blendenebene der Aperturblende besonders erstrebenswert sein. Zum Beispiel kann für eine Anwendung im Bereich der Bewegungsstabilisierung die Bewegung senkrecht zum Hauptpfad bzw. parallel zu Blendenebene der Aperturblende besonders erstrebenswert sein. Entsprechend der durch die mindestens eine Schnittstelle gewährten Freiheitsgrade ist es möglich, dass der mindestens eine Motor eingerichtet ist, um die relative Bewegung parallel zum Hauptpfad und/oder senkrecht zum Hauptpfad zu bewirken.
Beispielsweise könnte die optische Anordnung eine Recheneinheit umfassen, die mit dem mindestens einen Motor verbunden ist und die eingerichtet ist, um den mindestens einen Motor zu steuern. Dabei kann die Steuerung zum Beispiel in Abhängigkeit eines empfangenen Steuersignals implementiert werden. Je nach angestrebter Anwendung, können
unterschiedliche Steuersignale berücksichtigt werden. Zum Beispiel könnte der Motor durch die Recheneinheit zur Fokussierung einer durch den
Strahlengang von Licht entlang des Hauptpfads und der Nebenpfade definierten Bildebene auf Sensorflächen von Detektoren der optischen Anordnung gesteuert werden. Dann wäre es zum Beispiel möglich, dass das Steuersignal einen Abstand zwischen einem Objektiv, welches die Abbildung auf die Bildebene erzielt, und einem abzubilden Objekt indiziert. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass das Steuersignal einen Kantenkontrast in einem
Referenzbild indiziert, so dass eine Optimierung bezüglich des Kantenkontrast zur
Fokussierung vorgenommen werden kann. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass das Steuersignal einen Typ des verwendeten Objektivs indiziert. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass das Steuersignal eine Brennweite des Objektivs indiziert.
In einer weiteren Implementierung kann das Steuersignal indikativ für eine Beschleunigung der optischen Anordnung sein. In einem solchen Fall ist es möglich, den Motor zur Bildstabilisierung der durch den Strahlengang von Licht entlang des Hauptpfads und der Nebenpfade definierten Bildebene auf der Sensorfläche des Detektors der optischen Vorrichtung zu steuern.
Für Anwendungen im Zusammenhang mit der Fokussierung und / oder Bildstabilisierung können Bewegungszeitdauern zum Durchführen der relativen Bewegung zwischen einer Startposition und einer Endposition in der Größenordnung von Millisekunden erstrebenswert sein; der Motor kann für eine entsprechend schnelle Bewegung eingerichtet sein. 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 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 Außenfläche. Z.B. kann die Außenfläche senkrecht zum jeweiligen optischen Nebenpfad angeordnet sein, sodass keine oder keine signifikante Ablenkung des Lichts entlang des Nebenpfads an der Außenfläche auftritt.
Zum Beispiel wäre es möglich, dass der optische Nebenpfad eines jeden Prismas an der ersten Fläche des jeweiligen Prismas Totalreflektion erfährt. Zum Beispiel können die Prismen der Stapelstruktur Bauernfeind-Prismen sein. Derart kann eine spezifische geometrische
Ausgestaltung erzielt werden. Das Bauernfeind-Prisma kann eine Ablenkung des optischen Nebenpfads vom optischen Hauptpfad im Bereich von 45° bis 60° erzielen. Das Bauernfeind- Prisma selektiert Licht durch eine Teilreflektion und eine 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. Beispielsweise wäre es möglich, dass die optische Anordnung weiterhin einen Keil umfasst. Der Keil kann eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen. Der Keil kann im 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. Durch einen solchen Keil kann es ermöglicht werden, dass die Prismenwinkel für alle Prismen der Stapelstruktur gleich sind. 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.
Wiederum kann eine identische Form der verschiedenen Prismen der Stapelstruktur durch das Vorhandensein des Keils benachbart zu dem äußeren Prisma gefördert werden. Zum Beispiel ist es möglich das ein Keilwinkel des Keils im Bereich von 40 % bis 60 % des Prismenwinkels der Prismen der Stapelstruktur liegt. Dies bedeutet, dass es möglich ist, dass der Keilwinkel des Keils in etwa halb so groß ist wie der Prismenwinkel der Prismen der Stapelstruktur. Mit einem solchen Keilwinkel kann es besonders einfach möglich sein zu gewährleisten, dass identisch geformte Prismen oder Prismen mit gleichen 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 Außenfläche umfasst. Die Außenfläche 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 Außenfläche 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 Außenfläche angeordnet sind, aufweisen. Zum Beispiel können unterschiedliche Prismen unterschiedlich dicke optische Platten aufweisen. Zum Beispiel können unterschiedliche Dicken der optischen Platten gewährleisten, dass Licht, dass unterschiedlichen Kanälen der optischen Anordnung zugeordnet ist, jeweils den gleichen Glasweg durchläuft. Gleichzeitig kann durch das Vorsehen der optischen Platten eine möglichst identische Bauform der verschiedenen Prismen gewährleistet werden.
Die optische Anordnung kann zum Beispiel weiterhin für zumindest ein Prisma der
Stapelstruktur einen im entsprechenden optischen Nebenpfad benachbart zur Außenfläche 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 Außenfläche 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 Außenflächen von zweitnächst-benachbarten Prismen der Stapelstruktur parallel zueinander sind. Z.B. können die parallelen Außenflächen 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, etwa indem die verschiedenen Kanäle demselben Stapelabschnitt zugeordnet sind
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.
Insbesondere kann es erstrebenswert sein, eine Korrelation zwischen den verschiedenen Spektralbereichen, die mit den optischen Nebenpfaden bzw. den verschiedenen Kanälen assoziiert sind, und den Stapelabschnitten in der Stapelstruktur zu implementieren. Es wäre zum Beispiel möglich, dass die optischen Nebenpfade von Prismen der Stapelstruktur, die zu demselben Stapelabschnitt der Stapelstruktur gehören, mit zumindest überlappenden
Spektralbereichen assoziiert sind. Solche überlappende Spektralbereiche können zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass entsprechende Filter, die geeignete Teilreflektion hinsichtlich des Spektralbereichs durchführen, verwendet werden. Durch die Assoziierung von zumindest überlappenden Spektralbereichen mit den Prismen der Stapelstruktur, die zu demselben Stapelabschnitt der Stapelstruktur gehören, kann erreicht werden, dass die Fokussierung besonders genau auf die Sensorflächen der entsprechenden Detektoren erfolgt. Insbesondere kann ein Farbfehler bzw. eine chromatische Aberration, d.h. eine Wellenlängen-spezifische Brennweite, bei der Fokussierung berücksichtigt werden. Entsprechend wäre es auch möglich, dass die optischen Nebenpfade von Prismen der Stapelstruktur, die zu unterschiedlichen Stapelabschnitte in der Stapelstruktur gehören, mit unterschiedlichen Spektralbereichen assoziiert sind. Dann kann die Wellenlängen-abhängige Brennweite durch geeignete
Fokussierung der unterschiedlichen Stapelabschnitte berücksichtigt werden.
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. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Lichtquelle und/oder der Detektor jeweils mit dem entsprechenden Prisma starr gekoppelt ist. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Detektoren / Lichtquellen direkt an einer entsprechende Außenfläche des jeweiligen Prismas befestigt sind, beispielsweise verklebt sind durch optischen Kit. Eine starre Kopplung zwischen dem Detektor / der Lichtquelle und dem Prisma kann auch über mehrere Bauelemente hinweg implementiert sein; z.B. kann der Detektor mit dem entsprechenden Prisma über eine dazwischen positionierte optische Platte und/oder einen dazwischen positionierten optischen Keil hinweg starr gekoppelt sein. In solchen Szenarien kann eine besonders Bauraum-effiziente Implementierung der optischen Anordnung vorgenommen werden. Insbesondere kann eine relative Bewegung des Detektors gegenüber dem entsprechenden Prisma entbehrlich sein, wenn die Fokussierung und/oder die Bewegungsstabilisierung durch die relative Bewegung der verschiedenen Stapelabschnitte der Stapelstruktur zueinander an der mindestens einen Schnittstelle erfolgt. 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 Leuchtdiode (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 Sensorfläche umfassen. Die Sensorfläche der Detektoren von zweitnächst-benachbarten Prismen der Stapelstruktur können parallel zueinander sein.
Zum Beispiel kann jede Sensorfläche eine Bildpunkt-Matrix mit mehreren Bildpunkten umfassen. Z.B. kann die Sensorfläche durch einen CMOS-Sensor oder einen CCD-Sensor ausgebildet sein.
Parallele Sensorflächen 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 Sensorflächen der Detektoren von zweitnächst-benachbarten Prismen, d.h. parallele Sensorflächen, gekoppelt zu positionieren. Derart kann zum Beispiel eine besonders einfache Fokussierung stattfinden. Insbesondere kann die Positionier-Mechanik zum Beispiel eine Verstellung der zueinander parallelen Sensorflächen um gleiche Beträge entlang der verschiedenen optischen Nebenpfade erreichen. Zum Beispiel kann die Positionier- Mechanik, welche zwei parallele Sensorflächen positioniert, lediglich einen einzelnen Motor aufweisen, der für das Positionieren beider Sensorflächen verwendet wird.
Es ist auch möglich, eine korrelierte Positionierung der Sensorflächen senkrecht zu den optischen Nebenpfaden parallel zur Sensorfläche vorzunehmen. Zum Beispiel können die Sensorflächen von zwei der Detektoren senkrecht zum entsprechenden optischen Nebenpfad um einen Abstand zueinander versetzt sein, der kleiner ist als die Abmessung eines Bildpunkts der Sensorflächen. Derart kann eine Sub-Bildpunkt-Auflösung erzielt werden, wenn die
Informationen der verschiedenen Detektoren kombiniert werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine optische Anordnung wie obenstehend beschrieben zum Fokussieren einer Bildebene eines Objektivs auf eine Sensorfläche eines Detektors der optischen Anordnung verwendet.
In weiteren Ausführungsformen wird eine optische Anordnung wie obenstehend beschrieben zur Bildstabilisierung einer Bildebene eines Objektivs auf einer Sensorfläche eines Detektors der optischen Anordnung verwendet.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein Objektivanschluss für ein Objektiv einer Kamera eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens drei Prismen, jeweils mit einer ersten Fläche und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche. Der Objektivanschluss umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Der
Objektivanschluss umfasst auch, jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur: einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prismas mit dem Hauptpfad verbunden ist. Der Objektivanschluss umfasst auch mindestens eine Schnittstelle. Jede der mindestens einen Schnittstelle zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt der Stapelstruktur und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt der Stapelstruktur angeordnet. Jede der mindestens einen Schnittstelle ist eingerichtet, um relative Bewegung des entsprechenden ersten Stapelabschnitts und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts zueinander zu ermöglichen. Die mindestens eine Schnittstelle ist eingerichtet, um die relative Bewegung parallel zu einem Strahlengang von Licht zwischen dem Objektiv und einer Bildebene des Objektivs zu ermöglichen. Derart kann Fokussierung der Bildebene auf eine Sensorfläche eines
entsprechenden Detektors erreicht werden, indem der Lichtweg zwischen dem Objektiv und dem Detektor variiert wird.
Zum Beispiel kann der Objektivanschluss die optische Anordnung, wie obenstehend
beschrieben, umfassen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine optische Anordnung eine Stapelstruktur. Die
Stapelstruktur umfasst mindestens drei Spiegel. Jeder der mindestens drei Spiegel weist eine teilreflektierende Fläche auf. Die optische Anordnung umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Die optische Anordnung umfasst auch, jeweils für jeden der Spiegel der Stapelstruktur: einen optischen Nebenpfad, der durch Teilreflektion von Licht an der Fläche des entsprechenden Spiegels mit dem Hauptpfad verbunden ist. Die optische Anordnung umfasst auch mindestens eine Schnittstelle. Jede der mindestens einen
Schnittstelle ist zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt der Stapelstruktur und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt der Stapelstruktur angeordnet. Jede der mindestens einen Schnittstelle ist eingerichtet, um relative Bewegung des entsprechenden ersten Stapelabschnitts und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts zueinander zu ermöglichen.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Objektivanschluss für eine Kamera bereitgestellt. Der Objektivanschluss umfasst eine Stapelstruktur, die mindestens vier Prismen umfasst. Jedes der mindestens vier Prismen weist jeweils eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche auf. Der Objektivanschluss umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Der Objektivanschluss umfasst jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prismas mit dem optischen Hauptpfad verbunden ist und der an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas Totalreflektion erfährt. Es ist möglich, dass alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordneter Prismen der Stapelstruktur parallel zueinander sind.
Zum Beispiel kann der Objektivanschluss die optische Anordnung nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel umfassen. Für einen solchen Objektivanschluss können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für die optische Anordnung gemäß weitere Ausführungsformen erzielt werden können. Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine optische Anordnung eine Stapelstruktur. Die Stapelstruktur umfasst mindestens drei Prismen. Jedes der Prismen weist eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche auf. Die optische Anordnung umfasst auch einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft. Die optische Anordnung umfasst auch jeweils für jedes der Prismen der Stapelstruktur einen optischen Nebenpfad, der durch das entsprechende Prisma verläuft und durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche des entsprechenden Prismas mit dem optischen Hauptpfad verbunden ist und an der ersten Fläche des entsprechenden Prismas Totalreflektion erfährt. Die optische Anordnung umfasst auch einen Keil mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche. Der Keil ist im optischen Hauptpfad benachbart zur ersten Fläche eines äußeren Prismas der Stapelstruktur angeordnet. Die zweite Fläche des Keils ist parallel zu der ersten Fläche des äußeren Prismas angeordnet. Alle benachbarten Flächen nebeneinander angeordnete Prismen der Stapelstruktur sind parallel zueinander.
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.
FIG. 8 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma eine Schnittstelle umfasst, die einen ersten Stapelabschnitt von einem zweiten Stapelabschnitt trennt. FIG. 9 illustriert das Mehrwege-Prisma der FIG. 8 nach relativer Bewegung des ersten
Stapelabschnitts und des zweiten Stapelabschnitts zueinander in einer anderen Positionierung.
FIG. 10 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, das zwei Schnittstellen und drei Stapelabschnitte umfasst.
FIG. 1 1 illustriert schematisch ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, das zwei Schnittstellen, drei Stapelabschnitte und zwei Motoren zum Antreiben einer relativen Bewegung zwischen den verschiedenen Stapelabschnitten umfasst. FIG. 12 illustriert schematisch ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, das zwei Schnittstellen und einen Motor zum Antreiben einer relativen Bewegung zwischen den verschiedenen Stapelabschnitten umfasst.
FIG. 13 illustriert schematisch eine Recheneinheit zum Steuern von Motoren zum Antreiben einer relativen Bewegung zwischen verschiedenen Stapelabschnitten eines Mehrwege- Prismas.
FIG. 14 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma eine Schnittstelle umfasst, die einen ersten Stapelabschnitt von einem zweiten Stapelabschnitt trennt. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische
Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte
Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken zur Vereinigung oder Aufspaltung von Licht beschrieben. Dabei kann gemäß verschiedener Beispiele Licht bezüglich des Spektralbereichs, der Polarisation und/oder der Intensität/Transmission aufgespalten/vereinigt werden.
Die hierin beschriebenen Techniken beruhen auf der Verwendung eines Mehrwege-Prismas. In verschiedenen Beispielen umfassen die hierin beschriebenen Mehrwege-Prismen vier Kanäle, fünf Kanäle, sechs Kanäle, sieben Kanäle oder mehr Kanäle. Die hierin beschriebenen
Mehrwege-Prismen umfassen eine Stapelstruktur, die mehrere Prismen umfasst. Zum Beispiel kann die Stapelstruktur drei oder mehr Prismen umfassen.
Solche optischen Anordnungen können in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Eine beispielhafte Anwendung ist 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.
In verschiedenen Beispielen umfasst das Mehrwege-Prisma eine Stapelstruktur, die in mehrere Stapelabschnitte eingeteilt ist. Zwei benachbarte Stapelabschnitte können jeweils durch eine Schnittstelle voneinander getrennt sein, so dass diese Stapelabschnitte relativ zueinander bewegbar sind. Die Schnittstelle gewährleistet die relative Bewegung. Durch die relative
Bewegung verschiedener Stapelabschnitte zueinander können der optische Hauptpfad und / oder die optische Nebenpfade, die mit den verschiedenen Prismen assoziiert sind, beeinflusst und angepasst werden. Dadurch können die verschiedenen Anwendungen, wie obenstehend beschrieben, profitieren. Zum Beispiel kann eine Fokussierung und/oder eine Bildstabilisierung für die verschiedenen optischen Anwendungen, wie obenstehend beschrieben, möglich werden.
Eine Möglichkeit, die optischen Pfade anzupassen, besteht in der Verschiebung der optischen Nebenpfade relativ zu den entsprechenden Prismen. Dadurch kann die Bildstabilisierung ermöglicht werden. Eine weitere Möglichkeit, die optischen Nebenpfade anzupassen, besteht in einer Verkürzung oder Verlängerung des Lichtwegs zum Detektor 281 . Dadurch kann die Fokussierung erreicht 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 kann es mittels der hierein beschriebenen Techniken möglich sein, die optischen Pfade besonders Bauraum-effizient anzupassen. Insbesondere kann es möglich sein, auf Positionier-Mechanik im Bereich einer Außenfläche der verschiedenen Prismen, etwa im Bereich von Detektoren und/oder Lichtquellen, zu verzichten. FIG. 2 illustriert ein beispielhaftes Mehrwege-Prisma. In der entsprechenden optischen
Anordnung 200 sind vier Prismen 221 , 222, 223, 224 sequenziell angeordnet. Einfallendes Licht 1 10 durchläuft entlang eines optischen Hauptpfads 250 zunächst das äußere Prisma 221 und dann die weiteren Prismen 222, 223, 224. Die Prismen 221 , 222, 223, 224 bilden eine
Stapelstruktur 201. Dabei sind die Prismen 221 -224 derart gestapelt, dass der optische
Hauptpfad 250 abwechselnd erste Flächen 261 und zweite Flächen 262 der Prismen 221 -224 kreuzt.
In FIG. 2, links unten ist eine Vergrößerung des Übergangs zwischen einer zweiten Fläche 262 und einer ersten Fläche 261 beispielhaft für die Prismen 221 , 222 dargestellt. Die Vergrößerung ist beispielhaft für zwei Positionen entlang der Grenze zwischen den Prismen 221 , 222 dargestellt. In verschiedenen Beispielen weist der Übergang keine Abhängigkeit von der Position entlang der Grenze zwischen den Prismen 221 , 222 auf. Es ist also möglich, dass die Flächen 261 , 262 gleichförmig ausgebildet sind.
Aus der Vergrößerung der FIG. 2 ist ersichtlich, dass zwischen den Flächen 261 , 262 ein Luftspalt 965 vorhanden ist. Der Luftspalt 965 ist in dem Beispiel der FIG. 2 zwischen dem Filter 266 und der Fläche 261 ausgebildet. Der Luftspalt 965 bewirkt durch die ausreichend großen Inzidenzwinkel des von Fläche 262 teilreflektierten Lichts Totalreflektion an der Fläche 261 .
Totalreflektion findet typischerweise statt, wenn:
Sinus(lnzidenzwinkel) * Brechzahl vor Fläche > Brechzahl nach Fläche,
wobei der Inzidenzwinkel als Winkel gegenüber der Senkrechten zur Fläche definiert ist.
Aus FIG. 2 ist ersichtlich, dass Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien - beispielsweise in FIG. 2 Luft und Glas - entlang des optischen Hauptpfads 250 innerhalb der Stapelstruktur 201 nur durch die Flächen der Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 gebildet werden. Weitere optische Elemente wie z.B. Keile oder Platten sind in dem Beispiel der FIG. 2 innerhalb der Stapelstruktur 201 nicht vorhanden.
Insbesondere ist in dem Beispiel der FIG. 2 die Stapelstruktur 201 nicht in mehrere
Stapelabschnitte eingeteilt: die verschiedenen Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 sind nicht relativ zueinander bewegbar. Dies bedeutet, dass die Stapelstruktur 201 nur
zusammenhängend bewegbar ist. Zum Beispiel können die verschiedenen Prismen 221 -224 der Stapelstruktur 201 starr miteinander gekoppelt sein. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die verschiedenen Prismen 221 -224 miteinander verklebt sind oder anderweitig aneinander fixiert sind.
Die Stapelstruktur 201 umfasst 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 werden. 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. 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 Außenflächen 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
Außenfläche 265 des entsprechenden Prismas 221 , 222 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass der optische Nebenpfad 251 , 252 abgelenkt oder gebrochen wird.
FIG. 3 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf einen weiteren optischen Keil 334 mit einer ersten Fläche 334A und einer zweiten Fläche 334B, die einen Keilwinkel miteinander einschließen. Der weitere optische Keil 334 wirkt auch als Prisma, wobei lediglich an der zweiten Fläche 334B Teilreflektion 272 auftritt; Totalreflektion des derart erzeugten optischen Nebenpfads 254 innerhalb des Keils 334 tritt nicht auf. Insoweit bildet der weitere optische Keil 334 auch kein Bauernfeind-Prisma aus. Die erste Fläche 334A des weiteren optischen Keils 334 ist parallel zur zweiten Fläche 262 des Prismas 223; zum Beispiel könnte wiederum ein Luftspalt vorgesehen sein (in FIG. 3 nicht gezeigt). Ein weiterer optischer Keil 335 ist hinter dem weiteren optischen Keil 334 angeordnet.
Die weiteren optischen Keile 334, 335 definieren zwei weitere Kanäle 214, 215. Dadurch umfasst das Mehrwege-Prisma gemäß dem Beispiel der FIG. 3 drei Prismen 221 -223 und fünf Kanäle 21 1 -215. FIG. 4 illustriert Aspekte in Bezug auf den Strahlengang von Licht 1 10 durch die optische Anordnung 200 der FIG. 3 aus FIG. 4 ist ersichtlich, dass Licht 1 10 aus einem vergleichsweise großen Raumwinkel 1 1 1 auf die optische Anordnung 200 bzw. insbesondere den Keil 331 einfallen kann und dennoch auf die Detektoren 280 der verschiedenen Kanäle 21 1 -215 fokussieren wird. Dies wird durch geringe Inzidenzwinkel an den ersten Flächen 261 der Prismen 221 -223 bzw. des Keils 331 ermöglicht.
Aus FIG. 4 ist ersichtlich, dass der Strahlengang 1 10 Bildebenen für die verschiedenen Kanäle 21 1 -215 definiert. In dem Beispiel der FIG. 4 sind die Bildebene auf die Sensorflächen der entsprechenden Detektoren 281 fokussiert. Der Strahlengang 1 10 läuft konvergent auf die
Sensorflächen 281 zu. Der Strahlengang 1 10 kann zum Beispiel durch ein Objektiv beeinflusst werden, welches vor dem Keil 331 bzw. vor der Stapelstruktur 201 angeordnet ist (in FIG. 4 nicht dargestellt). In FIG. 4 sind die verschiedenen Prismen der Stapelstruktur 201 wiederum nicht relativ zueinander bewegbar. Um dennoch eine Fokussierung der Bildebenen auf die Sensorflächen 281 zu erreichen, können Positionier-Mechaniken vorgesehen sein (in FIG. 4 nicht dargestellt), welche die Detektoren 280 jeweils gegenüber der Außenflächen 265 der Prismen 221 , 222, 223, um derart den Lichtweg innerhalb des Mehrwege-Prismas 200 zu variieren.
FIG. 5 illustriert ein weiteres beispielhaftes Mehrwege-Prisma 200. Die Prismen 221 -224 des Mehrwege-Prismas 200 sind starr miteinander verbunden und können nicht relativ zueinander bewegt werden. 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
Außenfläche 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 Außenfläche 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. Solche weiteren optischen Keile 336, 337 können in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen angewendet werden, um die Anzahl von Kanälen pro Prisma 221 -224 der Stapelstruktur 201 zu erhöhen. In dem Beispiel der FIGs. 3-5 ist ersichtlich, dass zweitnächst-benachbarte Prismen 221 -224 parallel zueinander angeordnete Außenflächen 265 aufweisen. Zum Beispiel ist die
Außenfläche 265 Prismas 221 parallel zu der Außenfläche 265 des Prismas 223 (vergleiche FIGs. 3-5). Weiterhin ist in dem Beispiel der FIG. 5 die Außenfläche 265 des Prismas 222 parallel zur Außenfläche 265 des Prismas 224. Da die Außenfläche 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 Sensorflächen 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. Die Positionier-Mechanik kann einen Abstand zwischen dem jeweiligen Detektor 280 und der entsprechenden Außenfläche 265 variieren. Dazu kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Detektor 280 nicht starr mit der entsprechenden
Außenfläche 265 verbunden ist. 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 Sensorflächen 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 Sensorflächen. 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. Die Kamera kann auch einen Kamerakörper umfassen, der rechts von dem Objektivanschluss 603 angeordnet ist (in FIG. 6 nicht dargestellt). 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. Die Kamera kann wiederum einen Kamerakörper umfassen, der rechts von dem Objektivanschluss 603 angeordnet ist (in FIG. 7 nicht dargestellt). Das Objektiv 601 kann z.B. ein Zoom-Objektiv sein, welches verschiedene Brennweiten bereitstellt. Der Objektivanschluss 603 umfasst ein
Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener hierin offenbarter Beispiele mit fünf Kanälen 21 1 -215. Durch den vergleichsweise kleinen Bauraum, der von dem Mehrwege-Prisma 200 benötigt wird, ist es möglich, alle fünf Kanäle 21 1 -215 in dem Objektivanschluss 603 bereitzustellen. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit einem sogenannten B4-Objektivanschluss der Fall. Der B4-Objektivanschluss definiert mechanische und optische Eigenschaften. Der als "B4"- Objektivanschluss bekannte Standard für TV-Kameras ist definiert in folgendem Dokument: "BTA S-1005B" "Interconnection for HDTV Studio Equipment" der ARIB "Association of Radio Industries and Businesses" / Japan.
Darin sind die optischen Parameter auf den Seiten 19 und 20 beschrieben, die geometrischen Werte auf Seite 26. Es ist definiert, dass zwischen dem Objektiv und den Bildsensoren ein Prismenblock mit folgenden Eigenschaften sein muss:
Dicke des gesamten Glasweges 46,2 mm;
33.0 mm Glas A mit Brechzahl 1 ,52 bis 1 ,75 und Abbezahl 42,5 bis 50,5; und
13.2 mm Glas B Glastyp BK7. In Referenzimplementierungen wird ein Mehrwege-Prisma mit drei Kanälen (vergleiche FIG. 6) in einem B4-Objektivanschluss verwendet. Die drei Kanäle entsprechen den Spektralbereichen Rot, Grün und Blau. Weitere Wellenlängenbereiche, wie beispielsweise Ultraviolett oder Infrarot Wellenlängen, können zusätzlich zu den Kanälen Rot, Grün und Blau in solchen
Referenzimplementierungen aufgrund des limitierten Bauraums des Objektivanschlusses nicht berücksichtigt werden. Eine beispielhafte Anwendung, bei der Infrarot-Wellenlängen von Interesse sind zum Beispiel die Kennzeichnung von Werbebanden bei Sportübertragungen. Basierend auf einer Kodierung der Werbebanden im Infrarot-Spektralbereich können diese in der digitalen Nachbearbeitung detektiert werden und die entsprechenden Bildpunkte modifiziert werden. Zum Beispiel kann derart eine Nutzer-spezifische Anpassung erfolgen. Eine weitere beispielhafte Implementierung für Kodierung von Bereichen mit Licht im Infrarot-Spektralbereich betrifft die Trennung von Vordergrund und Hintergrund; zum Beispiel können Bildpunkte im Bereich des Hintergrunds digital ersetzt werden. Solche Techniken sind zum Beispiel als Supponer-Verfahren bekannt. Solche Anwendungen können mit einem Objektivanschluss gemäß FIG. 7 implementiert werden. Während in dem Beispiel eine Integration des Mehrwege-Prismas 200 in den Objektiv-
Anschluss 603 dargestellt ist, könnte die Strahlteilungs-Funktionalität des Mehrwege-Prismas 200 in anderen Beispielen auch direkt in einen Kamerakörper der Kamera integriert werden.
Um den von dem Mehrwege-Prisma 200 benötigten Bauraum weiter zu reduzieren, kann es in verschiedenen Beispielen erstrebenswert sein, auf im Bereich der Detektoren 280 verwendete Positionier-Mechanik ganz oder zumindest teilweise zu verzichten. Um dennoch zum Beispiel eine Fokussierung in Bezug auf die Sensorflächen der Detektoren 280 zu ermöglichen - etwa im Zusammenhang mit unterschiedlichen Objektiven 601 und / oder Zoom-Objektiven 601 -, kann es erstrebenswert sein, den Weg, den Licht durch das Mehrwege-Prisma 200 zurücklegt (Lichtweg), anderweitig zu modifizieren. Insbesondere kann es erstrebenswert sein, den Lichtweg spezifisch für die verschiedenen Kanäle 21 1 -215 anzupassen.
Nachfolgend werden unter anderem entsprechende Techniken beschrieben, welche durch relative Bewegung der verschiedenen Prismen der Stapelstruktur 201 zueinander eine
Veränderung des Lichtwegs ermöglichen. Dabei können diese Techniken mit den in Bezug auf die FIGs. 2 - 7 beschriebenen Techniken zur Ausgestaltung des Mehrwege-Prismas 200 kombiniert werden.
FIG. 8 illustriert Aspekte in Bezug auf das Anpassen des Lichtwegs durch die optische
Vorrichtung. FIG. 8 illustriert ein Mehrwege-Prisma 200, welches grundsätzlich den in
Zusammenhang mit den FIGs. 2-5 beschriebenen Mehrwege-Prismen 200 entspricht. Die verschiedenen Beispiele, die voranstehenden in Bezug auf FIGs. 2 - 5 beschrieben wurden, könnten auch für das Mehrwege-Prisma 200 der FIG. 8 implementiert werden. Insbesondere können die verschiedenen Techniken, zum Beispiel in Bezug auf die geometrische
Ausgestaltung der Prismen 221 -223 etc. auch für das Mehrwege-Prisma 200 der FIG. 8 angewendet werden
Bei dem Mehrwege-Prisma 200 der FIG. 8 umfasst die Stapelstruktur 201 zwei Stapelabschnitte 701 , 702. Der Stapelabschnitt 701 umfasst die Prismen 221 ,222 und den Keil 331 ; der
Stapelabschnitt 702 umfasst das Prisma 223, sowie die Keile 334,335. Dabei ist innerhalb des ersten Stapelabschnitt 701 das Prisma 221 starr mit dem Prisma 222 und dem Keil 331 gekoppelt. Innerhalb des Stapelabschnitts 702 ist das Prisma 223 starr mit den Keilen 334, 335 gekoppelt.
Die zwei Stapelabschnitte 701 , 702 sind durch eine Schnittstelle 705 voneinander getrennt. Die zwei Stapelabschnitte 701 , 702 sind relativ zueinander bewegbar; in FIG. 8 ist die Richtung der relativen Bewegung 770 indiziert. Dazu ist vorgesehen, dass die Schnittstelle 705 keine starre Kopplung zwischen den benachbart angeordneten Prismen 222,223 implementiert. Vielmehr umfasst die Schnittstelle 705 einen Luftspalt 715 zwischen zwei der Schnittstelle 705 zugeordneten Keilen 71 1 , 712.
Der Keil 71 1 und der Keil 712 weisen jeweils eine erste Fläche 781 und eine zweite Fläche 782 auf. Aus FIG. 8 ist ersichtlich, dass die erste Fläche 781 des Keils 71 1 parallel zu der zweiten Fläche 762 des benachbarten Prismas 222 ist. Außerdem ist die zweite Fläche 782 des Keils 712 parallel zu der ersten Fläche 261 des benachbarten Prismas 223. Die zweite Fläche 782 des Keils 71 1 ist auch parallel zu der ersten Fläche 781 des Keils 712, wobei sich zwischen diesen Flächen 781 , 782 der Luftspalt 715 erstreckt. Insbesondere ist die zweite Fläche 782 des Keils 71 1 , sowie die erste Fläche 781 des Keils 712 jeweils senkrecht zu dem optischen Hauptpfad 250. Dadurch wird vermieden, dass an den Grenzflächen zwischen den Keilen 71 1 , 712 und dem Luftspalt 715 Teilreflektion von Licht auftritt.
In dem Beispiel der FIG. 8 ist der Detektor 280 des Kanals 21 1 starr mit dem Prisma 221 des entsprechenden Nebenpfads 251 gekoppelt. Insbesondere ist in dem Beispiel der FIG. 8 der Detektor 280 durch optischen Kit mit der Außenfläche 265 des Prismas 221 verklebt.
Entsprechendes gilt für den Detektor 280 des Kanals 212. Durch die direkte Verklebung der Detektoren 280 mit den Prismen 221 , 222 kann eine besonders lagestabile Befestigung der Detektoren 280 erfolgen. Falls die Detektoren 280 zum Beispiel für eine hohe Sensitivität im Bereich des infraroten Spektralbereichs gekühlt werden müssen, kann aufgrund der direkten Verklebung keine Betauung im Bereich des Schutzglases des Detektors 280 und/oder im Bereich der Außenfläche 265 entstehen.
Aus dem Beispiel der FIG. 8 ist ersichtlich, dass eine Bildebene 285 defokussiert in Bezug auf die Sensorflächen 281 der Detektoren 280 der Kanäle 21 1 , 212 ist. Insbesondere ist die Bildebene 285 versetzt gegenüber den Sensorflächen 281. Deshalb ist es zur Fokussierung erforderlich, dass der Lichtweg entlang der Nebenpfaden 251 und des Hauptpfads 250, d.h. innerhalb der optischen Vorrichtung 200, für die Kanäle 21 1 , 212 angepasst wird. FIG. 9 illustriert Aspekte in Bezug auf das Anpassen des Lichtwegs. FIG. 9 illustriert das Mehrwege-Prisma 200 der FIG. 8 in einem anderen Zustand, der durch die relative Bewegung 770 des Stapelabschnitts 701 und des Stapelabschnitt 702 zueinander ermöglicht wird. In dem Beispiel der FIG. 9 wurde der Stapelabschnitt 701 gegenüber dem Stapelabschnitt 702 um einen bestimmten Abstand 706 nach links bewegt (vergleiche FIGs. 8 und 9). Dabei ist der Stapelabschnitt 702 ortsfest verblieben. Dadurch wurde der Lichtweg für die Kanäle 21 1 und 212 um die entsprechende Entfernung 707 verkürzt. Derart kann eine Fokussierung einer durch den Strahlengang 1 10 (in FIG. 9 nicht dargestellt) definierten Bildebene 285 auf die
Sensorfläche 281 der Detektoren 280 der Kanäle 221 , 212 erfolgen. Insbesondere kann es in einem solchen Beispiel entbehrlich sein, für die Detektoren 280 der Kanäle 21 1 , 212 eine Positionier-Mechanik vorzusehen, die den jeweiligen Detektor 280 in Bezug auf die
Außenfläche 265 des jeweiligen Prismas 221 , 222 bewegt. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Detektoren 280 der Kanäle 21 1 ,212 fest bzw. starr mit dem jeweiligen Prisma 221 , 222 gekoppelt sind. Dies kann eine besonders Bauraum-effiziente Implementierung ermöglichen. Außerdem kann die Komplexität der im Bereich der Außenflächen 265 verwendeten Mechanik stark reduziert werden, zum Beispiel im Vergleich mit einer Implementierung, die auf einer Positionier-Mechanik beruht. Während in dem Beispiel der FIG. 9 eine Verkürzung des Lichtwegs dargestellt wurde, wäre es alternativ oder zusätzlich auch möglich, durch geeignete Dimensionierung der relativen
Bewegung 770 den Lichtweg zu verlängern und/oder zu verkürzen. Eine entsprechende
Fokussierung ist auch für den Stapelabschnitt 702 möglich. Um eine Fokussierung über einen großen Bereich zu ermöglichen, kann es erstrebenswert sein, einen möglichst großen Verstellweg in Bezug auf die relative Bewegung 770 zu ermöglichen. Zum Beispiel könnte ein Verstellweg, d.h. eine maximale Änderung der Position der ersten Stapelstruktur 701 in Bezug auf die zweite Stapelstruktur 702, ermöglicht werden, der nicht weniger als 500 μηη beträgt, bevorzugt nicht weniger als 250 μηη, besonders bevorzugt nicht weniger als 100 μηη.
In den Beispielen der FIGs. 8 und 9 umfassen die Stapelabschnitte 701 , 702 jeweils zwei Prismen bzw. ein Prisma 221 -223. Im Allgemeinen wäre es möglich, dass die verschiedenen Stapelabschnitte 701 ,702 eine größere oder kleinere Anzahl an Prismen umfassen. Im
Allgemeinen wäre es möglich, dass jeder Stapelabschnitt 701 , 702 lediglich ein einzelnes
Prisma umfasst. Derart ist es möglich, eine besonders effiziente Anpassung des Lichtwegs in Bezug auf jeden Kanal individuell vorzunehmen; andererseits kann jedoch ein größerer
Bauraum benötigt werden und die Komplexität kann erhöht werden.
In dem Beispiel der FIG. 8 umfasst der Stapelabschnitt 701 die beiden Prismen 221 , 222. Dabei sind die Außenflächen 265 der Prismen 221 , 222 im Wesentlichen voneinander abgewandt bzw. in unterschiedliche Richtungen orientiert. Dies bedeutet, dass gegenüberliegende Kanäle zu einem gemeinsamen Stapelabschnitt 701 gehören. Insbesondere schließen die
entsprechenden optischen Nebenpfade 251 ,252 im Bereich der Außenflächen 265 der entsprechenden Prismen 221 ,222 einen Winkel miteinander ein, der größer als 150° ist.
Dadurch kann erreicht werden, dass die entsprechenden Detektoren 280 mit besonders geringem Bauraum mit der Stapelstruktur 201 verbunden werden können.
Aus FIG. 9 ist ersichtlich, dass die relative Bewegung 770 den Lichtweg innerhalb der Prismen 221 , 222 des Stapelabschnitts 701 gleichartig beeinflusst. Insbesondere wird der Lichtweg für beide Nebenpfade 251 , 252 um dieselbe Entfernung 706 verkürzt. Deshalb wird die
Fokussierung für die beiden Detektoren 280 der Kanäle 21 1 , 212 gleichartig vorgenommen. In verschiedenen Beispielen kann es erstrebenswert sein, wenn die Spektralbereiche von Licht, das mit den Kanälen 21 1 ,212 bzw. den Nebenpfaden 251 , 252 assoziiert sind, zumindest überlappende oder gleiche Spektralbereiche aufweist. Es kann also möglich sein, dass die solche Prismen einem Stapelabschnitt zugeordnet werden, welche optische Nebenpfade mit gleichen Spektralbereichen umfassen. Derart kann eine Abhängigkeit der Fokuslänge von der Wellenlänge des Lichts, das heißt die chromatische Aberration, in Bezug auf die Fokussierung für die Kanäle 21 1 , 212 gleichermaßen genau berücksichtigt werden. Dann wäre es zum Beispiel möglich, dass der optische Pfad 253 des Prismas 223 des Stapelabschnitts 702 mit einem anderen Spektralbereich assoziiert ist, wie die Nebenpfade 251 , 252.
In dem Beispiel der FIGs. 8 und 9 ist die Schnittstelle 705 eingerichtet, um die relative
Bewegung 770 parallel zu dem optischen Hauptpfad 250 zu ermöglichen. In anderen Beispielen wäre es auch möglich, dass zusätzliche oder alternative Freiheitsgrade für die relative
Bewegung 770 ermöglicht werden. Beispielsweise könnte die relative Bewegung alternativ oder zusätzlich auch senkrecht zu dem optischen Hauptpfad 250 implementiert werden (das heißt in dem Beispiel der FIGs. 8 und 9 nach oben und unten gerichtet und/oder in die Zeichenebene und aus der Zeichenebene heraus gerichtet). Beispielsweise kann durch eine relative
Bewegung 770 senkrecht zu dem optischen Hauptpfad 250 eine Bildstabilisierung ermöglicht werden. In den Beispielen der FIGs. 8 und 9 umfasst die Stapelstruktur 201 die beiden Stapelabschnitte 701 , 702. In anderen Beispielen wäre es auch möglich, dass die Stapelstruktur 201 eine größere Anzahl von Stapelabschnitten umfasst bzw. mehr als eine Schnittstelle zwischen Stapelabschnitten umfasst. Ein solches Beispiel ist in FIG. 10 dargestellt.
FIG. 10 illustriert Aspekte in Bezug auf ein Mehrwege-Prisma 200, welches mehr als zwei, nämlich drei Stapelabschnitte 701 -703 umfasst. Insbesondere umfasst das Mehrwege-Prisma 200 des Beispiels der FIG. 10 drei Stapelabschnitte 701 -703, die jeweils durch zwei
Schnittstellen 705-1 , 705-2 voneinander getrennt sind. Dabei umfasst der Stapelabschnitt 701 die starr miteinander gekoppelten Prismen 221 ,222; der Stapelabschnitt 702 umfasst die starr miteinander gekoppelten Prismen 223, 224 und der Stapelabschnitt 703 umfasst das Prisma 225.
FIG. 10 ist eine schematische, vereinfachte Ansicht des Mehrwege-Prismas 200. In dem Beispiel der FIG. 10 sind alle Prismen 221 -225 identisch geformt, d.h. weisen gleiche
Seitenlängen und Prismenwinkel auf. Dazu kann das Mehrwege-Prisma 200 der FIG. 10 z.B. weitere optische Elemente, etwa den Keil 331 etc. umfassen. Im Allgemeinen ist es möglich, dass das Mehrwege-Prisma 200 gemäß FIG. 10 weitere Techniken implementiert, die voranstehend in Bezug auf die Beispiele der FIGs. 2 - 5 und 8 - 9 beschrieben wurden.
In verschiedenen Beispielen können unterschiedliche Techniken zum Antreiben der relativen Bewegung 770 verwendet werden. In einem einfachen Beispiel kann zum Beispiel ein manueller Antrieb der relativen Bewegung 770 erfolgen. FIG. 1 1 illustriert Aspekte in Bezug auf das Antreiben der relativen Bewegung 770 durch zwei Motoren 801 , 802. Aus FIG. 1 1 ist ersichtlich, dass jeweils ein Motor 801 , 802 einer einzelnen Schnittstelle 705-1 , 705-2 zugeordnet ist. Derart kann erreicht werden, dass der Stapelabschnitt
701 gegenüber dem Stapelabschnitt 702 anders relativ positioniert wird als der Stapelabschnitt
702 relativ gegenüber dem Stapelabschnitt 703. Gleichzeitig kann jedoch ein größerer Bauraum für das Vorhalten der beiden Motoren 801 , 802 benötigt werden.
In weiteren Beispielen wäre es z.B. auch möglich, dass jedem Stapelabschnitt 701 - 703 ein eigener Motor zugeordnet ist. FIG. 12 illustriert Aspekte in Bezug auf das Antreiben der relativen Bewegung 770 durch einen einzelnen Motor 801. Aus FIG. 12 ist ersichtlich, dass der Motor 801 beiden Schnittstellen 705- 1 , 705-2 zugeordnet ist. Dadurch kann eine besonders Bauraum-effiziente Implementierung erzielt werden.
Solche Motoren 801 , 802, wie sie voranstehend in Bezug auf die FIGs. 1 1 und 12 erläutert wurden, können eingerichtet sein, um die relative Bewegung 770 parallel zum Hauptpfad 250 und/oder senkrecht zum Hauptpfad 250 zu bewirken.
FIG. 13 illustriert Aspekte in Bezug auf das Steuern eines oder mehrerer Motoren 801 , 802 basierend auf einem Steuersignal 860, welches an den ein oder die mehreren Motoren 801 , 802 ausgegeben wird. Das Steuersignal 860 wird durch eine Recheneinheit 810, zum Beispiel einen Prozessor, erzeugt. Dazu empfängt der Prozessor 810 ein oder mehrere Steuersignale 851 -854. Zum Beispiel indiziert das Steuersignal 851 eine Kantenschärfe, die in einem Bild, welches durch einen Detektor 280 erfasst wird, vorliegt. Typischerweise kann die Kantenschärfe dazu verwendet werden, um eine Fokussierung in Bezug auf die entsprechende Sensorfläche 281 des Detektors 280 vorzunehmen. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, das
Steuersignal 852 zu berücksichtigen; diese Steuersignal 852 indiziert eine Entfernung zu einem Objekt, welches durch einen Detektor 280 abgebildet wird. Zum Beispiel könnte das
Steuersignal 852 durch ein Laufzeit-Messverfahren erhalten werden. Das Steuersignal 854 indiziert einen Zoom-Faktor des Objektiv 601. Basierend auf einem oder mehreren der
Steuersignale 851 , 852, 854 kann eine Fokussierung der durch den Strahlengang 1 10 definierten Bildebene auf die Sensorfläche 281 der betreffenden Detektoren 280 durch geeignete Ansteuerung des mindestens einen Motor 801 , 802 durch die Recheneinheit 810 vorgenommen werden. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, das Steuersignal 853 zu verwenden. Das Steuersignal 853 ist indikativ für eine Beschleunigung des Mehrwege-Prismas 200. Dadurch kann zum Beispiel eine Anwendung der Bewegung-Stabilisierung vorgenommen werden.
FIG. 14 illustriert Aspekte in Bezug auf ein Mehrwege-Prisma 200, welches eine Stapelstruktur 201 umfasst, die zwei Stapelabschnitte 701 , 702 umfasst. Die beiden Stapelabschnitte 701 , 702 sind entlang einer Schnittstelle 705 relativ zueinander bewegbar. Die relative Bewegung 770 ist dabei senkrecht zu dem optischen Hauptpfad 250 orientiert.
In dem Beispiel der FIG. 14 wurde der Stapelabschnitt 702 um die Entfernung 706 gegenüber dem Stapelabschnitt 701 senkrecht zu dem Hauptpfad 750 bewegt. Deshalb bewegt sich der Nebenpfad 253 weg von dem Zentrum der sensitiven Fläche 281 des Detektors 280 des Kanals 213 (vergleiche FIGs. 8 und 13). Entsprechendes trifft zu für die Detektoren 280 (in FIG. 14 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) der Kanäle 214, 215.
Durch eine solche relative Bewegung 770 senkrecht zum Hauptpfad 250, wie in Bezug auf FIG. 14 diskutiert, kann also eine Bildstabilisierung erfolgen. Dazu kann es möglich sein, ein oder mehrere entsprechende Motoren 801 , 802 in Abhängigkeit von dem Steuersignal 853 anzusteuern, welches indikativ für die Beschleunigung des Mehrwege-Prismas 200 ist.
Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welcher auf der
sequenziellen Anordnung von mindestens drei Prismen in einer Stapelstruktur beruhen. Eine entsprechende optische Anordnung stellt ein Mehrwege-Prisma bereit. In verschiedenen Beispielen umfasst die Stapelstruktur fünf oder mehr Prismen.
Mittels solcher Techniken kann eine kompakte Aufteilung oder Vereinigung von optischer Information in drei, vier, fünf oder mehr Kanäle erfolgen. Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen es, Bildebenen eines Objektives auf Sensorflächen von Detektoren der verschiedenen Kanäle gekoppelt zu fokussieren. So ist es mittels der hierin beschriebenen Techniken möglich, den optischen Hauptpfad in verschiedene Nebenpfade aufzuteilen. Die Position einer Bildebene, die am Ausgang des jeweiligen Nebenpfads liegt, kann zum Beispiel in Abhängigkeit vom verwendeten Objektiv und dessen Zustand, beispielsweise dessen Zoom- Position, variieren. Mittels der hierin beschriebenen Techniken ist es möglich, den Lichtweg für die verschiedenen Nebenpfade zu verändern, um eine Fokussierung zu erreichen.
Bei verschiedenen Techniken kann dazu eine Positionier-Mechanik verwendet werden, die mit dem jeweiligen Detektor assoziiert ist. Die Positionier-Mechanikern zum Beispiel einen Abstand zwischen dem jeweiligen Detektor und einer Außenfläche eines dem jeweiligen Nebenpfads zugeordneten Prismas variieren. Mittels solcher Techniken kann eine besonders genaue und Kanal-spezifische Fokussierung erfolgen. Andererseits kann der benötigte Bauraum für die Positionier-Mechanik vergleichsweise groß sein, so dass die Größe der verwendeten
Detektoren reduziert werden muss. Dies kann zu einer erhöhten Komplexität der verwendeten Detektoren führen. Beispielsweise kann die verwendete Verkabelung der Detektoren vergleichsweise komplex integriert werden. Es kann vorkommen, dass eine entsprechende Kühlung der Detektoren notwendig ist, beispielsweise bei Infrarot-Anwendungen; dies kann den benötigten Bauraum weiter verringern, so dass die Positionier-Mechanik nur durch komplexe Geometrien implementiert werden kann. Außerdem kann es bei solchen Techniken zu
Ungenauigkeiten in Bezug auf die Positionierung der Sensorfläche der verwendeten Detektoren in Bezug auf die jeweiligen Nebenpfade kommen. Zum Beispiel kann es zu einer Verschiebung und/oder einem Versatz der Sensorflächen in Bezug auf die Nebenpfade bzw. die
entsprechenden Prismen kommen, was einem Versatz Bildebene in Bezug auf die
Sensorfläche bewirken kann.
Bei weiteren Techniken kann dazu eine Schnittstelle zwischen ersten und zweiten
Stapelabschnitte in einer Stapelstruktur mit mindestens drei Prismen verwendet werden. Die Schnittstelle kann eine relative Bewegung der ersten und zweiten Stapelabschnitte relativ zueinander ermöglichen. Dadurch kann wiederum der Lichtweg in Bezug auf die den verschiedenen Prismen zugeordneten Nebenpfade variiert werden. Deshalb ist es entbehrlich in einem solchen Beispiel Positionier-Mechanik im Bereich der Detektoren anzuordnen; vielmehr kann die Positionierung durch einen geeigneten Motor erfolgen, der an anderer Stelle in Bezug auf die Stapel struktur angeordnet ist. Der Bauraum-kritische Bereich nahe der Außenflächen der Prismen der Stapelstruktur muss daher keine Positionier-Mechanik aufweisen.
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 Lichtweg durch Glas (Glasweg) ermöglichen. Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise wurden obenstehend verschiedene Implementierungen in Bezug auf das Aufspalten von optischer Information bzw. optischen Pfaden für eine Detektionseinrichtung beschrieben. Entsprechende Techniken können auch direkt angewendet werden auf
Implementierung in Bezug auf das Vereinigen von optischer Information bzw. von optischen Pfaden für eine Projektionsvorrichtung.
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. Auch eine korrelierte Fokussierung und/oder Bildstabilisierung kann in Bezug auf Lichtquellen mittels der hierin beschriebenen Techniken implementiert werden. Eine weitere beispielhafte Anwendung wäre die Aufteilung des Hauptpfads in mehrere Nebenpfade, die jeweils einem Okular zugeordnet sind.
Beispielsweise wurden obenstehend verschiedene Implementierungen in Bezug auf
Bauernfeind-artige Prismen illustriert, bei denen an einer zweiten Fläche des Prismas
Totalreflektion auftritt und in einer ersten Fläche des Prismas Teilreflektion auftritt. Es wäre aber auch möglich, das entsprechende Prismen durch anders geformte geometrische Körper implementiert werden, bei denen zum Beispiel keine Totalreflektion an der ersten Fläche auftritt. Obenstehend wurden optische Anordnungen erläutert, bei denen die Stapelstruktur Prismen umfasst, die eine Aufspaltung des Hauptpfads in mehrere Nebenpfade ermöglichen.
Entsprechende Techniken, die obenstehend in Bezug auf die relative Bewegung verschiedener Stapelabschnitte der Stapelstruktur zueinander beschrieben wurden, können in anderen Beispielen auch durch Spiegel implementiert werden. Dazu können die verschiedenen Spiegel eine teilreflektive Fläche aufweisen, welche den jeweils zugeordneten optische Nebenpfad mit dem optischen Hauptpfad verbindet. Die relative Bewegung kann dann über eine entsprechende Schnittstelle zwischen benachbarten Spiegeln der Stapelstruktur implementiert werden. Es wäre in diesem Zusammenhang zum Beispiel möglich, dass die verschiedenen Spiegel jeweils einen Filter, wie oben stehend beschrieben, umfassen, der eine Filterung des reflektierten Lichts hinsichtlich des Spektralbereichs oder andere optische Eigenschaften, wie beispielsweise Polarisation etc., vornimmt.

Claims

Patentansprüche
1 . Optische Anordnung (200), die umfasst:
- eine Stapelstruktur (201 ), die mindestens drei Prismen (221 -225) 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 -225) der Stapelstruktur (201 ): einen optischen
Nebenpfad (251 -255), der durch das entsprechende Prisma (221 -225) verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche (262) des entsprechenden Prismas (221 -225) mit dem Hauptpfad (250) verbunden ist,
- mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2), wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt (701 - 703) der Stapelstruktur (201 ) und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt (701 -703) der Stapelstruktur (201 ) angeordnet ist und wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) eingerichtet ist, um relative Bewegung (770) des entsprechenden ersten
Stapelabschnitts (701 -703) und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts (701 -703) zueinander zu ermöglichen.
2. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1 , die weiterhin umfasst:
- mindestens einen Motor (801 , 802), der eingerichtet ist, um die relative
(770) parallel zum Hauptpfad (250) zu bewirken.
3. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 2, die weiterhin umfasst:
- jeweils für jedes der Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ): mindestens einen
Detektor (280),
- eine Recheneinheit (810), die mit dem mindestens einen Motor (801 , 802) verbunden ist und die eingerichtet ist, um in Abhängigkeit eines empfangen Steuersignals (851 -854) den mindestens einen Motor (801 , 802) zur Fokussierung einer durch einen Strahlengang von Licht entlang des Hauptpfads (250) und der Nebenpfade (251 -255) definierten Bildebene (285) auf Sensorflächen (281 ) der Detektoren (280) zu steuern.
4. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- mindestens einen Motor (801 , 802), der eingerichtet ist, um die relative Bewegung
(770) senkrecht zum Hauptpfad (250) zu bewirken.
5. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 4, die weiterhin umfasst:
- eine Recheneinheit (810), die mit dem Motor (801 , 802) verbunden ist und die eingerichtet ist, um den Motor (801 , 802) in Abhängigkeit eines empfangenen Steuersignals (851 -854) zu steuern, welches eine Beschleunigung der optischen Anordnung (200) indiziert.
6. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) senkrecht und/oder parallel zum Hauptpfad (250) zu ermöglichen.
7. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- jeweils für jedes der Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ): mindestens einen Detektor (280) der starr mit dem entsprechenden Prisma (221 -225) gekoppelt ist.
8. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die optischen Nebenpfade (251 -255) von Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ), die zu demselben Stapelabschnitt (701 -703) der Stapelstruktur (201 ) gehören, mit zumindest überlappenden Spektralbereichen assoziiert sind.
9. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die optischen Nebenpfade (251 -255) von Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ) die zu unterschiedlichen Stapelabschnitten (701 -703) der Stapelstruktur (201 ) gehören mit unterschiedlichen Spektralbereichen assoziiert sind.
10. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der erste Stapelabschnitt (701 -703) und/oder der zweite Stapelabschnitt (701 - 703) von zumindest einer der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) mindestens zwei starr miteinander gekoppelte Prismen (221 -225) umfasst, deren optische Nebenpfade (251 -255) im Bereich einer Außenfläche (265) des jeweiligen Prismas (221 -225) einen Winkel miteinander einschließen, der größer als 90° ist, bevorzugt größer als 120° ist, besonders bevorzugt größer als 150° ist.
1 1 . Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der erste Stapelabschnitt (701 -703) und/oder der zweite Stapelabschnitt (701 - 703) von zumindest einer der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) nicht mehr als ein Prisma (221 -225) umfasst.
12. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) mit einem Verstellweg von nicht weniger als 500 μηη zu ermöglichen, bevorzugt nicht weniger als 250 μηη, besonders bevorzugt von nicht weniger als 100 μηη.
13. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) einen ersten Keil (71 1 , 712) mit einer ersten Fläche (781 ) und einer zweiten Fläche (782) sowie einen zweiten Keil (71 1 , 712) mit einer ersten Fläche (781 ) und einer zweiten Fläche (782) umfasst,
wobei die erste Fläche (781 ) des ersten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 ,
705-2) parallel zu der zweiten Fläche (262) eines benachbarten Prismas (221 -225) des entsprechenden ersten Stapelabschnitts (701 -703) ist,
wobei die zweite Fläche (782) des ersten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) parallel zu der ersten Fläche (781 ) des zweiten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) ist,
wobei die zweite Fläche (782) des zweiten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) parallel zu der ersten Fläche (261 ) eines benachbarten Prismas (221 -225) des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts (701 -703) ist,
wobei zwischen der zweiten Fläche (782) des ersten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) und der ersten Fläche (781 ) des zweiten Keils (71 1 , 712) der Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) ein Luftspalt (715) angeordnet ist.
14. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der optische Nebenpfad (251 -255) eines jeden Prismas (221 -225) an der ersten Fläche des jeweiligen Prismas (221 -225) Totalreflektion erfährt.
15. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- einen Keil (331 ) mit einer ersten Fläche (361 ) und einer zweiten Fläche (362), wobei der Keil (331 ) im 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 der Prismenwinkel zwischen der ersten Fläche (261 ) und der zweiten Fläche (262) für alle Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ) gleich ist.
16. Optische Anordnung (200) nach Anspruch 15,
wobei alle Prismen (221 -225) der Stapelstruktur (201 ) identisch geformt sind.
17. Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Hauptpfad (250) und die Nebenpfade (251 -255) innerhalb der Stapelstruktur (201 ) alle in einer Ebene liegen.
18. Verwendung einer optischen Anordnung (200) nach einem der voranstehenden
Ansprüche zum Fokussieren einer Bildebene (285) eines Objektivs (601 ) auf eine Sensorfläche (281 ) eines Detektors (280) der optischen Anordnung (200).
19. Verwendung einer optischen Anordnung (200) nach einem der voranstehenden
Ansprüche zur Bildstabilisierung einer Bildebene (285) eines Objektivs (601 ) auf einer
Sensorfläche (281 ) eines Detektors (280) der optischen Anordnung (200).
20. Objektivanschluss (603) für ein Objektiv (601 ) einer Kamera (600), der umfasst:
- eine Stapelstruktur (201 ), die mindestens drei Prismen (221 -225) 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 -225) der Stapelstruktur (201 ): einen optischen
Nebenpfad (251 -255), der durch das entsprechende Prisma (221 -225) verläuft und der durch Teilreflektion von Licht an der zweiten Fläche (262) des entsprechenden Prismas (221 -225) mit dem Hauptpfad (250) verbunden ist,
- mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2), wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt (701 - 703) der Stapelstruktur (201 ) und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt (701 -703) der Stapelstruktur (201 ) angeordnet ist und wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) eingerichtet ist, um relative Bewegung (770) des entsprechenden ersten
Stapelabschnitts (701 -703) und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts (701 -703) zueinander zu ermöglichen.
21 . Objektivanschluss (603) nach Anspruch 20,
wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1 , 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) parallel zu einem Strahlengang von Licht zwischen dem Objektiv und einer Bildebene (285) des Objektivs zu ermöglichen.
22. Objektivanschluss (603) nach Anspruch 20 oder 21 ,
wobei der Objektivanschluss (603) die optische Anordnung (200) nach einem der
Ansprüche 1 -17 umfasst.
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