DE102016106462B4

DE102016106462B4 - Optische Anordnung, Verwendungen derselben und Objektivanschluss

Info

Publication number: DE102016106462B4
Application number: DE102016106462.9A
Authority: DE
Inventors: Mario Sondermann; Torsten Antrack; Gunther Lorenz
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2036-04-09
Also published as: US20190162976A1; DE102016106462A1; EP3440498A1; US10877286B2; WO2017174225A1

Abstract

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, wobei der optische Hauptpfad (250) den Weg von Licht durch die Stapelstruktur (201) bezeichnet, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen (261, 262) der Prismen (221-225) erfährt,- 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, wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) parallel zum Hauptpfad (250) zu ermöglichen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine optische Anordnung, die eine Stapelstruktur mit mindestens drei Prismen umfasst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen Verwendungen der optischen Anordnung und 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.
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 110 in einen entsprechenden Kanal 111, 112, 113, 114 aufspalten. Zwischen den Prismen 122 und 123 und innerhalb der Stapelstruktur ist ein Keil 131 angeordnet. Deshalb sind die Kanäle 111, 112 gegenüber den Kanälen 113, 114 gedreht. Es ist auch eine optische Platte 132 vorgesehen, die einen weiteren Kanal 115 definiert.
Das Mehrwege-Prisma 100 kann Aufspaltung von einfallendem Licht 110 bewirken (in 1 dargestellt). In einem solchen Szenario können die verschiedenen Kanäle 111-115 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 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 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 111-115 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.
Aus dem US-Patent 6,330,113 B1 ist eine optische Anordnung zur Farbtrennung bekannt. Die optische Anordnung umfasst eine Stapelstruktur, die mindestens drei Prismen jeweils mit einer ersten Fläche und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche umfasst; einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft, wobei der optische Hauptpfad den Weg von Licht durch die Stapelstruktur bezeichnet, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen der Prismen erfährt; 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; und mindestens eine Schnittstelle, wobei jede der mindestens einen Schnittstelle zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt der Stapelstruktur und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt der Stapelstruktur angeordnet ist und wobei jede der mindestens einen Schnittstelle eingerichtet ist, um relative Bewegung des entsprechenden ersten Stapelabschnitts und des entsprechenden zweiten Stapelabschnitts zueinander zu ermöglichen.
Aus dem US-Patent 6,181,414 B1 ist eine optische Anordnung für Nahinfrarotspektroskopie und aus dem US-Patent 4,164,752 A ist eine optische Anordnung zur Farbtrennung bekannt. Die optischen Anordnungen umfassen jeweils: eine Stapelstruktur, die mindestens drei Prismen jeweils mit einer ersten Fläche und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche umfasst; einen optischen Hauptpfad, der durch die Stapelstruktur verläuft, wobei der optische Hauptpfad den Weg von Licht durch die Stapelstruktur bezeichnet, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen der Prismen erfährt; 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; und mindestens eine Schnittstelle, wobei jede der mindestens einen Schnittstelle zwischen einem entsprechenden ersten Stapelabschnitt der Stapelstruktur und einem entsprechenden zweiten Stapelabschnitt der Stapelstruktur angeordnet ist.
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. Der optische Hauptpfad bezeichnet den Weg von Licht durch die Stapelstruktur, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen der Prismen erfährt. 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 parallel zum Hauptpfad 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 µm oder mehreren 100 µm 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 µm zu ermöglichen, bevorzugt von nicht weniger als 250 µm, besonders bevorzugt von nicht weniger als 100 µm. 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 zum Hauptpfad zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass die mindestens eine Schnittstelle eingerichtet sein kann, um eine axiale und 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 bezeichnet den Weg von Licht durch die Stapelstruktur, 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 optische Hauptpfad bezeichnet den Weg von Licht durch die Stapelstruktur, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen der Prismen erfährt. 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 parallel zum Hauptpfad 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.
Figurenliste

1 illustriert ein Mehrwege-Prisma, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist.
2 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma vier Prismen und fünf Kanäle umfasst.
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.
4 illustriert schematisch den Strahlengang von Licht durch das Mehrwege-Prismas der 3.
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.
6 illustriert eine Kamera mit zwei Mehrwege-Prismen gemäß dem Stand der Technik.
7 illustriert eine Kamera gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei ein Objektivanschluss der Kamera ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen umfasst.
8 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das Mehrwege-Prisma eine Schnittstelle umfasst, die einen ersten Stapelabschnitt von einem zweiten Stapelabschnitt trennt.
9 illustriert das Mehrwege-Prisma der 8 nach relativer Bewegung des ersten Stapelabschnitts und des zweiten Stapelabschnitts zueinander in einer anderen Positionierung.
10 illustriert ein Mehrwege-Prisma gemäß verschiedener Ausführungsformen, das zwei Schnittstellen und drei Stapelabschnitte umfasst.
11 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.
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.
13 illustriert schematisch eine Recheneinheit zum Steuern von Motoren zum Antreiben einer relativen Bewegung zwischen verschiedenen Stapelabschnitten eines Mehrwege-Prismas.
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.
2 illustriert ein beispielhaftes Mehrwege-Prisma. In der entsprechenden optischen Anordnung 200 sind vier Prismen 221, 222, 223, 224 sequenziell angeordnet. Einfallendes Licht 110 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 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 2 ist ersichtlich, dass zwischen den Flächen 261, 262 ein Luftspalt 965 vorhanden ist. Der Luftspalt 965 ist in dem Beispiel der 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 2 ist ersichtlich, dass Übergänge zwischen unterschiedlichen optischen Medien - beispielsweise in 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 2 innerhalb der Stapelstruktur 201 nicht vorhanden.
Insbesondere ist in dem Beispiel der 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 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 110, wie in 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 2 umfasst die optische Anordnung 200 fünf Kanäle 211, 212, 213, 214, 215. Jeder Kanal umfasst im Beispiel der 2 einen Detektor 280, der im optischen Nebenpfad 251-253 außerhalb des jeweiligen Prismas und damit außerhalb der Stapelstruktur 201 angeordnet ist. Pro Kanal 211-215 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 211-214 ausgebildet. In anderen Beispiel kann pro Prisma 221-224 aber auch mehr als ein Kanal ausgebildet werden. In dem Beispiel der 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 2 liegen der optische Hauptpfad 250 und die optischen Nebenpfade 251-254 alle in einer Ebene (im Beispiel der 2 die Zeichenebene). Dies ermöglicht eine kleine Bauform der optischen Anordnung 200, z.B. im Vergleich zur Referenzimplementierung gem. 1.
In dem Beispiel der 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.
3 illustriert ein weiteres beispielhaftes Mehrwege-Prisma 200. Auch in dem Mehrwege-Prisma 200 gemäß dem Beispiel der 3 ist der Prismenwinkel zwischen der ersten Fläche 261 und der zweiten Fläche 262 für alle Prismen 221-223 der Stapelstruktur 201 gleich. Aus 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 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 3 nicht dargestellt).
Der Keilwinkel des Keils 331 in dem Beispiel der 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 211-215 fokussiert werden kann, vergrößert.
Aus 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.
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 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 3 drei Prismen 221-223 und fünf Kanäle 211-215.
4 illustriert Aspekte in Bezug auf den Strahlengang von Licht 110 durch die optische Anordnung 200 der 3 aus 4 ist ersichtlich, dass Licht 110 aus einem vergleichsweise großen Raumwinkel 111 auf die optische Anordnung 200 bzw. insbesondere den Keil 331 einfallen kann und dennoch auf die Detektoren 280 der verschiedenen Kanäle 211-215 fokussieren wird. Dies wird durch geringe Inzidenzwinkel an den ersten Flächen 261 der Prismen 221-223 bzw. des Keils 331 ermöglicht.
Aus 4 ist ersichtlich, dass der Strahlengang 110 Bildebenen für die verschiedenen Kanäle 211-215 definiert. In dem Beispiel der 4 sind die Bildebene auf die Sensorflächen der entsprechenden Detektoren 281 fokussiert. Der Strahlengang 110 läuft konvergent auf die Sensorflächen 281 zu. Der Strahlengang 110 kann zum Beispiel durch ein Objektiv beeinflusst werden, welches vor dem Keil 331 bzw. vor der Stapelstruktur 201 angeordnet ist (in 4 nicht dargestellt).
In 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 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.
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 5 ist - vergleichbar mit dem Beispiel der 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 5 umfasst die Stapelstruktur 201 jedoch vier Prismen 221-224. Die optische Anordnung 200 definiert sieben Kanäle 211-1, 211-2, 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 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 3-5). Weiterhin ist in dem Beispiel der 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 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 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 5 durch Pfeile entlang der Detektoren 280 der Kanäle 212, 214 dargestellt). Z.B. können in dem Beispiel der 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.
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 6 nicht dargestellt). Der erste Objektivanschluss 602 wird dazu verwendet, zwei Kanäle 211, 212 bereitzustellen; die Kanäle 211, 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 6 ist ersichtlich, dass zwei Objektivanschlüsse 602, 603 benötigt werden, um alle Kanäle 211-215 bereitzustellen. Entsprechend ist die Kamera 600 schwer und unhandlich.
Darüber hinaus ist das Vorhalten von zwei Objektivanschlüssen 602, 603 vergleichsweise teuer und fehleranfällig.
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 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 211-215. Durch den vergleichsweise kleinen Bauraum, der von dem Mehrwege-Prisma 200 benötigt wird, ist es möglich, alle fünf Kanäle 211-215 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 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 7 implementiert werden.
Während in dem Beispiel eine Integration des Mehrwege-Prismas 200 in den ObjektivAnschluss 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 211-215 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 2 - 7 beschriebenen Techniken zur Ausgestaltung des Mehrwege-Prismas 200 kombiniert werden.
8 illustriert Aspekte in Bezug auf das Anpassen des Lichtwegs durch die optische Vorrichtung. 8 illustriert ein Mehrwege-Prisma 200, welches grundsätzlich den in Zusammenhang mit den 2-5 beschriebenen Mehrwege-Prismen 200 entspricht. Die verschiedenen Beispiele, die voranstehenden in Bezug auf 2 - 5 beschrieben wurden, könnten auch für das Mehrwege-Prisma 200 der 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 8 angewendet werden
Bei dem Mehrwege-Prisma 200 der 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 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 711, 712.
Der Keil 711 und der Keil 712 weisen jeweils eine erste Fläche 781 und eine zweite Fläche 782 auf. Aus 8 ist ersichtlich, dass die erste Fläche 781 des Keils 711 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 711 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 711, 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 711, 712 und dem Luftspalt 715 Teilreflektion von Licht auftritt.
In dem Beispiel der 8 ist der Detektor 280 des Kanals 211 starr mit dem Prisma 221 des entsprechenden Nebenpfads 251 gekoppelt. Insbesondere ist in dem Beispiel der 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 8 ist ersichtlich, dass eine Bildebene 285 defokussiert in Bezug auf die Sensorflächen 281 der Detektoren 280 der Kanäle 211, 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 211, 212 angepasst wird.
9 illustriert Aspekte in Bezug auf das Anpassen des Lichtwegs. 9 illustriert das Mehrwege-Prisma 200 der 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 9 wurde der Stapelabschnitt 701 gegenüber dem Stapelabschnitt 702 um einen bestimmten Abstand 706 nach links bewegt (vergleiche 8 und 9). Dabei ist der Stapelabschnitt 702 ortsfest verblieben. Dadurch wurde der Lichtweg für die Kanäle 211 und 212 um die entsprechende Entfernung 707 verkürzt. Derart kann eine Fokussierung einer durch den Strahlengang 110 (in 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 211, 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 211,212 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 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 µm beträgt, bevorzugt nicht weniger als 250 µm, besonders bevorzugt nicht weniger als 100 µm.
In den Beispielen der 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 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 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 211, 212 gleichartig vorgenommen. In verschiedenen Beispielen kann es erstrebenswert sein, wenn die Spektralbereiche von Licht, das mit den Kanälen 211,212 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 211, 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 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 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 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 10 dargestellt.
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 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.
10 ist eine schematische, vereinfachte Ansicht des Mehrwege-Prismas 200. In dem Beispiel der 10 sind alle Prismen 221-225 identisch geformt, d.h. weisen gleiche Seitenlängen und Prismenwinkel auf. Dazu kann das Mehrwege-Prisma 200 der 10 z.B. weitere optische Elemente, etwa den Keil 331 etc. umfassen. Im Allgemeinen ist es möglich, dass das Mehrwege-Prisma 200 gemäß 10 weitere Techniken implementiert, die voranstehend in Bezug auf die Beispiele der 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.
11 illustriert Aspekte in Bezug auf das Antreiben der relativen Bewegung 770 durch zwei Motoren 801, 802. Aus 11 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.
12 illustriert Aspekte in Bezug auf das Antreiben der relativen Bewegung 770 durch einen einzelnen Motor 801. Aus 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 11 und 12 erläutert wurden, können eingerichtet sein, um die relative Bewegung 770 parallel zum Hauptpfad 250 und/oder senkrecht zum Hauptpfad 250 zu bewirken.
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 110 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.
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 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 8 und 13). Entsprechendes trifft zu für die Detektoren 280 (in 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 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 Stapelstruktur 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

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, wobei der optische Hauptpfad (250) den Weg von Licht durch die Stapelstruktur (201) bezeichnet, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen (261, 262) der Prismen (221-225) erfährt, - 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, wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) parallel zum Hauptpfad (250) zu ermöglichen.
Optische Anordnung (200) nach Anspruch 1, die weiterhin umfasst: - mindestens einen Motor (801, 802), der eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) parallel zum Hauptpfad (250) zu bewirken.
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.
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.
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.
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 zum Hauptpfad (250) zu ermöglichen.
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.
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.
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.
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.
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.
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 µm zu ermöglichen, bevorzugt nicht weniger als 250 µm, besonders bevorzugt von nicht weniger als 100 µm.
Optische Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jede der mindestens einen Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) einen ersten Keil (711, 712) mit einer ersten Fläche (781) und einer zweiten Fläche (782) sowie einen zweiten Keil (711, 712) mit einer ersten Fläche (781) und einer zweiten Fläche (782) umfasst, wobei die erste Fläche (781) des ersten Keils (711, 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 (711, 712) der Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) parallel zu der ersten Fläche (781) des zweiten Keils (711, 712) der Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) ist, wobei die zweite Fläche (782) des zweiten Keils (711, 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 (711, 712) der Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) und der ersten Fläche (781) des zweiten Keils (711, 712) der Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) ein Luftspalt (715) angeordnet ist.
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.
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.
Optische Anordnung (200) nach Anspruch 15, wobei alle Prismen (221-225) der Stapelstruktur (201) identisch geformt sind.
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.
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).
Verwendung einer optischen Anordnung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17 zur Bildstabilisierung einer Bildebene (285) eines Objektivs (601) auf einer Sensorfläche (281) eines Detektors (280) der optischen Anordnung (200).
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, wobei der optische Hauptpfad (250) den Weg von Licht durch die Stapelstruktur (201) bezeichnet, welches keine Ablenkung durch Reflektion an den jeweiligen ersten und zweiten Flächen (261, 262) der Prismen (221-225) erfährt, - 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, wobei die mindestens eine Schnittstelle (705, 705-1, 705-2) eingerichtet ist, um die relative Bewegung (770) parallel zum Hauptpfad (250) zu ermöglichen.
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.
Objektivanschluss (603) nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Objektivanschluss (603) die optische Anordnung (200) nach einem der Ansprüche 1-17 umfasst.