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Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Abbildung eines Objekts, wobei das optische System mindestens ein Objektiv, mindestens eine Bildstabilisierungseinheit und mindestens ein Okular aufweist. Insbesondere ist das optische System als ein binokulares Fernglas, als ein monokulares Fernglas, als ein Spektiv oder als ein Fernrohr ausgebildet.
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Das oben bezeichnete optische System wird beispielsweise in einem Fernrohr oder einem Fernglas eingesetzt. Das durch das Fernrohr oder das Fernglas von einem Beobachter erfasste Bild wird oft verwackelt wahrgenommen, da Zitterbewegungen oder Drehbewegungen der Hände des Beobachters, aber auch Bewegungen des Untergrundes, wiederum Bewegungen des optischen Systems verursachen. Um dieses zu umgehen, ist es bekannt, Bilder in einem optischen System zu stabilisieren. Bekannte Lösungen verwenden Stabilisierungseinrichtungen zur Stabilisierung des Bildes mittels einer mechanischen Einrichtung und/oder einer elektronischen Einrichtung. Ferner sind sogenannte passive Stabilisierungen und aktive Stabilisierungen bekannt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Eine passive Stabilisierung ist aus der
DE 23 53 101 C3 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein optisches System in Form eines Fernrohrs beschrieben, das ein Objektiv, eine Bildstabilisierungseinheit in Form eines Prismenumkehrsystems sowie ein Okular aufweist. Von dem Objektiv in Richtung des Okulars gesehen sind zunächst das Objektiv, dann die Bildstabilisierungseinheit und dann das Okular entlang einer optischen Achse des optischen Systems angeordnet. Das Prismenumkehrsystem ist kardanisch in einem Gehäuse des Fernrohrs gelagert. Hierunter wird verstanden, dass das Prismenumkehrsystem derart in dem Gehäuse des Fernrohrs angeordnet ist, dass das Prismenumkehrsystem um zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Achsen drehbar gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung wird eine Vorrichtung verwendet, die als Kardanik bezeichnet wird. Die beiden vorgenannten Achsen schneiden sich in einem Gelenkpunkt. Bei dem bekannten optischen System ist es nun vorgesehen, den Gelenkpunkt mittig zwischen einer bildseitigen Hauptebene des Objektivs und einer objektseitigen Hauptebene des Okulars anzuordnen. Das kardanisch gelagerte Prismenumkehrsystem wird aufgrund seiner Trägheit durch auftretende Drehzitterbewegungen nicht bewegt (passive Stabilisierung). Es bleibt somit fest im Raum stehen. Auf diese Weise wird eine Bildverwackelung, die aufgrund der Drehzitterbewegung des Gehäuses entsteht, kompensiert.
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Eine aktive Stabilisierung ist beispielsweise aus der
DE 39 33 255 C2 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist ein binokulares Fernglas mit einer Bildstabilisierung bekannt, das ein Prismenumkehrsystem aufweist. Das Prismenumkehrsystem weist Porro-Prismen auf, die jeweils eine Kippachse aufweisen. Die Porro-Prismen sind um ihre jeweilige Kippachse schwenkbar ausgebildet. Zur Schwenkung der Porro-Prismen sind Motoren vorgesehen (aktive Stabilisierung). Die Schwenkung erfolgt in Abhängigkeit einer Zitterbewegung, die ein Wackeln eines beobachteten Bildes verursacht, sodass eine Bildverschlechterung vermieden wird.
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Ein weiteres Beispiel einer bekannten passiven Stabilisierung ist aus der
DE 28 34 158 03 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist ein Fernrohr mit einer Anordnung bestehend aus einem Objektiv, einem Prismenumkehrsystem sowie einem Okular bekannt, wobei zwei Teilfernrohre vorgesehen sind, die jeweils eine der vorgenannten Anordnung aufweisen. Die Prismen der Prismenumkehrsysteme beider Teilfernrohre sind in einer gemeinsamen Kardanik in einem Gehäuse gelagert. Der Gelenkpunkt liegt in der Mitte zwischen der bildseitigen Hauptebene des Objektivs und der objektseitigen Hauptebene des Okulars. Zudem liegt der Gelenkpunkt im Schwerpunkt der Kardanik. Es hat sich gezeigt, dass bei Fernrohren mit einer Vergrößerung von beispielsweise größer als 4 jedes der Prismenumkehrsysteme näher am entsprechenden Okular als am jeweiligen Objektiv angeordnet sein sollte. Damit jedes Prismenumkehrsystem in der Kardanik im Gleichgewicht ist, ist es notwendig, mindestens ein Ausgleichgewicht vorzusehen.
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Überlegungen haben nun ergeben, dass bei einer passiven Stabilisierung eine nahezu vollständige Stabilisierung der Bildlage nicht erzielt wird. Zwar wird für Bewegungen der bekannten optischen Systeme, die Frequenzen größer als ca. 10 Hz aufweisen, eine recht hoher Grad der Stabilisierung der Bildlage erzielt.
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Dennoch wird in der Regel keine vollständige Stabilisierung der Bildlage mit den bekannten passiven Stabilisierungen erzielt. Für Bewegungen mit Frequenzen von kleiner als ca. 10 Hz wird mit den bekannten passiven Stabilisierungen, die auf Massenträgheit beruhen (siehe oben), in der Regel nur ein geringer Grad der Stabilisierung der Bildlage erzielt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches System mit einer Bildstabilisierung anzugeben, mit dem für jeden Frequenzbereich einer Bewegung des optischen Systems eine möglichst gute Stabilisierung der Bildlage erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem optischen System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß weist das optische System mindestens ein erstes Objektiv, mindestens eine erste Bildstabilisierungseinheit und mindestens ein erstes Okular auf. Von dem ersten Objektiv in Richtung des ersten Okulars gesehen sind zunächst das erste Objektiv, dann die erste Bildstabilisierungseinheit und dann das erste Okular entlang einer ersten optischen Achse in einem ersten Gehäuse angeordnet. Die erste Bildstabilisierungseinheit ist kardanisch um einen ersten Gelenkpunkt drehbar im ersten Gehäuse gelagert. Dabei wird hier unter einer kardanischen Lagerung der ersten Bildstabilisierungseinheit verstanden, dass die erste Bildstabilisierungseinheit derart angeordnet ist, dass die erste Bildstabilisierungseinheit um zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Achsen drehbar gelagert ist, nämlich um eine erste Achse und um eine zweite Achse. Beispielsweise sind die erste Achse und die zweite Achse senkrecht zueinander angeordnet. Andere Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die erste Achse und die zweite Achse in einem Winkel im Bereich von 60° bis 85° zueinander angeordnet sind. Der Schnittpunkt der ersten Achse und der zweiten Achse (sowie gegebenenfalls der ersten optischen Achse) ist der erste Gelenkpunkt. Ferner ist der erste Gelenkpunkt zwischen dem ersten Objektiv und dem ersten Okular angeordnet. Bei dem optischen System ist ferner mindestens eine erste Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der ersten Bildstabilisierungseinheit vorgesehen. Dabei wird vorstehend und auch nachstehend unter einem berührungslosen Antrieb ein Antrieb verstanden, bei dem eine Verstellkraft auf die erste Bildstabilisierungseinheit wirkt, ohne dass die erste Bildstabilisierungseinheit mit einem Bauteil, das eine Kraft auf die erste Bildstabilisierungseinheit durch Berührung der ersten Bildstabilisierungseinheit ausüben könnte, in Berührung kommt. Beispielsweise wird die Verstellkraft durch einen elektromagnetischen Antrieb und/oder einen kapazitiven Antrieb bereitgestellt.
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Bei der Erfindung handelt es sich um eine aktive Stabilisierung, die durch die mindestens eine erste Antriebseinheit ermöglicht wird. Allerdings beinhaltet die Erfindung auch eine passive Stabilisierung aufgrund der kardanischen Lagerung der ersten Bildstabilisierungseinheit im optischen System. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die Massenträgheit der ersten Bildstabilisierungseinheit bereits einen Beitrag zur Stabilisierung der Bildlage leistet. Wie oben erwähnt, erreicht der Grad der Stabilisierung der Bildlage aber nicht 100%, sondern es ist wünschenswert, dass noch eine Reststabilisierung erfolgt, um einen Grad der Stabilisierung von nahezu 100% oder von genau 100% zu erreichen. Diese Reststabilisierung erfolgt bei der Erfindung mittels der aktiven Stabilisierung, wobei mindestens die erste Antriebseinheit verwendet wird. Überlegungen haben ergeben, dass mittels eines berührungslosen Antriebs der ersten Bildstabilisierungseinheit die Reststabilisierung besonders gut erfolgen kann. Insbesondere ist es von Vorteil, dass derartige Antriebseinheiten sich gut ansteuern lassen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens eine zweite Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der ersten Bildstabilisierungseinheit und/oder mindestens eine dritte Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der ersten Bildstabilisierungseinheit und/oder mindestens eine vierte Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der ersten Bildstabilisierungseinheit aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es vorgesehen, dass mindestens drei der vorgenannten Antriebseinheiten bei dem optischen System vorgesehen sind. Überlegungen haben ergeben, dass die Verwendung von mindestens drei der vorgenannten Antriebseinheiten eine besonders gute Verkippung der ersten Bildstabilisierungseinheit um die erste Achse und/oder um die zweite Achse gewährleistet. Die Erfindung ist aber auf diese Anzahl von Antriebseinheiten nicht eingeschränkt. Vielmehr kann bei der Erfindung jede geeignete Anzahl von Antriebseinheiten verwendet werden.
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Beispielsweise sind bei weiteren Ausführungsbeispielen vier Antriebseinheiten oder acht Antriebseinheiten vorgesehen.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Antriebseinheit als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet ist. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
- – die zweite Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet,
- – die dritte Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet, oder
- – die vierte Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass mindestens eine der Antriebseinheiten aus der Menge der ersten Antriebseinheit, der zweiten Antriebseinheit, der dritten Antriebseinheit und der vierten Antriebseinheit mindestens ein erstes Antriebselement und mindestens ein zweites Antriebselement aufweist. Das erste Antriebselement ist beispielweise an dem ersten Gehäuse angeordnet. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, das erste Antriebselement an der Kardanik anzuordnen. Darüber hinaus ist es vorgesehen, das zweite Antriebselement an der ersten Bildstabilisierungseinheit anzuordnen. Wenn beispielsweise mindestens eine der vorgenannten Antriebseinheiten als elektromagnetischer Aktor ausgebildet ist, dann sind das erste Antriebselement beispielsweise als Spule und das zweite Antriebselement als ein Ankerelement ausgebildet. Alternativ ist es vorgesehen, das erste Antriebselement als ein Ankerelement und das zweite Antriebselement als Spule auszubilden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass mindestens eine der vorgenannten Antriebseinheiten als kapazitiver Aktor ausgebildet ist. In diesem Falle ist das erste Antriebselement beispielsweise als eine erste Elektrode und das zweite Antriebselement als eine zweite Elektrode ausgebildet, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode einen ersten Kondensator bilden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Bildstabilisierungseinheit tubusförmig ausgebildet ist. Diese Ausführungsform wird auch als erster Stabilisatortubus bezeichnet. Insbesondere ist es ferner vorgesehen, die erste Bildstabilisierungseinheit in ihrem Schwerpunkt an einem ersten kardanischen Gelenk (Kardanik) anzuordnen, wobei das erste kardanische Gelenk am ersten Gehäuse angeordnet ist. Somit ist die erste Bildstabilisierungseinheit nicht direkt am ersten Gehäuse angeordnet, sondern ausschließlich über das erste kardanische Gelenk an dem ersten Gehäuse angeordnet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Bildstabilisierungseinheit mindestens ein erstes Umkehrsystem in Form eines ersten Prismenumkehrsystems oder eines ersten Linsenumkehrsystems aufweist. Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Bildstabilisierungseinheit mindestens ein erstes Ausgleichsmassenelement aufweist, wobei das erste Ausgleichsmassenelement beispielsweise entlang der ersten optischen Achse und/oder senkrecht zur ersten optischen Achse verstellbar gelagert ist. Zusätzlich oder alternativ ist es hierzu vorgesehen, dass die erste Bildstabilisierungseinheit mindestens ein zweites Ausgleichsmassenelement aufweist, wobei das zweite Ausgleichsmassenelement beispielsweise entlang der ersten optischen Achse und/oder senkrecht zur ersten optischen Achse verstellbar gelagert ist. Das erste Ausgleichsmassenelement und/oder das zweite Ausgleichsmassenelement werden dazu verwendet, um den Schwerpunkt der ersten Bildstabilisierungseinheit in den ersten Gelenkpunkt zu legen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass mindestens eine erste Sensoreinheit zur Ermittlung einer Bewegung des optischen Systems an dem ersten Gehäuse angeordnet ist. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die erste Sensoreinheit an dem ersten kardanischen Gelenk angeordnet ist. Beispielsweise ist die erste Sensoreinheit als Drehratensensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet. Die Erfindung ist aber nicht auf die vorgenannten Sensoren eingeschränkt. Vielmehr kann als erste Sensoreinheit jeder geeignete Sensor verwendet werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens ein zweites Objektiv, mindestens eine zweite Bildstabilisierungseinheit und mindestens ein zweites Okular aufweist. Von dem zweiten Objektiv in Richtung des zweiten Okulars gesehen sind zunächst das zweite Objektiv, dann die zweite Bildstabilisierungseinheit und dann das zweite Okular entlang einer zweiten optischen Achse in einem zweiten Gehäuse angeordnet. Die zweite Bildstabilisierungseinheit ist kardanisch um einen zweiten Gelenkpunkt drehbar im zweiten Gehäuse gelagert. Die zweite Bildstabilisierungseinheit ist demnach um zwei zueinander unter einem Winkel angeordnete Achsen drehbar gelagert, nämlich um eine dritte Achse und um eine vierte Achse. Beispielsweise sind die dritte Achse und die vierte Achse senkrecht zueinander angeordnet. Andere Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die dritte Achse und die vierte Achse in einem Winkel im Bereich von 60° bis 85° zueinander angeordnet sind. Der Schnittpunkt der dritten Achse und der vierten Achse (sowie gegebenenfalls der zweiten optischen Achse) ist der zweite Gelenkpunkt. Ferner ist der zweite Gelenkpunkt zwischen dem zweiten Objektiv und dem zweiten Okular angeordnet. Bei dem optischen System ist ferner mindestens eine fünfte Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der zweiten Bildstabilisierungseinheit vorgesehen. Hinsichtlich des berührungslosen Antriebs gilt das bereits oben Gesagte entsprechend.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens eine sechste Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der zweiten Bildstabilisierungseinheit und/oder mindestens eine siebte Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der zweiten Bildstabilisierungseinheit und/oder mindestens eine achte Antriebseinheit zum berührungslosen Antrieb der zweiten Bildstabilisierungseinheit aufweist. Auch ist es bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems vorgesehen, dass mindestens drei der vorgenannten Antriebseinheiten bei dem optischen System vorgesehen sind. Die Verwendung von mindestens drei der vorgenannten Antriebseinheiten ist von Vorteil, um eine besonders gute Verkippung der zweiten Bildstabilisierungseinheit um die dritte Achse und/oder die vierte Achse zu gewährleisten. Die Erfindung ist aber auf diese Anzahl von Antriebseinheiten nicht eingeschränkt. Vielmehr kann bei der Erfindung jede geeignete Anzahl an Antriebseinheiten verwendet werden. Beispielsweise sind bei weiteren Ausführungsbeispielen vier Antriebseinheiten oder acht Antriebseinheiten vorgesehen.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die fünfte Antriebseinheit als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet ist. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
- – die sechste Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet,
- – die siebte Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet, oder
- – die achte Antriebseinheit ist als ein elektromagnetischer Aktor oder als ein kapazitiver Aktor ausgebildet.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass mindestens eine der Antriebseinheiten aus der Menge der fünften Antriebseinheit, der sechsten Antriebseinheit, der siebten Antriebseinheit und der achten Antriebseinheit mindestens ein drittes Antriebselement und mindestens ein viertes Antriebselement aufweist. Das dritte Antriebselement ist beispielweise an dem zweiten Gehäuse angeordnet. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, das dritte Antriebselement an dem zweiten kardanischen Gelenk (Kardanik) anzuordnen. Darüber hinaus ist es vorgesehen, das vierte Antriebselement an der zweiten Bildstabilisierungseinheit anzuordnen. Wenn beispielsweise mindestens eine der Antriebseinheiten als elektromagnetischer Aktor ausgebildet ist, dann ist das dritte Antriebselement beispielsweise als Spule und das vierte Antriebselement als ein Ankerelement ausgebildet. Alternativ ist es vorgesehen, das dritte Antriebselement als ein Ankerelement und das vierte Antriebselement als Spule auszubilden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass mindestens eine der Antriebseinheiten als kapazitiver Aktor ausgebildet ist. In diesem Falle ist das dritte Antriebselement beispielsweise als eine dritte Elektrode und das vierte Antriebselement als eine vierte Elektrode ausgebildet, wobei die dritte Elektrode und die vierte Elektrode einen zweiten Kondensator bilden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die zweite Bildstabilisierungseinheit tubusförmig ausgebildet ist. Diese Ausführungsform wird auch zweiter Stabilisatortubus genannt. Insbesondere ist es ferner vorgesehen, die zweite Bildstabilisierungseinheit in ihrem Schwerpunkt an dem zweiten kardanischen Gelenk (Kardanik) anzuordnen, wobei das zweite kardanische Gelenk am zweiten Gehäuse angeordnet ist. Somit ist die zweite Bildstabilisierungseinheit nicht direkt am zweiten Gehäuse angeordnet, sondern ausschließlich über das zweite kardanische Gelenk an dem zweiten Gehäuse angeordnet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die zweite Bildstabilisierungseinheit mindestens ein zweites Umkehrsystem in Form eines zweiten Prismenumkehrsystems oder eines zweiten Linsenumkehrsystems aufweist. Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die zweite Bildstabilisierungseinheit mindestens ein drittes Ausgleichsmassenelement aufweist, wobei das dritte Ausgleichsmassenelement beispielsweise entlang der zweiten optischen Achse und/oder senkrecht zur zweiten optischen Achse verstellbar gelagert ist. Zusätzlich oder alternativ ist es hierzu vorgesehen, dass die zweite Bildstabilisierungseinheit mindestens ein viertes Ausgleichsmassenelement aufweist, wobei das vierte Ausgleichsmassenelement beispielsweise entlang der zweiten optischen Achse und/oder senkrecht zur zweiten optischen Achse verstellbar gelagert ist. Das dritte Ausgleichsmassenelement und/oder das vierte Ausgleichsmassenelement werden dazu verwendet, um den Schwerpunkt der zweiten Bildstabilisierungseinheit in den zweiten Gelenkpunkt zu legen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass mindestens eine zweite Sensoreinheit zur Ermittlung einer Bewegung des optischen Systems an dem zweiten Gehäuse angeordnet ist. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite Sensoreinheit an dem zweiten kardanischen Gelenk angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite Sensoreinheit als Drehratensensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet. Die Erfindung ist aber nicht auf die vorgenannten Sensoren eingeschränkt. Vielmehr kann als zweite Sensoreinheit jeder geeignete Sensor verwendet werden.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es vorgesehen, dass das erste Gehäuse mit dem zweiten Gehäuse über mindestens eine Knickbrücke verbunden ist. Die Knickbrücke weist ein an dem ersten Gehäuse angeordnetes erstes Scharnierteil und ein an dem zweiten Gehäuse angeordnetes zweites Scharnierteil auf. Die Knickbrücke ermöglicht die Einstellung des optischen Systems derart, dass das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse auf die Pupillendistanz eines Benutzers eingestellt werden können. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse werden demnach relativ zueinander angeordnet, sodass das erste Gehäuse an einem der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist und sodass das zweite Gehäuse an dem anderen der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass an der Kickbrücke mindestens eine dritte Sensoreinheit angeordnet ist. Die dritte Sensoreinheit wird beispielsweise dazu verwendet, die Winkelstellung (Knickstellung) der Knickbrücke zu bestimmen. Durch die bestimmte Winkelstellung und durch ein Signal der ersten Sensoreinheit oder der zweiten Sensoreinheit ist es dann möglich, mindestens eine der vorgenannte Antriebseinheiten derart anzusteuern, dass eine ausreichende Stabilisierung der Bildlage zur Verfügung gestellt wird. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass man zusätzlich zu der dritten Sensoreinheit nur eine weitere Sensoreinheit (also entweder die erste Sensoreinheit oder die zweite Sensoreinheit) benötigt, um mindestens eine der vorgenannten Antriebseinheiten ausreichend gut anzusteuern.
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Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das erste Gehäuse als Tubus ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass das zweite Gehäuse als Tubus ausgebildet ist. Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist das optische System als Fernglas oder Fernrohr ausgebildet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es vorgesehen, dass optische System als binokulares Fernglas, als monokulares Fernglas, als Spektiv oder als Fernrohr auszubilden.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 eine erste schematische Darstellung eines optisches Systems in Form eines Fernglases mit einer Knickbrücke;
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2 eine zweite schematische Darstellung des Fernglases nach 1;
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3 eine dritte schematische Darstellung des Fernglases nach 1;
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4 eine erste Schnittdarstellung des Fernglases entlang der Linie A-A gemäß 3;
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5 eine zweite Schnittdarstellung des Fernglases entlang der Linie A-A gemäß 3;
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6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bildstabilisierungseinheit;
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7 eine Schnittdarstellung der Bildstabilisierungseinheit gemäß 6;
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8 eine Draufsicht auf ein Ende der Bildstabilisierungseinheit gemäß 6; sowie
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9 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Steuer- und Kontrolleinheit für Antriebseinheiten des Fernglases.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines optischen Systems in Form eines binokularen Fernglases 1 besprochen (nachfolgend nur Fernglas genannt). Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein binokulares Fernglas eingeschränkt ist. Vielmehr ist die Erfindung für jedes optische System geeignet, beispielsweise auch bei einem Fernrohr.
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1 zeigt eine erste schematische Darstellung des Fernglases 1, welches ein tubusförmiges erstes Gehäuseteil 2 und ein tubusförmiges zweites Gehäuseteil 3 aufweist. Durch das erste Gehäuseteil 2 verläuft eine erste optische Achse 10. Hingegen verläuft durch das zweite Gehäuseteil 3 eine zweite optische Achse 11. Das erste Gehäuseteil 2 ist mit dem zweiten Gehäuseteil 3 über eine Knickbrücke 4 verbunden. Die Knickbrücke 4 weist ein erstes Scharnierteil 5 auf, welches an dem ersten Gehäuseteil 2 angeformt ist. Ferner weist die Knickbrücke 4 ein zweites Scharnierteil 6 auf, welches an dem zweiten Gehäuseteil 3 angeordnet ist. Das erste Scharnierteil 5 weist ein erstes Aufnahmeteil 7 und ein zweites Aufnahmeteil 8 auf, zwischen denen ein drittes Aufnahmeteil 9 des zweiten Scharnierteils 6 angeordnet ist. Durch das erste Aufnahmeteil 7, das zweite Aufnahmeteil 8 sowie das dritte Aufnahmeteil 9 verläuft ein Achsbolzen (nicht dargestellt), sodass die relative Position des ersten Gehäuseteils 2 und des zweiten Gehäuseteils 3 um eine Gelenkachse 74 zueinander eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, das erste Gehäuseteil 2 und das zweite Gehäuseteil 3 auf die Pupillendistanz eines Benutzers einzustellen, sodass zum einen das erste Gehäuseteil 2 an dem einen der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist und so dass zum anderen das zweite Gehäuseteil 3 an dem anderen der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist.
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2 zeigt eine weitere Darstellung des Fernglases 1. Das erste Gehäuseteil 2 weist ein erstes optisches Teilsystem 12 auf. Das erste optische Teilsystem 12 ist mit einem ersten Objektiv 14A, mit einer ein erstes Prismenumkehrsystem 56A umfassenden ersten Bildstabilisierungseinheit 16A (gestrichelt dargestellt) und einem ersten Okular 17A versehen. An dem ersten Okular 17A kann ein erstes Auge 15A eines Benutzers zur Beobachtung eines Objekts O angeordnet werden. Die erste optische Achse 10 des ersten optischen Teilsystems 12 wird aufgrund des ersten Prismenumkehrsystems 56A lateral etwas versetzt, so dass es zu einer stufigen Ausbildung der ersten optischen Achse 10 kommt.
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Das erste Objektiv 14A besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer ersten Fronteinheit 51A und einer ersten Fokussiereinheit 52A. Weitere Ausführungsformen des ersten Objektivs 14A sehen eine unterschiedliche Anzahl an einzelnen Linsen oder aus Linsen bestehenden Kittgliedern vor. Zum Zwecke einer Fokussierung des durch Fernglas 1 betrachteten Objekts O kann entweder das erste Okular 17A oder die erste Fokussiereinheit 52A axial entlang der ersten optischen Achse 10 verschoben werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die erste Fronteinheit 51A oder sogar das vollständige erste Objektiv 14A entlang der ersten optischen Achse 10 verschoben. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die erste Fronteinheit 51A und die erste Fokussiereinheit 52A relativ zueinander verschoben.
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Das zweite Gehäuseteil 3 weist ein zweites optisches Teilsystem 13 auf. Das zweite optische Teilsystem 13 ist mit einem zweiten Objektiv 14B, mit einer ein Prismenumkehrsystem 56B umfassenden zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B (gestrichelt dargestellt) und mit einem zweiten Okular 17B versehen. An dem zweiten Okular 17B kann ein zweites Auge 15B des Benutzers zur Beobachtung des Objekts O angeordnet werden. Die zweite optische Achse 11 des zweiten optischen Teilsystems 13 wird aufgrund des zweiten Prismenumkehrsystems 56B lateral etwas versetzt, so dass es zu einer stufigen Ausbildung der zweiten optischen Achse 11 kommt.
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Das zweite Objektiv 14B besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer zweiten Fronteinheit 51B und einer zweiten Fokussiereinheit 52B. Weitere Ausführungsformen des zweiten Objektivs 14B sehen eine unterschiedliche Anzahl an einzelnen Linsen oder aus Linsen bestehenden Kittgliedern vor. Zum Zwecke einer Fokussierung des durch Fernglas 1 betrachteten Objekts O kann entweder das zweite Okular 17B oder die zweite Fokussiereinheit 52B axial entlang der zweiten optischen Achse 11 verschoben werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Fronteinheit 51B oder sogar das vollständige zweite Objektiv 14B entlang der zweiten optischen Achse 11 verschoben. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die zweite Fronteinheit 51B und die zweite Fokussiereinheit 52B relativ zueinander verschoben.
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Bei beiden oben dargestellten optischen Teilsystemen 12,13 ist die Strahlrichtung des in die optischen Teilsysteme 12, 13 einfallende Lichtstrahlen wie folgt: Objekt O – Objektiv 14A, 14B – Bildstabilisierungseinheit 16A, 16B – Okular 17A, 17B – Auge 15A, 15B.
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Zum Fokussieren ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an der Knickbrücke 4 ein Drehknopf 53 angeordnet, mit dem die erste Fokussiereinheit 52A und die zweite Fokussiereinheit 52B gemeinsam entlang der beiden optischen Achsen 10 und 11 verschoben werden können. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, das erste Objektiv 14A und das zweite Objektiv 14B (oder zumindest Einheiten des ersten Objektivs 14A und des zweiten Objektivs 14B) relativ zueinander zu verstellen.
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Sowohl das erste Objektiv 14A als auch das zweite Objektiv 14B erzeugen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein reales, relativ zum betrachteten Objekt O auf dem Kopf stehendes Bild in einer dem jeweiligen Objektiv 14A, 14B zugeordneten Bildebene. Das dem ersten Objektiv 14A zugeordnete erste Prismenumkehrsystem 56A sowie das dem zweiten Objektiv 14B zugeordnete zweite Prismenumkehrsystem 56B werden zur Bildaufrichtung verwendet. Somit wird das auf dem Kopf stehende Bild wieder aufgerichtet und in einer neuen Bildebene, der linken Zwischenbildebene 23A oder der rechten Zwischenbildebene 23B, abgebildet. Das erste Prismenumkehrsystem 56A und das zweite Prismenumkehrsystem 56B können als Abbe-König-Prismensystem, Schmidt-Pechan-Prismensystem, Uppendahl-Prismensystem, Porro-Prismensystem oder einer anderen Prismensystem-Variante aufgebaut sein.
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In der linken Zwischenbildebene 23A ist beispielsweise eine das Sehfeld scharf begrenzende erste Feldblende angeordnet. Ferner kann beispielsweise in der rechten Zwischenbildebene 23B eine das Sehfeld scharf begrenzende zweite Feldblende angeordnet sein.
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Das erste Okular 17A wird verwendet, um das Bild der linken Zwischenbildebene 23A in eine beliebige Entfernung, z. B. ins Unendliche oder in eine andere Entfernung, abzubilden. Ferner wird das zweite Okular 17B dazu verwendet, um das Bild der rechten Zwischenbildebene 23B in eine beliebige Entfernung, z. B. ins Unendliche oder in eine andere Entfernung, abzubilden.
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Die erste Aperturblende 54A des ersten optischen Teilsystems 12 und die zweite Aperturblende 54B des zweiten optischen Teilsystems 13 können entweder durch eine Fassung eines optischen Elements des entsprechenden optischen Teilsystems 12, 13, in der Regel durch die Fassung der Linsen der ersten Fronteinheit 51A oder der zweiten Fronteinheit 51B, oder durch eine separate Blende gebildet sein. Sie kann in Strahlrichtung durch das entsprechende optische Teilsystem 12 oder 13 in eine Ebene abgebildet werden, die in Strahlrichtung hinter dem entsprechenden Okular 17A oder 17B liegt und typischerweise 5 bis 25 mm Abstand zu diesem hat. Diese Ebene wird Ebene der Austrittspupille genannt.
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Zum Schutz des Benutzers vor seitlich einfallendem Licht können an dem ersten Okular 17A eine ausziehbare, ausdrehbare oder umklappbare erste Augenmuschel 55A und an dem zweiten Okular 17B eine ausziehbare, ausdrehbare oder umklappbare zweite Augenmuschel 55B vorgesehen sein.
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3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Fernglases 1. 3 beruht auf der 2. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. 3 zeigt nun auch die Bewegungsvorrichtungen für die erste Bildstabilisierungseinheit 16A und die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B. Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A ist in einer ersten Kardanik 60A angeordnet. Die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B ist in einer zweiten Kardanik 60B angeordnet.
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Die Anordnung der beiden Bildstabilisierungseinheiten 16A und 16B ist in den 4 und 5 detaillierter dargestellt. Die erste Kardanik 60A weist eine erste äußere Aufhängung 61A auf, die über eine erste Achse 18A an dem ersten Gehäuseteil 2 angeordnet ist. Die erste äußere Aufhängung 61A ist drehbar um die erste Achse 18A angeordnet. Ferner weist die erste Kardanik 60A eine erste innere Aufhängung 62A auf, die über eine zweite Achse 19A an der ersten äußeren Aufhängung 61A drehbar angeordnet ist.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform wird die erste Bildstabilisierungseinheit 16A durch zwei einzelne Antriebsvorrichtungen verstellt. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diese Anzahl von Antriebsvorrichtungen eingeschränkt ist. Vielmehr kann bei der Erfindung jede geeignete Anzahl von Antriebsvorrichtungen verwendet werden, wie weiter unten für ein weiteres Ausführungsbeispiel noch erläutert wird. Über eine erste Antriebsvorrichtung 24A wird die erste innere Aufhängung 62A um die zweite Achse 19A gedreht. Ferner ist eine zweite Antriebsvorrichtung 24B vorgesehen, mittels welcher die erste äußere Aufhängung 61A um die erste Achse 18A gedreht wird.
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Die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B ist an der zweiten Kardanik 60B angeordnet. Die zweite Kardanik 60B weist eine zweite äußere Aufhängung 61B auf, die über eine dritte Achse 18B an dem zweiten Gehäuseteil 3 angeordnet ist. Die zweite äußere Aufhängung 61B ist drehbar um die dritte Achse 18B angeordnet. Ferner weist die zweite Kardanik 60B eine zweite innere Aufhängung 62B auf, die über eine vierte Achse 19B an der zweiten äußeren Aufhängung 61B drehbar angeordnet ist. Über eine dritte Antriebsvorrichtung 24C wird die zweite innere Aufhängung 62B um die vierte Achse 19B gedreht. Ferner ist eine vierte Antriebsvorrichtung 24D vorgesehen, mittels welcher die zweite äußere Aufhängung 61B um die dritte Achse 18B gedreht wird. Hinsichtlich der Anzahl der Antriebsvorrichtungen gilt auch hier das bereits oben Gesagte.
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Jede der vorgenannten Antriebsvorrichtungen 24A bis 24D ist zum berührungslosen Antrieb der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A ausgebildet. Beispielsweise sind die vorgenannten Antriebsvorrichtungen 24A bis 24D als elektromagnetische Aktoren oder als kapazitive Aktoren ausgebildet. Die erste Antriebsvorrichtung 24A und die zweite Antriebsvorrichtung 24B bewegen die erste Bildstabilisierungseinheit 16A durch Verkippen der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A um die erste Achse 18A und/oder die zweite Achse 19A durch Bereitstellen einer Verstellkraft. Ferner bewegen die dritte Antriebsvorrichtung 24C und die vierte Antriebsvorrichtung 24D die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B durch Verkippen der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B um die dritte Achse 18B und/oder die vierte Achse 19B durch Bereitstellen einer Verstellkraft.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die relative Position des ersten Gehäuseteils 2 und des zweiten Gehäuseteils 3 bei dem Fernglas 1 eingestellt werden, sodass zum einen das erste Gehäuseteil 2 an dem einen der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist und so dass zum anderen das zweite Gehäuseteil 3 an dem anderen der beiden Augen des Benutzers angeordnet ist. Bei der Einstellung der relativen Position wird ein sogenannten Knickbrückenwinkel α zwischen einer ersten Scharnierteilachse 72 des ersten Scharnierteils 5 und einer zweiten Scharnierteilachse 73 des zweiten Scharnierteils 6 geändert, wobei die erste Scharnierteilachse 72 und die zweite Scharnierteilachse 73 einen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Gelenkachse 74 aufweisen.
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Die 6 bis 8 zeigen Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A, wie sie in dem ersten Gehäuseteil 2 angeordnet sein kann. Das Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 beruht auf dem Ausführungsbeispiel der 3 bis 5. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Da die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B identisch zu der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A aufgebaut ist, gelten die nachfolgenden Erläuterungen auch für die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B.
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Bei der in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A ist die erste Bildstabilisierungseinheit 16A tubusförmig ausgebildet. Sie wird daher auch als Stabilisatortubus bezeichnet. Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A weist einen Schwerpunkt 34 auf. Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A ist ferner mittels der ersten Kardanik 60A derart im ersten Gehäuseteil 2 angeordnet, dass sie um zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Achsen drehbar gelagert ist, nämlich um die erste Achse 18A und um die zweite Achse 19A (vgl. 4). Die erste Achse 18A und die zweite Achse 19A schneiden sich in einem ersten Schnittpunkt (Gelenkpunkt) auf der ersten optischen Achse 10, welcher dem Schwerpunkt 34 entspricht. Um zu gewährleisten, dass der Schwerpunkt 34 stets im ersten Schnittpunkt liegen kann, weist die erste Bildstabilisierungseinheit 16A ein erstes Ausgleichsmassenelement 25A und ein zweites Ausgleichsmassenelement 26A auf. Sowohl das erste Ausgleichsmassenelement 25A als auch das zweite Ausgleichsmassenelement 26A sind entlang der ersten optischen Achse 10 und senkrecht zur optischen Achse 10 derart verschiebbar gelagert, dass der Schwerpunkt 34 der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A stets in den ersten Schnittpunkt der ersten Achse 18A und der zweiten Achse 19A gelegt werden kann.
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Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. An dem ersten Ende der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A ist das erste Prismenumkehrsystem 56A angeordnet, dessen Funktion bereits weiter oben erläutert wurde. An dem zweiten Ende der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A sind vier Antriebseinheiten angeordnet, nämlich eine erste Antriebseinheit 27, eine zweite Antriebseinheit 28, eine dritte Antriebseinheit 29 und eine vierte Antriebseinheit 30. Die erste Antriebseinheit 27 weist eine erste Spule 27A, ein erstes Kernelement 27B und ein erstes Ankerelement 27C auf. Ferner weist die zweite Antriebseinheit 28 eine zweite Spule 28A, ein zweites Kernelement 28B und ein zweites Ankerelement 28C auf. Die dritte Antriebseinheit 29 weist wiederum eine dritte Spule 29A, ein drittes Kernelement 29B und ein drittes Ankerelement 29C auf. Darüber hinaus ist die vierte Antriebseinheit 30 mit einer vierten Spule 30A, einem vierten Kernelement 30B und einem vierten Ankerelement 30C versehen. Jede der vorgenannten Spulen 27A bis 30A ist um das ihr zugeordnete Kernelement 27B bis 30B gewickelt. Ferner sind jede der vorgenannten Spulen 27A bis 30A und das ihr entsprechend zugeordnete Kernelement 27B bis 30B an der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A unter 90° angeordnet. Hingegen sind die vorgenannten Ankerelemente 27C bis 30C an dem ersten Gehäuseteil 2 unter 90° angeordnet (vgl. 8). Die vorgenannten Antriebseinheiten 27 bis 30 wirken derart, dass die relative Position der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A hinsichtlich des ersten Gehäuseteils 2 durch Verkippung um die erste Achse 18A und/oder die zweite Achse 19A (vgl. 4) einstellbar ist. Dabei werden die erste Antriebseinheit 27 und die dritte Antriebseinheit 29 zur Verkippung um die zweite Achse 19A verwendet. Hingegen werden die zweite Antriebseinheit 28 und die vierte Antriebseinheit 30 zur Verkippung um die erste Achse 18A verwendet. Die vorgenannten Antriebseinheiten 27 bis 30 sind zum Schwerpunkt 34, der im ersten Schnittpunkt liegt, beabstandet angeordnet, um mit geringen Stellkräften eine Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A zu erzielen.
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Um Bewegungen des Fernglases 1, die beispielsweise aufgrund einer Zitterbewegung eines Benutzers entstehen, erfassen zu können, ist bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen eine erste Sensoreinheit 31 an dem ersten Gehäuseteil 2 angeordnet (vgl. 2). Darüber hinaus ist an dem zweiten Gehäuseteil 3 eine zweite Sensoreinheit 32 zur Erfassung einer Bewegung des Fernglases 1 angeordnet. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die erste Sensoreinheit 31 an der ersten Kardanik 60A angeordnet ist und/oder das die zweite Sensoreinheit 32 an der zweiten Kardanik 60B angeordnet ist. Die erste Sensoreinheit 31 und die zweite Sensoreinheit 32 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Drehratensensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet. Die Erfindung ist aber nicht auf die vorgenannten Sensoren eingeschränkt. Vielmehr kann jeder geeignete Sensor als erste Sensoreinheit 31 und/oder als zweite Sensoreinheit 32 verwendet werden.
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Die Erfindung gewährleistet, dass eine gute Stabilisierung der Bildlage bei Bewegungen des Fernglases 1 gewährleistet ist. Diese Bewegungen werden nachfolgend als Störungen bezeichnet, die sich durch eine Störfrequenz und eine Störamplitude auszeichnen. Störende Zitterbewegungen eines Benutzers des Fernglases 1 weisen in der Regel eine Störfrequenz im Bereich von 0 Hz bis 100 Hz auf. Die höchsten Störamplituden liegen dabei in der Regel bei Störfrequenzen in einem Bereich von 0,5, Hz bis 2 Hz. Für höhere Frequenzen nehmen die Störamplituden exponentiell ab. In der Regel sind Störungen mit Störfrequenzen von größer als 20 Hz kaum noch zu bemerken.
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Die Funktionsweise der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Die Stabilisierung der Bildlage erfolgt zum einen durch die Massenträgheit der erste Bildstabilisierungseinheit 16A (bzw. der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B). Es hat sich gezeigt, dass für Störungen mit Störfrequenzen in einem Bereich von 0 Hz bis 10 Hz der Grad der Stabilisierung der Bildlage ausreichend gut ist. Für Störungen mit Störfrequenzen über 10 Hz wird ein Grad der Stabilisierung der Bildlage bis zu 85% erzielt. Um nun eine höheren Grad der Stabilisierung der Bildlage zu erzielen, wird nun eine Stabilisierung mittels der oben beschriebenen Antriebsvorrichtungen 24A bis 24D bzw. Antriebseinheiten 27 bis 30 erzielt. Es handelt sich um eine aktive geregelte Stabilisierung, die bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen nur noch den Anteil der Stabilisierung der Bildlage zur Verfügung stellt, um einen Grad der Stabilisierung der Bildlage von nahezu 100% oder genau 100% zu erzielen.
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Nachfolgend wird die aktive geregelte Stabilisierung der Bildlage für die erste Bildstabilisierungseinheit 16A näher beschrieben. Für die aktive geregelte Stabilisierung der Bildlage für die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B gilt Entsprechendes.
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Die erste Sensoreinheit 31 weist zwei Funktionen auf. Zum einen dient die erste Sensoreinheit 31 der Erfassung einer Bewegung des ersten Gehäuseteils 2. Zum anderen dient die erste Sensoreinheit 31 der Erfassung der relativen Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A zum ersten Gehäuseteil 2, die aufgrund der Massenträgheit der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A erfolgt. Dabei wird die relative Bewegung sowohl hinsichtlich der ersten Achse 18A als auch hinsichtlich der zweiten Achse 19A erfasst. Zum Erzielen eines sehr hohen Grads der Stabilisierung der Bildlage ist es wünschenswert, dass die Bewegung des ersten Gehäuseteils 2 und die relative Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A zum ersten Gehäuseteil 2 dieselbe Amplitude aufweisen und gegenphasig verlaufen.
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Es werden demnach die Auslenkungsamplitude und die Phasenlage der Bewegung des ersten Gehäuseteils 2 sowie der relativen Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A zum ersten Gehäuseteil 2 bestimmt, um Steuersignale für die vorgenannten Antriebsvorrichtungen 24A und 24B bzw. Antriebseinheiten 27 bis 30 zu bestimmen. Ferner wird ein Störwinkel, welcher durch die Auslenkungsamplitude der Bewegung des ersten Gehäuseteils 2 gegeben ist, und ein Relativwinkel, der durch die relative Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A zum ersten Gehäuseteil 2 gegeben ist, bestimmt und addiert. Auf diese Weise ist feststellbar, um welchen Restwinkel die erste Bildstabilisierungseinheit 16A um die erste Achse 18A und/oder die zweite Achse 19A verkippt werden muss, um einen Grad der Stabilisierung der Bildlage von nahezu 100% oder genau 100% zu erzielen. 9 zeigt das Blockschaltbild für eine Steuer- und Kontrolleinheit 37 der ersten Antriebseinheit 27 und der dritten Antriebseinheit 29, welche für die Verkippung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A um die zweite Achse 19A verwendet werden. Ein Signal, welches den ermittelten Restwinkel wiedergibt, wird mittels eines Phasenschiebers/Inverters 38 zum einen phasenverschoben und zum anderen invertiert. Im Anschluss daran wird das Signal mit einem Verstärker 39 verstärkt. Das verstärkte Signal wird mittels eines ersten Operationsverstärkers 40 derart bearbeitet, dass ein positiver Teil des Signals erzeugt und im Anschluss daran der ersten Antriebseinheit 27 zugeführt wird. Ferner wird das verstärkte Signal mittels eines zweiten Operationsverstärkers 41 derart bearbeitet, dass ein negativer Teil des Signals erzeugt und im Anschluss daran der dritten Antriebseinheit 29 zugeführt wird. Im Grunde schneiden die beiden vorgenannten Operationsverstärker 40 und 41 den Teil des verstärkten Signals ab, der nicht für die Ansteuerung der jeweiligen Antriebseinheit verwendet werden soll.
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Zusätzlich ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine dritte Sensoreinheit 33 an der Knickbrücke 4 angeordnet (vgl. 2). Die dritte Sensoreinheit 33 ist als Knickbrückensensor ausgebildet und ermittelt den Knickbrückenwinkel α zwischen der ersten Scharnierteilachse 72 des ersten Scharnierteils 5 und der zweiten Scharnierteilachse 73 des zweiten Scharnierteils 6, wobei die erste Scharnierteilachse 72 und die zweite Scharnierteilachse 73 einen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Gelenkachse 74 aufweisen (vgl. 4 und 5). Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, mittels der dritten Sensoreinheit 33 den tatsächlichen Knickbrückenwinkel α zu bestimmen, was nachfolgend erläutert wird. Beispielsweise kann der Knickbrückenwinkel α in der 4, in welcher die erste Achse 18A und die dritte Achse 18B parallel zueinander angeordnet sind, bereits 175° betragen. In der 5 ist nun eine Ausrichtung der ersten Scharnierteilachse 72 und der zweiten Scharnierteilachse 73 dargestellt, in welcher der Knickbrückenwinkel α beispielsweise 145° beträgt. Dann ist der tatsächliche Knickbrückenwinkel α hinsichtlich der ersten Achse 18A und der dritten Achse 18B die Differenz der beiden gemessenen Knickbrückenwinkel, also 30°. Der auf diese oder ähnliche Weise ermittelte Knickbrückenwinkel ermöglicht nun eine Transformation von Koordinaten eines ersten Koordinatensystems von Baueinheiten des ersten Gehäuseteils 2 in Koordinaten eines zweiten Koordinatensystems von Baueinheiten des zweiten Gehäuseteils 3. Durch den bestimmten Knickbrückenwinkel α und durch ein Signal der ersten Sensoreinheit 31 oder der zweiten Sensoreinheit 32 ist es dann möglich, mindestens eine der vorgenannten Antriebseinheiten bzw. Antriebsvorrichtungen derart anzusteuern, dass eine ausreichende Stabilisierung der Bildlage zur Verfügung gestellt wird. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass man zusätzlich zu der dritten Sensoreinheit 33 nur eine weitere Sensoreinheit (also entweder die erste Sensoreinheit 31 oder die zweite Sensoreinheit 32) benötigt, um mindestens eine der vorgenanten Antriebseinheiten bzw. Antriebsvorrichtungen ausreichend gut anzusteuern.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die aktive Stabilisierung in Abhängigkeit der Bewegung zuschaltbar oder abschaltbar ist. Beispielsweise ist bei einer Beobachtung eines sich bewegenden Objekts eine Stabilisierung der Bildlage manchmal nicht erwünscht. Aus diesem Grunde weist die Steuer- und Kontrolleinheit 37 eine Möglichkeit auf, die Art der Störungen zu erkennen. Hierzu ist ein Prozessor 42 vorgesehen. Eine Möglichkeit der Art der Unterscheidung ist die Störfrequenz und die Störamplitude. Überlegungen haben ergeben, dass Bewegungen aufgrund der Verfolgung eines beobachteten beweglichen Objekts in der Regel unterhalb von 1,5 Hz liegen. Die Auslenkung (Amplitude) ist gegenüber Amplituden einer Zitterbewegung eines Benutzers deutlich größer, wobei die Amplituden der Zitterbewegung eines Benutzers in der Regel bis zu ±0,5° betragen. Wenn ein bewegtes Objekt mit dem Fernglas 1 verfolgt wird, kann der Prozessor 42 die aktive Stabilisierung abschalten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Prozessor 42 die aktive Stabilisierung nur hinsichtlich einer einzelnen der Kippachsen, also der ersten Achse 18A und der zweiten Achse 19A, abschaltet. Eine Verkippung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A hinsichtlich der anderen Achse erfolgt weiterhin.
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Die hier beschriebene aktive Stabilisierung ist auch noch für einen ganz anderen Zweck sehr hilfreich. Das Fernglas 1 weist in der Regel einen binokularen Fehler auf, der durch die Abweichung der beiden optischen Achsen zueinander gegeben ist. Die beiden optischen Achsen sollten möglichst parallel zueinander sein. Abweichungen von einem zulässigen maximalen binokularen Fehler sind beispielsweise im Prozessor 42 erfasst. Im Betrieb ist es mittels der aktiven Stabilisierung nun möglich, den binokularen Fehler mittels einer geeigneten Ansteuerung der aktiven Stabilisierung derart zu verkleinern, dass der zulässige maximale binokulare Fehler unterschritten wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die hier beschriebene aktive Stabilisierung mit einer passiven Bildstabilisierung mit viskoser Dämpfung (beispielsweise unter Verwendung einer Wirbelstrombremse) zu kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fernglas
- 2
- erstes Gehäuseteil
- 3
- zweites Gehäuseteil
- 4
- Knickbrücke
- 5
- erstes Scharnierteil
- 6
- zweites Scharnierteil
- 7
- erstes Aufnahmeteil
- 8
- zweites Aufnahmeteil
- 9
- drittes Aufnahmeteil
- 10
- erste optische Achse
- 11
- zweite optische Achse
- 12
- erstes optisches Teilsystem
- 13
- zweites optisches Teilsystem
- 14A
- erstes Objektiv
- 14B
- zweites Objektiv
- 15A
- erstes Auge
- 15B
- zweites Auge
- 16A
- erste Bildstabilisierungseinheit
- 16B
- zweite Bildstabilisierungseinheit
- 17A
- erstes Okular
- 17B
- zweites Okular
- 18A
- erste Achse
- 18B
- dritte Achse
- 19A
- zweite Achse
- 19B
- vierte Achse
- 23A
- linke Zwischenbildebene
- 23B
- rechte Zwischenbildebene
- 24A
- erste Antriebsvorrichtung
- 24B
- zweite Antriebsvorrichtung
- 24C
- dritte Antriebsvorrichtung
- 24D
- vierte Antriebsvorrichtung
- 25A
- erstes Ausgleichsmassenelement
- 26A
- zweites Ausgleichsmassenelement
- 27
- erste Antriebseinheit
- 27A
- erste Spule
- 27B
- erstes Kernelement
- 27C
- erstes Ankerelement
- 28
- zweite Antriebseinheit
- 28A
- zweite Spule
- 28B
- zweites Kernelement
- 28C
- zweites Ankerelement
- 29
- dritte Antriebseinheit
- 29A
- dritte Spule
- 29B
- drittes Kernelement
- 29C
- drittes Ankerelement
- 30
- vierte Antriebseinheit
- 30A
- vierte Spule
- 30B
- viertes Kernelement
- 30C
- viertes Ankerelement
- 31
- erste Sensoreinheit
- 32
- zweite Sensoreinheit
- 33
- dritte Sensoreinheit
- 34
- erster Schnittpunkt (Schwerpunkt)
- 37
- Steuer- und Kontrolleinheit
- 38
- Phasenschieber/Inverter
- 39
- Verstärker
- 40
- erster Operationsverstärker
- 41
- zweiter Operationsverstärker
- 42
- Prozessor
- 51A
- erste Fronteinheit
- 51B
- zweite Fronteinheit
- 52A
- erste Fokussiereinheit
- 52B
- zweite Fokussiereinheit
- 53
- Drehknopf
- 54A
- erste Aperturblende
- 54B
- zweite Aperturblende
- 55A
- erste Augenmuschel
- 55B
- zweite Augenmuschel
- 56A
- erstes Prismenumkehrsystem
- 56B
- zweites Prismenumkehrsystem
- 60A
- erste Kardanik
- 60B
- zweite Kardanik
- 61A
- erste äußere Aufhängung
- 61B
- zweite äußere Aufhängung
- 62A
- erste innere Aufhängung
- 62B
- zweite innere Aufhängung
- 72
- erste Scharnierteilachse
- 73
- zweite Schrnierteilachse
- 74
- Gelenkachse
- O
- Objekt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2353101 C3 [0003]
- DE 3933255 C2 [0004]
- DE 283415803 [0005]