WO2014108425A1 - Optical system for imaging an object and method for operating said optical system - Google Patents
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- G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
Definitions
- the invention relates to an optical system for imaging an object and to a method for operating the optical system.
- the optical system is designed to image an object, the optical system having a lens, an image stabilization unit and an image plane.
- the optical system is additionally provided with an eyepiece.
- optical system is used, for example, in a telescope or a pair of binoculars.
- optical systems in the form of binoculars which have two housings in the form of two tubes.
- a first imaging unit is arranged, which has a first optical axis.
- a second imaging unit is arranged, which has a second optical axis.
- binoculars are known from the prior art, which have a first housing in the form of a first tube having a first optical axis and a second housing in the form of a second tube having a second optical axis.
- the first housing is connected to the second housing via a buckling bridge, wherein the buckling bridge has a first hinge part arranged on the first housing, and wherein the buckling bridge has a second hinge part arranged on the second housing.
- the buckling bridge has a bending axis.
- an optical system in the form of a telescope which has a lens, an image stabilization unit in the form of a prism reversing system and an eyepiece.
- the prism reversing system is gimballed in a housing of the telescope.
- the prism reversing system is arranged in a housing of the telescope such that the prism reversing system is rotatably mounted about two axes arranged at right angles to one another.
- a device for rotatable mounting a device is usually used, which is referred to as Kardanik.
- a hinge point of the gimbal-mounted in the housing reversing system is arranged centrally between an image-side main plane of the lens and an object-side main plane of the eyepiece.
- the gimbal-mounted prism reversing system is not moved due to its inertia due to rotational movements occurring. It thus remains firmly in the room. In this way, image degradation caused by movement of the housing is compensated.
- a binocular femal glass with an image stabilization unit which has a prism reversing system.
- the prism reversing system has Porro prisms, each having a tilt axis.
- the Porro prisms are formed pivotable about their respective tilt axis.
- Engines are provided for pivoting the Porro prisms.
- the panning is dependent on a dithering motion that causes a wobble of an observed image.
- Pivoting movements of an optical system performed in particular to save energy in the operation of the Schmstabili- s mecanicssaku (or the image stabilization units).
- Shivering movements are usually characterized by high frequencies (for example, in the Range from 4 Hz to 15 Hz).
- intentional movements are characterized by low frequencies (for example in the range from 0 Hz to 4 Hz). Therefore, it is desirable to distinguish between intentional movements (in which the image is to be stabilized) and unwanted movements (where the image is not to be stabilized). In other words, high frequencies (ie, dithering) and thus image degradation should be compensated for in a desired movement.
- US Pat. No. 7,460,154 B2 proposes a device and a method for distinguishing a desired movement from an unwanted movement (in particular a dithering movement).
- the known device has a sensor for detecting a rotational movement of an optical system, a high-pass filter and an integration unit. By means of the sensor, a detection signal is generated, which is filtered with the high-pass filter. The filtered signal is then integrated with the integration unit for a predetermined time.
- a limiting frequency is predetermined in the known method for the high-pass filter and a limit output signal is specified for the integration unit. If the cut-off frequency and the limit output signal are exceeded, there is an unwanted movement. In this case, the image is stabilized.
- the integration time is changed gradually (ie slowly). Accordingly, in the known method, the transition takes place from the first operating mode to the second operating mode (or vice versa) just as slowly. This can lead to problems with very short and sudden unwanted or intentional movements of the optical system, since a fast switching between the two operating modes is not possible quickly.
- the invention is therefore based on the object to provide a device and a method that can detect both slow and fast intentional and unwanted movements of an optical system and with which optionally an image stabilization can be performed.
- the optical system according to the invention is designed to image an object.
- the optical system is designed, for example, as a binocular binocular or a binocular telescope. However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to such an optical system.
- the optical system according to the invention has at least one first objective, at least one first image stabilization unit and at least one first image plane, wherein, viewed from the first objective in the direction of the first image plane, first the first objective, then the first image stabilization unit and then the first image plane along a first optical Axis are arranged. Accordingly, the aforementioned units are arranged in the following order along the first optical axis: first objective - first image stabilization unit - first image plane.
- the optical system according to the invention has at least one first detection unit for detecting a desired or unwanted Verschwen- kung of the optical system about a first axis of rotation.
- the first axis of rotation is arranged, for example, perpendicular to the first optical axis.
- the first detection unit has at least one first low-pass filter.
- Image stabilization is therefore carried out in particular when the optical system moves inadvertently. Additionally or alternatively, it is provided that an image stabilization is performed depending on the type of pivoting. Thus, it is provided that an image stabilization over a wide frequency bandwidth only takes place when there is only an unwanted movement. For example, in the case of an unwanted movement, the image stabilization takes place in the frequency bandwidth of 0 Hz to 20 Hz. In the case of intentional slight pivoting, image stabilization in the frequency bandwidth of 5 Hz to 20 Hz can take place in one exemplary embodiment. In the case of an intended stronger pivoting, in one exemplary embodiment additionally or alternatively image stabilization in the frequency bandwidth of 8 Hz to 20 Hz can take place.
- an image stabilization in the frequency bandwidth of 12 Hz to 20 Hz can take place.
- the aforementioned frequency ranges are to be understood as examples.
- the stated range limits can take any suitable value.
- the properties of the desired motion should be evaluated and the evaluated signals should then be used for image stabilization.
- the recognition unit has the above-mentioned low-pass filter or several low-pass filters. This provides or ensure that low frequencies, which has a desired pivoting substantially pass through the low-pass filter unhindered and the further signal processing for image stabilization can be supplied. The high frequencies are filtered out by the low-pass filter.
- Perceptual limit (usually at about 20 Hz), the human eye takes Although no trembling or a flicker more true, but a picture blur due to a movement, which is given by a smearing. However, it is not absolutely necessary to correct this image blur. Therefore, these frequencies are filtered out. They therefore do not contribute to the image stabilization. Thus, basically, only the low frequencies of intentional pivoting provide the basis for image stabilization and serve to control movement of the image stabilization unit.
- Another embodiment of the invention is based on the consideration that a deliberate pivoting of the optical system is characterized in particular by two properties. This is the one already mentioned above low frequency of the desired pivoting, but on the other hand, a large amplitude of the desired pivoting. Unwanted pivoting, in particular dithering movements, as a rule, have a much smaller amplitude than desired pivoting of the optical system. It has been recognized that one may additionally or alternatively use the amplitude of the intentional pivoting to determine (detect) the type of movement of the optical system.
- the first detection unit has at least one first integration unit, which is connected downstream of the first low-pass filter. In particular, it is at one
- the first integration unit comprises at least a first input line having at least a first input signal and at least a first output line having at least a first output signal, wherein the first output signal is determined by the following equation:
- a (ti) is the first input signal at a first time
- KU is the first output signal at the first time ti
- ⁇ ( ⁇ ( ⁇ )) is a function for controlling a timing of the first output signal to the value zero, which is dependent on the first output signal at the first time t 1 , as well as
- I (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
- the function ⁇ can be varied in a non-linear manner as a function of the amplitude of the pivoting of the optical system.
- the integration by means of the integration unit then takes place nonlinearly in such a way that the first output signal of the integration unit leads to a decreasing stabilization by the image stabilization unit, the lower the speed of the pivoting of the optical system and the greater the deflection (amplitude) of the pivoting.
- the compensation of the dithering movement ie the image stabilization due to the dithering movement
- Pivoting of the optical system, during the pivoting of the optical system (ie during the movement of the optical system) in the image stabilization substantially or exclusively only higher-frequency movements are filtered out
- Low-frequency movements are not filtered out and are used for image stabilization.
- a (ti) is the first input signal at the first time ti, which is the first output signal at the first time
- F ( ⁇ () is a function for controlling a timing of the first output signal at the first time to the value zero, which is dependent on the first output signal at the first time, as well
- (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
- F is any suitable non-linear function.
- the function F is designed such that the function F increases the function variable of the function F disproportionately. Therefore, the function F is designed as a polynomial function, for example.
- the above can also be expressed more generally in another embodiment of the optical system according to the invention also as follows.
- the optical system has at least one of the following features:
- the function for controlling the control of the first output signal to the value zero is designed to proportionally increase or decrease the first output signal at the first time, or
- the function for controlling the control of the first output signal to the value zero is formed at least 3 times proportional enlargement or reduction of the first output signal at the first time.
- the function for controlling the guidance of the first output signal to the value zero for non-linear enlargement or reduction of the first output signal is formed at the first time.
- optical system has the following features:
- first the second objective, then the second image stabilization unit and then the second image plane are arranged along a second optical axis.
- the aforementioned units are arranged in the following order along the second optical axis: second objective - second image stabilization unit - second image plane.
- the aforementioned embodiment of the optical system is designed, for example, as a binocular optical system, in particular as binocular binoculars or binocular telescope. It therefore has two imaging units, namely a first imaging unit (with the first lens, the first image stabilization unit and the first image plane) and a second imaging unit (with the second lens, the second image stabilization unit and the second image plane).
- the optical system at least one second detection unit for detecting a desired or unwanted pivoting of the optical system by one having second axis of rotation.
- the second axis of rotation is arranged, for example, perpendicular to the second optical axis.
- the second detection unit has at least one second low-pass filter and is additionally or alternatively provided with a second integration unit, which is connected downstream of the second low-pass filter.
- the second integration unit may be formed identically to the first integration unit.
- the first objective, the first image stabilization unit and the first image plane are arranged in a first housing and that the second objective, the second image stabilization unit and the second image plane in a second Housing are arranged.
- the first objective, the first image stabilization unit and the first image plane are arranged in a first housing and that the second objective, the second image stabilization unit and the second image plane in a second Housing are arranged.
- Housing is connected to the second housing via at least one buckling bridge, that the buckling bridge has a arranged on the first housing first hinge part and that the buckling bridge has a arranged on the second housing second hinge part.
- the buckling bridge has a bent axis. If the two housings are pivoted relative to one another about the bending axis, the distance of the two housings from one another changes.
- the first detection unit has at least one first motion detector for detecting a movement of the optical system. Additionally or alternatively, it is provided that the second detection unit has at least one second motion detector for detecting a movement of the optical system.
- the first motion detector and / or the second motion detector can be configured, for example, as an angular velocity detector. However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to an angular velocity detector. Rather, any suitable motion detector can be used in the invention.
- the invention also relates to a method of operating an optical system having at least one of the above or below features or a combination of at least two of the above or below features.
- a pivoting (or, more generally, a movement) of the optical system is first determined by means of the first detection unit and / or the second detection unit.
- a corresponding first detection signal of the first detection unit and / or a second detection signal of the second detection unit is / are generated and provided.
- the first detection signal is filtered by means of the first low-pass filter.
- a first filter signal is generated, which is used to determine the pivoting as a deliberate or unwanted pivoting.
- the second detection signal is filtered by means of the second low-pass filter.
- a second filter signal is generated, which is used to determine the pivoting as a deliberate or unwanted pivoting.
- the first filter signal is integrated by means of the first integration unit and that the first output signal is determined by equation 1 or equation 2.
- the second filter signal is integrated by means of the second integration unit and that the second output signal is determined by equation 1 or equation 2.
- 1A is a first schematic representation of an optical system in the form of a binocular with a buckling bridge.
- Fig. 1 B is a second schematic representation of the binoculars after
- Fig. 2A is a schematic representation of a first optical
- Fig. 2B is a third schematic representation of the binoculars after
- Fig. 2C is a first sectional view of the binoculars along the line
- 2D is a second sectional view of the binoculars along the
- FIG. 2E is an enlarged sectional view of an image stabilizing unit of the binoculars according to FIGS. 2C and 2D; FIG.
- 3A to 3C are schematic representations of a piezo-bending actuator
- FIG. 4 shows a schematic representation of a first block diagram of control and measuring units
- FIG. 5 is a schematic representation of another block diagram of control and measuring units of Figure 4; and FIG. 6 shows a schematic representation of low-pass filters.
- FIG. 1A shows a first schematic representation of the binoculars 1, which has a tube-shaped first housing part 2 and a tubular second housing part 3. On the other hand, extends through the second housing part 3, a second optical axis 1 1.
- the first housing part 2 is connected to the second housing part 3 via a buckling bridge 4 with each other through the first housing part 2.
- the buckling bridge 4 has a first hinge part 5, which is integrally formed on the first housing part 2.
- the buckling bridge 4 has a second hinge part 6, which is arranged on the second housing part 3. is net.
- the first hinge part 5 has a first receiving part 7 and a second receiving part 8, between which a third receiving part 9 of the second hinge part 6 is arranged.
- the second receiving part 8 and the third receiving part 9 extends a pivot pin (not shown), so that the relative position of the first housing part 2 and the second housing part 3 about a hinge axis 74 can be adjusted to each other.
- the first housing part 2 and the second housing part 3 it is possible to adjust the first housing part 2 and the second housing part 3 to the pupil distance of a user, so that on the one hand the first housing part 2 is arranged on the one of the two eyes of the user and so that on the other the second housing part 3 at the other of the two eyes of the user is arranged.
- FIG. 1B shows a further illustration of the binoculars 1.
- the first housing part 2 has a first optical subsystem 12.
- the first optical subsystem 12 is provided with a first objective 14A, with a first image stabilization unit 16A designed as a first prism system and a first eyepiece 17A.
- a first eye 15A of a user for observing an object O may be arranged.
- the first optical axis 10 of the first optical subsystem 12 is displaced laterally somewhat due to the first prism system 16A (first image stabilization unit 16A), resulting in a stepped configuration of the first optical axis 10.
- the first lens 14A in this embodiment consists of a first front unit 51A and a first focusing unit 52A.
- Other embodiments of the first lens 14A provide a different number of individual lenses or lenticum lenses.
- either the first eyepiece 17A or the first focusing unit 52A may be displaced axially along the first optical axis 10.
- the first front unit 51A or even the full first objective 14A is displaced along the first optical axis 10.
- the first front unit 51A and the first focusing unit 52A are displaced relative to one another.
- the second housing part 3 has a second optical subsystem 13.
- the second optical subsystem 13 is provided with a second lens 14B, with one as Prism system formed second image stabilization unit 16B and provided with a second eyepiece 17B. At the second eyepiece 17B, a second eye 15B of the user for observing the object O can be arranged.
- the second optical axis 1 1 of the second optical subsystem 13 is displaced laterally somewhat due to the second image stabilization unit 16B (prism system), so that a stepped configuration of the second optical axis 1 1 occurs.
- the second lens 14B in this embodiment consists of a second front unit 51B and a second focusing unit 52B. Further embodiments of the second objective 14B provide a different number of individual lenses or cemented lenses made of lenses. For the purpose of focusing the object O viewed through binoculars 1, either the second eyepiece 17B or the second focusing unit 52B may be displaced axially along the second optical axis 1. In a further embodiment, the second front unit 51 B or even the complete second objective 14 B is displaced along the second optical axis 1. In another embodiment, the second front unit 51B and the second focusing unit 52B are displaced relative to each other.
- the beam direction of the light beams incident on the optical subsystems 12, 13 is as follows: Object O - objective 14A, 14B - image stabilizing unit (prism system) 16A, 16B - eyepiece 17A, 17B - eye 15A, 15B ,
- Object O - objective 14A, 14B - image stabilizing unit (prism system) 16A, 16B - eyepiece 17A, 17B - eye 15A, 15B For focusing is in the embodiment shown here at the
- a rotary knob 53 is arranged, with which the first focusing unit 52A and the second focusing unit 52B can be moved together along the two optical axes 10 and 1 1.
- Both the first lens 14A and the second lens 14B generate in the embodiment shown here, a real, relative to the object of interest 0 upside down image in the respective lens 14A, 14B associated image plane.
- the first prism associated with the first objective 14A mens system 16A (first image stabilizing unit) and the second prism system 16B (second image stabilizing unit) associated with the second lens 14B are used for image erecting.
- the upside down image is repositioned and displayed in a new image plane, the left intermediate image plane 23A or the right intermediate image plane 23B.
- the first prism system 16A (first image stabilization unit) and the second prism system 16B (second image stabilization unit) may be constructed as Abbe-König prism system, Schmidt-Pechan prism system, Uppendahl prism system, Porro prism system or other prism system variant.
- a field field which sharply delimits the field of vision is arranged in the left intermediate image plane 23A.
- a field field sharply defining the field of view may be arranged in the right intermediate image plane 23B.
- the first eyepiece 17A is used to adjust the image of the left intermediate image plane 23A to any distance, e.g. at infinity or at a different distance. Further, the second eyepiece 17B is used to move the image of the right intermediate image plane 23B to an arbitrary distance, e.g. at infinity or at a different distance.
- the first aperture stop 54A of the first optical subsystem 12 and the second aperture stop 54B of the second optical subsystem 13 can either by a socket of an optical element of the corresponding optical subsystem 12, 13, usually through the lens of the first front unit 51 A or the second front unit 51 B, or be formed by a separate aperture. It can be imaged in the beam direction by the corresponding optical subsystem 12 or 13 in a plane which lies in the beam direction behind the corresponding eyepiece 17A or 17B and is typically 5 to 25 mm away from it. This plane is called the plane of the exit pupil.
- a telescopic, turnable or foldable first eyecup 55A may be provided on the first eyepiece 17A and an extendable, turnable or foldable second eyecup 55B may be provided on the second eyepiece 17B.
- the outer lens 1 has a first detection unit 37A (not shown in FIG. 1B). Furthermore, the binoculars on a second detection unit 37 B (not shown in Figure 1 B). The first recognition unit 37A and the second recognition unit 37B will be discussed in more detail below.
- FIG. 2A shows a schematic representation of the first optical subsystem 12, which is arranged in the first housing part 2.
- the arranged in the second housing part 3 second optical subsystem 3 has an identical structure as the first optical subsystem 12.
- the following statements with regard to the first optical subsystem 12 also apply to the second optical subsystem 13.
- the first objective 14A, the first image stabilizing unit 16A and the first eyepiece 17A are arranged along the first optical axis 10 from the object O in the direction of the first eye 15A of the user.
- the first image stabilization unit 16A is designed as a prism reversing system.
- the first image stabilization unit 16A is designed as a lens reversing system.
- the second optical subsystem 13 has an identical structure as the first optical subsystem 12.
- the second prism system is designed as a second image stabilization unit 16B.
- FIG. 2B shows a further schematic representation of the binoculars 1.
- FIG. 28 is based on FIG. 1 B. Identical components are provided with the same reference numerals.
- Figure 2B now also shows the moving devices for the first image stabilizing unit 16A and the second image stabilizing unit 16B.
- the first image stabilization unit 16A is arranged in a first gimbal 60A.
- the second image stabilization unit 16B is arranged in a second gimbal 60B.
- the arrangement of the two image stabilization units 16A and 16B is shown in more detail in FIG. 2C.
- the first gimbal 60A has a first outer suspension 61A which is arranged on the first housing part 2 via a first axis 18A.
- the first outer suspension 61A is rotatably disposed about the first axis 18A.
- the first gimbal 60A has a first inner suspension. 62A, which is rotatably arranged on a second axis 19A on the first outer suspension 61A. Via a first drive unit 24A, the first inner suspension 62A is rotated about the second axis 19A.
- a second drive unit 24B is provided, by means of which the first outer suspension 61A is rotated about the first axis 18A.
- Figure 2E shows the above in an enlarged view.
- the first image stabilizing unit 16A is held on the first inner suspension 62A by means of clamp holders 71.
- the second image stabilization unit 16B is arranged on the second gimbal 60B.
- the second gimbal 60B has a second outer suspension 61 B, which is disposed on the second housing part 3 via a third axis 18B.
- the second outer suspension 61 B is rotatably disposed about the third axis 18 B.
- the second gimbal 60B has a second inner suspension 62B which is rotatably disposed on the second outer suspension 61B via a fourth axis 19B.
- the second inner suspension 62B Via a third drive unit 24C, the second inner
- FIG. 2A shows the first optical subsystem 12.
- the first image stabilizing unit 16A is arranged by means of the first gimbals 60A such that it is rotatably mounted about two mutually orthogonal axes, namely about the first axis 18A and about the second axis 19A , which protrudes into the leaf level.
- the first axis 18A and the second axis 19A intersect at a first intersection 20A.
- the first intersection 20A is arranged differently from a first optically neutral point on the first optical axis 10.
- FIGS. 3A-3C show schematic representations of a drive unit 24 in the form of a piezo-bending actuator, wherein an actuator is understood as an actuating element which can generate a force or a movement.
- an actuator is understood as an actuating element which can generate a force or a movement.
- the first Drive unit 24A, second drive unit 24B, third drive unit 24C, and fourth drive unit 24D are constructed, for example, identically to drive unit 24.
- FIG. 3A shows a schematic representation of the drive unit 24.
- the drive unit 24 has a first piezoceramic 25 and a second piezoceramic 26, which are arranged on top of each other. Via a voltage unit 27, both the first piezoceramic 25 and the second piezoceramic 26 can be supplied with a voltage. In other words, a first voltage is applied to the first piezoceramic 25, and a second voltage is applied to the second piezoceramic 26.
- first piezoceramic 25 and on the second piezoceramic 26 are switched in opposite polarity, so that, for example, the first piezoceramic 25 expands and, secondly, the second piezoceramic 26 contracts. This bends the overall arrangement of the first piezoceramic 25 and the second piezoceramic 26, as shown in Figures 3B and 3C. These movements are now used to move the first image stabilizing unit 16A or the second image stabilizing unit 16B. It is explicitly pointed out that the invention is not limited to the described drive unit 24 in the form of a piezo-bending actuator. Rather, any type of drive units can be used, which for the
- Drive units that do not work on the basis of piezo technology.
- Other suitable drive units based on the piezoelectric technique are for example a piezo linear actuator, a piezo traveling wave actuator or an ultrasonic motor.
- a first sensor for movement relative to the first axis 18A and a second sensor for movement relative to the second axis 19A are provided.
- a third sensor is for movement relative to the third axis 18B and a fourth sensor for movement relative to the fourth Axis 19B provided.
- a Hall sensor is used as the sensor.
- the invention is not limited to this type of sensors. Rather, any suitable type of sensor and any suitable number of sensors may be used. The aforementioned sensor serves to improve the quality of image stabilization. It is explicitly pointed out that the invention is not limited to the use of such a sensor. Rather, no sensor can be provided in the invention.
- FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the control and measurement unit of the binoculars 1.
- the illustrated embodiment has two detection units, namely the first detection unit 37A and the second detection unit 37B.
- the first detection unit 37A is connected to a first angular velocity detector 38, to the first gimbals 60A of the first image stabilization unit 16A, to the first drive unit 24A, and to the second drive unit 24B.
- the first detection unit 37A is arranged, for example, in the first housing part 2.
- the second detection unit 37B is connected to a second angular velocity detector 39, to the second gimbals 60B of the second image stabilization unit 16B, to the third drive unit 24C, and to the fourth drive unit 24D.
- the second detection unit 37B is arranged, for example, in the second housing part 3.
- a buckling bridge sensor 40 (see Figure 1 B) is connected to both the first detection unit 37A and the second detection unit 37B.
- the first angular velocity detector 38 is connected to the second detection unit 37B.
- the second angular velocity detector 39 is connected to the first detection unit 37A. Accordingly, this embodiment uses a separate detection unit on the one hand for the first optical subsystem 12 in the first housing part 2 and on the other hand for the second optical subsystem 13 in the second housing part 3, although the angular velocity detectors 38, 39 for detecting movements of the binoculars 1 be shared.
- the first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39 are used to detect movements, in particular pivoting, of the binoculars 1. For example, they delect rotational and / or translational jitter movements, but also deliberate pivoting of the binoculars 1 about at least one axis. Such a deliberate Verschwen- kung occurs, for example, in the tracking of an observed, moving object O.
- the binoculars 1 has a buckling bridge sensor 40.
- the use of the buckling bridge sensor 40 has the following background.
- the relative position of the axes of rotation (namely, first axis 18A and second axis 19A of the first image stabilizing unit 16A and the third axis 18B and the fourth axis 19B of the second image stabilizing unit 16B) changes when the eyepoint is adjusted via the bending bridge 4.
- the buckling bridge sensor 40 now determines a so-called buckling bridge angle ⁇ between a first hinge part axis 72 of the first hinge part 5 and a second one
- Hinge part axis 73 of the second hinge part 6, wherein the first hinge part axis 72 and the second hinge part axis 73 have a common point of intersection with the hinge axis 74 (see Figures 2C and 2D).
- it is provided, for example, to determine the actual buckling bridge angle ⁇ by means of the buckling bridge sensor 40, which will be explained below.
- An orientation of the first hinge part axis 72 and the second hinge part axis 73 is shown in FIG.
- the buckling bridge angle ⁇ is 145 °, for example.
- the actual buckling bridge angle ⁇ with respect to the first axis 18A and the third axis 18B is the difference between the two measured buckling bridge angles, ie 30 °.
- the buckling bridge angle determined in this or a similar way now permits a transformation of coordinates of a first coordinate system of structural units of the first housing part 2 into coordinates of a second coordinate system of structural units of the second housing part 3.
- FIG. 5 shows a further block diagram, which is based on FIG.
- Figure 5 illustrates the relationship of the angular velocity detectors 38 and 39, the Recognition units 37A and 37B and the drive units 24A to 24D.
- the first detection unit 37A is connected to the first angular velocity detector 38.
- the first detection unit 37A has a first low-pass filter 80A which is directly connected to the first angular velocity detector 38.
- a first analog-to-digital converter 81A is connected downstream of the first low-pass filter 80A.
- a first integration unit 82A is connected downstream of the first analog-to-digital converter 81A.
- the first detection unit 37A has a first operation mode switch 83A and a first parameter unit 84A.
- the first parameter unit 84A is connected to the first integration unit 82A and is connected between the first operation mode switch 83A and the first integration unit 82A. It has also already been mentioned above that the second detection unit 37B is connected to the second angular velocity detector 39.
- Detection unit 37 B has a second Täefpassfilter 80 B, which is directly connected to the second angular velocity detector 39.
- a second analog-to-digital converter 81 B is connected downstream of the second low-pass filter 80B.
- a second integration unit 82 B is connected downstream of the second analog-to-digital converter 81 B.
- the second detection unit 37B has a second operation mode switch 83B and a second parameter unit 84B.
- the second parameter unit 84B is connected to the second integration unit 82B and is connected between the second operation mode switch 83B and the second integration unit 82B.
- the type of the two low-pass filters 80A and 80B is arbitrary. In a particular embodiment of the binoculars 1, however, it is intended to use a combination of an electrical low-pass filter, a digital low-pass filter and a digital first-order shelving filter, wherein the aforementioned filters are connected in series. In this combination of filters is advantageous that a delay of the input signal of the combination of the aforementioned filter and the output signal of the combination of the aforementioned filter of 45 °. Pure low-pass filters have a delay of 90 °.
- an angular velocity due to a movement of the binoculars 1 relative to the observed environment is first detected by means of the first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39.
- the first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39 provide motion dependent angular velocity signals.
- the angular velocity signal of the first angular velocity detector 38 is supplied to the first detection unit 37A.
- the angular velocity signal of the second angular velocity detector 39 is supplied to the second detection unit 37B. More specifically, the angular velocity signal of the first angular velocity detector 38 is supplied to the first low-pass filter 80A, and the angular velocity signal of the second angular velocity detector 39 is supplied to the second low-pass filter 80B.
- the two low-pass filters 80A and 80B ensure that frequencies up to 20 Hz pass unhindered through the two low-pass filters 80A and 80B and can be supplied to the further signal processing for image stabilization.
- the high frequencies which are above the frequency range to be stabilized are filtered out by the two low-pass filters 80A and 80B. They therefore do not contribute to the image stabilization.
- the filtered signal of the first low-pass filter 80A is forwarded to the first integration unit 82A via the first analog-to-digital converter 81A.
- the function ⁇ can be set in the first parameter unit 84A by operating the first operation mode switch 83A.
- the properties of the image stabilization can be adjusted. For example, it can be selected how long an image stabilization is to take place or whether image stabilization is to take place only with a pivoting from a limiting amplitude.
- the function ⁇ is given, for example, as follows:
- ⁇ is an arbitrary parameter that determines how fast the output of the first small amplitude integration unit 82A of the swivels drops back to zero. If a small parameter ⁇ is selected (for example in the range of 0.1), only higher frequencies remaining in the signal are used for the image stabilization. If the parameter ⁇ is close to 1 (for example, 0.9), then basically all the remaining frequencies in the signal are used for the image stabilization.
- y 2 is also a freely selectable parameter that determines how strong the influence of the amplitude of the pivoting of the binoculars 1 is on the frequency response. At small values of y 2 (for example, 0.1), high magnitudes still cause higher frequencies remaining in the signal to be used for image stabilization. If the parameter ⁇ 2 is large, then this already happens at small Amplitudes (for example, when ⁇ 2 is in the range of 1, in particular at about 0.9).
- the output signal of the first integration unit 82A can also be determined by equation 2, which is reproduced below:
- the function F can be defined in an embodiment of the binoculars 1 analogous to equation 3, that is by:
- Equation 3 With regard to the meaning of the variables, reference is made to above. Furthermore, what has already been said about Equation 3 also applies to Equation 4.
- the function F can be, for example, a polynomial, in particular in the form
- the output signal of the first integration unit 82A is then directed to the first drive unit 24A and the second drive unit 24B, so that the first gimbal 60A for image stabilization is driven.
- Rotation angles about the rotation axes of the first image stabilizing unit 16A are detected.
- the determined angles of rotation are then converted into first correction angles by which the first image stabilization unit 16A has to be rotated in order to be positioned in space.
- At least one of the preceding and / or following angular velocity detectors is replaced by an acceleration detector.
- FIG. 6 shows a schematic representation of the first low-pass filter 80A and the second low-pass filter 80B.
- the first low-pass filter 80A is a combination of an electric low-pass filter 100A, a digital low-pass filter 101A, and a first-order digital shelving filter 102A, the aforementioned filters being connected in series.
- the second low-pass filter 80B is a combination of an electric low-pass filter 100B, a digital low-pass filter 10 ⁇ and a first-order digital shelving filter 102B, the aforementioned filters being connected in series.
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Abstract
The invention relates to an optical system for imaging an object and method for operating said optical system. The aim of the invention is to provide a device and a method for detecting slow as well as fast desired and undesired movements of the optical system and which can optionally carry out image stabilization. According to the invention, an optical system with a first lens (14A), a first image stabilizing unit (16A) and a first image plane (23A) is provided and when seen from the first lens (14A) in the direction of the first image plane (23A) are arranged along a first optical axis (10), the first being the first lens (14A), then the first image stabilizing unit (16A) and then the first image plane (23A). Said optical system (1) also comprises a first detection unit (37A) for detecting a desired or an undesired pivoting of the optical system (1) about a first rotational axis, the first detection unit (37A) being provided with a first low pass filter.
Description
Optisches System zur Abbildung eines Objekts sowie Verfahren zum Betrieb des optischen Systems Optical system for imaging an object and method for operating the optical system
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Abbildung eines Objekts sowie ein Verfahren zum Betrieb des optischen Systems. Das optische System ist zur Abbildung eines Objekts ausgebildet, wobei das optische System ein Objektiv, eine Bildstabilisierungseinheit und eine Bildebene aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise das optische System zusätzlich mit einem Okular versehen. The invention relates to an optical system for imaging an object and to a method for operating the optical system. The optical system is designed to image an object, the optical system having a lens, an image stabilization unit and an image plane. For example, in one embodiment, the optical system is additionally provided with an eyepiece.
Das oben bezeichnete optische System wird beispielsweise in einem Fernrohr oder einem Fernglas eingesetzt. Beispielsweise sind optische Systeme in Form von Ferngläsern bekannt, die zwei Gehäuse in Form von zwei Tuben aufweisen. In einem ersten Tubus ist eine erste Abbildungseinheit angeordnet, die eine erste optische Achse aufweist. In einem zweiten Tubus ist eine zweite Abbildungseinheit angeordnet, die eine zweite optische Achse aufweist. Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Ferngläser bekannt, die ein erstes Gehäuse in Form eines ersten Tubus mit einer ersten optischen Achse und ein zweites Gehäuse in Form eines zweiten Tubus mit einer zweiten optischen Achse aufweisen. Das erste Gehäuse ist mit dem zweiten Gehäuse über eine Knickbrücke verbunden, wobei die Knickbrücke ein an dem ersten Gehäuse angeordnetes erstes Scharnierteil aufweist und wobei die Knickbrücke ein an dem zweiten Gehäuse angeordnetes zweites Scharnierteil aufweist. Die Knickbrücke weist eine Knickachse auf. The above-mentioned optical system is used, for example, in a telescope or a pair of binoculars. For example, optical systems in the form of binoculars are known, which have two housings in the form of two tubes. In a first tube, a first imaging unit is arranged, which has a first optical axis. In a second tube, a second imaging unit is arranged, which has a second optical axis. In addition, binoculars are known from the prior art, which have a first housing in the form of a first tube having a first optical axis and a second housing in the form of a second tube having a second optical axis. The first housing is connected to the second housing via a buckling bridge, wherein the buckling bridge has a first hinge part arranged on the first housing, and wherein the buckling bridge has a second hinge part arranged on the second housing. The buckling bridge has a bending axis.
Werden die beiden Gehäuse relativ zueinander um die Knickachse geschwenkt, verändert sich der Abstand der beiden Gehäuse zueinander. If the two housings are pivoted relative to one another about the bending axis, the distance of the two housings from one another changes.
Das durch das Fernrohr oder das Fernglas von einem Beobachter erfasste Bild wird oft verwackelt wahrgenommen, da Zitterbewegungen oder Drehbewegungen der Hände des Benutzers, aber auch Bewegungen des Untergrundes wiederum Bewegungen des optischen Systems relativ zur Umgebung verursachen. Um dieses zu umgehen, ist es bekannt, Bilder in einem optischen System zu stabili-
sieren. Bekannte Lösungen verwenden Stabilisierungseinrichtungen zur Stabilisierung des Bildes mittels einer mechanischen Einrichtung und/oder einer elektronischen Einrichtung. Aus der DE 23 53 101 C3 ist ein optisches System in Form eines Fernrohrs bekannt, das ein Objektiv, eine Bildstabilisierungseinheit in Form eines Prismen- umkehrsystems sowie ein Okular aufweist. Das Prismenumkehrsystem ist karda- nisch in einem Gehäuse des Fernrohrs gelagert. Hierunter wird verstanden, dass das Prismenumkehrsystem derart in einem Gehäuse des Fernrohrs angeordnet ist, dass das Prismenumkehrsystem um zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Achsen drehbar gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung wird in der Regel eine Vorrichtung verwendet, die als Kardanik bezeichnet wird. Ein Gelenkpunkt des kardanisch im Gehäuse gelagerten Umkehrsystems ist mittig zwischen einer bildseitigen Hauptebene des Objektivs und einer objektseitigen Hauptebene des Okulars angeordnet. Das kardanisch gelagerte Prismenumkehrsystem wird aufgrund seiner Trägheit durch auftretende Drehbewegungen nicht bewegt. Es bleibt somit fest im Raum stehen. Auf diese Weise wird eine Bildverschlechterung, die aufgrund der Bewegung des Gehäuses entsteht, kompensiert. Aus der DE 39 33 255 C2 ist ein binokulares Femglas mit einer Bildstabilisierungseinheit 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. Die Schwenkung erfolgt in Abhängigkeit einer Zitterbewegung, die ein Wackeln eines beobachteten Bildes verursacht. The image captured by the telescope or the binoculars by an observer is often perceived as blurred, since dithering or rotating movements of the user's hands, as well as movements of the background in turn cause movements of the optical system relative to the environment. To avoid this, it is known to stabilize images in an optical system. Sieren. Known solutions use stabilizers to stabilize the image by means of a mechanical device and / or an electronic device. From DE 23 53 101 C3, an optical system in the form of a telescope is known, which has a lens, an image stabilization unit in the form of a prism reversing system and an eyepiece. The prism reversing system is gimballed in a housing of the telescope. This is understood to mean that the prism reversing system is arranged in a housing of the telescope such that the prism reversing system is rotatably mounted about two axes arranged at right angles to one another. For rotatable mounting a device is usually used, which is referred to as Kardanik. A hinge point of the gimbal-mounted in the housing reversing system is arranged centrally between an image-side main plane of the lens and an object-side main plane of the eyepiece. The gimbal-mounted prism reversing system is not moved due to its inertia due to rotational movements occurring. It thus remains firmly in the room. In this way, image degradation caused by movement of the housing is compensated. From DE 39 33 255 C2, a binocular femal glass with an image stabilization unit is known which has a prism reversing system. The prism reversing system has Porro prisms, each having a tilt axis. The Porro prisms are formed pivotable about their respective tilt axis. Engines are provided for pivoting the Porro prisms. The panning is dependent on a dithering motion that causes a wobble of an observed image.
Ferner ist aus der US 6,414,793 B1 ein weiteres binokulares Fernglas mit einer Bildstabiiisierungseinheit bekannt. Furthermore, another binocular telescope with a Bildstabiiisierungseinheit is known from US 6,414,793 B1.
Es ist wünschenswert, dass die vorbeschriebene Stabilisierung mittels der It is desirable that the above-described stabilization by means of
Bildstabiiisierungseinheit nur bei Zitterbewegungen und bewusst gewollten Bildstabiiisierungseinheit only with shaking and deliberately intentional
Schwenkbewegungen eines optischen Systems, beispielsweise eines Fernglases, durchgeführt werden, um insbesondere Energie bei der Betätigung der Bildstabili- sierungseinheit (oder den Bildstabilisierungseinheiten) zu sparen. Zitterbewegungen zeichnen sich in der Regel durch hohe Frequenzen (beispielsweise im
Bereich von 4 Hz bis 15 Hz) aus. Hingegen sind gewollte Bewegungen durch niedrige Frequenzen (beispielsweise im Bereich von 0 Hz bis 4 Hz) charakterisiert. Daher ist es wünschenswert, zwischen gewollten Bewegungen (bei denen eine Stabilisierung des Bildes erfolgen soll) und ungewollten Bewegungen (bei denen keine Stabilisierung des Bildes erfolgen soll) zu unterscheiden. Mit anderen Worten ausgedrückt, sollen bei einer gewollten Bewegung hohe Frequenzen (also Zitterbewegung) und somit eine Bildverschlechterung kompensiert werden. Pivoting movements of an optical system, such as a binoculars, performed in particular to save energy in the operation of the Bildstabili- sierungsseinheit (or the image stabilization units). Shivering movements are usually characterized by high frequencies (for example, in the Range from 4 Hz to 15 Hz). On the other hand, intentional movements are characterized by low frequencies (for example in the range from 0 Hz to 4 Hz). Therefore, it is desirable to distinguish between intentional movements (in which the image is to be stabilized) and unwanted movements (where the image is not to be stabilized). In other words, high frequencies (ie, dithering) and thus image degradation should be compensated for in a desired movement.
In der US 7,460,154 B2 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, um eine gewollte Bewegung von einer ungewollten Bewegung (insbesondere einer Zitterbewegung) zu unterscheiden. Die bekannte Vorrichtung weist einen Sensor zur Detektion einer Drehbewegung eines optischen Systems, einen Hochpassfilter und eine Integrationseinheit auf. Mittels des Sensors wird ein Detektionssignal erzeugt, welches mit dem Hochpassfilter gefiltert wird. Das gefilterte Signal wird dann mit der Integrationseinheit über eine vorgegebene Zeit integriert. Um nun eine gewollte Bewegung von einer ungewollten Bewegung zu unterscheiden, werden bei dem bekannten Verfahren für den Hochpassfilter eine Grenzfrequenz und für die Integrationseinheit ein Grenzausgangssignal .vorgegeben. Wenn die Grenzfrequenz und das Grenzausgangssignal überschritten werden, liegt eine ungewollte Bewegung vor. In diesem Fall erfolgt eine Stabilisierung des Bildes. US Pat. No. 7,460,154 B2 proposes a device and a method for distinguishing a desired movement from an unwanted movement (in particular a dithering movement). The known device has a sensor for detecting a rotational movement of an optical system, a high-pass filter and an integration unit. By means of the sensor, a detection signal is generated, which is filtered with the high-pass filter. The filtered signal is then integrated with the integration unit for a predetermined time. In order to distinguish a desired movement from an unwanted movement, a limiting frequency is predetermined in the known method for the high-pass filter and a limit output signal is specified for the integration unit. If the cut-off frequency and the limit output signal are exceeded, there is an unwanted movement. In this case, the image is stabilized.
Darüber hinaus ist es aus der US 7,460,154 B2 ebenfalls bekannt, die Integrationszeit der Integrationseinheit über einen vorgegebenen Zeitraum zu verändern, um die Auslenkung der Bildstabilisierungseinheit auf Null zurückzuführen. Mit anderen Worten ausgedrückt wird die Integrationszeit derart verändert, dass das Ausgangssignal der Integrationseinheit derart variiert wird, dass nach und nach die Auslenkung der Bildstabilisierungseinheit verringert wird, bis keine Auslenkung der Bildstabilisierungseinheit erfolgt. Dies weist den Effekt auf, dass zwischen zwei Betriebsmodi, nämlich dem Stabiiisieren des Bildes einerseits (erster Moreover, it is also known from US Pat. No. 7,460,154 B2 to change the integration time of the integration unit over a predetermined period in order to reduce the deflection of the image stabilization unit to zero. In other words, the integration time is changed such that the output signal of the integration unit is varied such that the deflection of the image stabilization unit is gradually reduced until no deflection of the image stabilization unit takes place. This has the effect that between two modes of operation, namely the stabilization of the image on the one hand (first
Betriebsmodus) und dem ungewollten Verschwenken ohne Stabilisierung des Bildes andererseits (zweiter Betriebsmodus), ein fast nahtloser Übergang ermöglicht wird, so dass Benutzer des optischen Systems nicht irritiert werden. Er wird kein Bild mit einem sprunghaften Übergang von dem ersten Betriebsmodus zum zweiten Betriebsmodus sehen. Das bekannte Verfahren weist jedoch einen Operating mode) and unwanted panning without stabilizing the image on the other hand (second operating mode), an almost seamless transition is made possible so that users of the optical system are not irritated. It will not see a picture with a sudden transition from the first mode of operation to the second mode of operation. However, the known method has one
Nachteil auf. Wie oben erläutert, wird die Integrationszeit nach und nach (also langsam) verändert. Demnach erfolgt bei dem bekannten Verfahren der Übergang
vom ersten Betriebsmodus zum zweiten Betriebsmodus (oder umgekehrt) genau so langsam. Dies kann bei sehr kurzen und plötzlichen ungewollten oder gewollten Bewegungen des optischen Systems zu Problemen führen, da ein schnelles Umschalten zwischen den beiden Betriebsmodi nicht schnell möglich ist. Disadvantage on. As explained above, the integration time is changed gradually (ie slowly). Accordingly, in the known method, the transition takes place from the first operating mode to the second operating mode (or vice versa) just as slowly. This can lead to problems with very short and sudden unwanted or intentional movements of the optical system, since a fast switching between the two operating modes is not possible quickly.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die sowohl langsame als auch schnelle gewollte und ungewollte Bewegungen eines optischen Systems erfassen können und mit denen gegebenenfalls eine Bildstabilisierung durchgeführt werden kann. The invention is therefore based on the object to provide a device and a method that can detect both slow and fast intentional and unwanted movements of an optical system and with which optionally an image stabilization can be performed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem optischen System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb des optischen Systems ist durch die Merkmale des Anspruchs 13 gegeben. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung und/oder aus den beigefügten Figuren. According to the invention, this object is achieved with an optical system having the features of claim 1. A method for operating the optical system is given by the features of claim 13. Further features of the invention will become apparent from the other claims, from the following description and / or from the accompanying figures.
Das erfindungsgemäße optische System ist zur Abbildung eines Objekts ausgebildet. Das optische System ist beispielsweise als ein binokulares Fernglas oder ein binokulares Fernrohr ausgebildet. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein derartiges optisches System eingeschränkt ist. The optical system according to the invention is designed to image an object. The optical system is designed, for example, as a binocular binocular or a binocular telescope. However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to such an optical system.
Das erfindungsgemäße optische System weist mindestens ein erstes Objektiv, mindestens eine erste Bildstabilisierungseinheit und mindestens eine erste Bildebene auf, wobei von dem ersten Objektiv in Richtung der ersten Bildebene gesehen zunächst das erste Objektiv, dann die erste Bildstabilisierungseinheit und dann die erste Bildebene entlang einer ersten optischen Achse angeordnet sind. Demnach sind die vorgenannten Einheiten in der folgenden Reihenfolge entlang der ersten optischen Achse angeordnet: erstes Objektiv - erste Bildstabilisierungseinheit - erste Bildebene. The optical system according to the invention has at least one first objective, at least one first image stabilization unit and at least one first image plane, wherein, viewed from the first objective in the direction of the first image plane, first the first objective, then the first image stabilization unit and then the first image plane along a first optical Axis are arranged. Accordingly, the aforementioned units are arranged in the following order along the first optical axis: first objective - first image stabilization unit - first image plane.
Ferner weist das erfindungsgemäße optische System mindestens eine erste Erkennungseinheit zur Erkennung einer gewollten oder ungewollten Verschwen- kung des optischen Systems um eine erste Rotationsachse auf. Die erste Rotationsachse ist beispielsweise senkrecht zur ersten optischen Achse angeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System ist nun auch vorgesehen, dass die erste Erkennungseinheit mindestens einen ersten Tiefpassfilter aufweist.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass ein einfaches und zuverlässiges optisches System zur Erkennung der Art einer Bewegung und ein entsprechendes Verfahren dadurch bereitgestellt werden können, dass die Eigenschaften, welche eine gewollte oder ungewollte Verschwenkung direkt beschreiben, ausgewertet werden und die entsprechenden ausgewerteten Signale zur Bildstabilisierung verwendet werden. Es wurde erkannt, dass eine Bildstabilisierung dann wirklich von Vorteil ist, wenn tatsächlich keine gewollte Verschwenkung (allgemeiner ausgedrückt: keine gewollte Bewegung) vorliegt. Eine Bildstabi- lisierung wird daher insbesondere dann durchgeführt, wenn sich das optische System ungewollt bewegt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, dass eine Bildstabilisierung in Abhängigkeit der Art der Verschwenkung durchgeführt wird. So ist es vorgesehen, dass eine Bildstabilisierung über eine große Frequenzbandbreite nur dann erfolgt, wenn nur eine ungewollte Bewegung vorliegt. Bei- spielsweise erfolgt bei einer ungewollten Bewegung die Bildstabilisierung in der Frequenzbandbreite von 0 Hz bis 20 Hz. Bei einem gewollten leichten Verschwenken kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Bildstabilisierung in der Frequenzbandbreite von 5 Hz bis 20 Hz erfolgen. Bei einem gewollten stärkeren Verschwenken kann bei einem Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ eine Bildstabilisierung in der Frequenzbandbreite von 8 Hz bis 20 Hz erfolgen. Bei einem gewollten schnellen Verschwenken kann bei einem Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ eine Bildstabilisierung in der Frequenzbandbreite von 12 Hz bis 20 Hz erfolgen. Die vorgenannten Frequenzbereiche sind beispielhaft zu verstehen. Die genannten Bereichsgrenzen können jeden geeigneten Wert annehmen. Furthermore, the optical system according to the invention has at least one first detection unit for detecting a desired or unwanted Verschwen- kung of the optical system about a first axis of rotation. The first axis of rotation is arranged, for example, perpendicular to the first optical axis. In the optical system according to the invention it is now also provided that the first detection unit has at least one first low-pass filter. The invention is based on the surprising finding that a simple and reliable optical system for detecting the type of movement and a corresponding method can be provided by evaluating the properties which directly describe intentional or unintentional pivoting and the corresponding evaluated signals used for image stabilization. It has been recognized that image stabilization is really beneficial when in fact there is no intentional pivoting (more generally, no intentional motion). Image stabilization is therefore carried out in particular when the optical system moves inadvertently. Additionally or alternatively, it is provided that an image stabilization is performed depending on the type of pivoting. Thus, it is provided that an image stabilization over a wide frequency bandwidth only takes place when there is only an unwanted movement. For example, in the case of an unwanted movement, the image stabilization takes place in the frequency bandwidth of 0 Hz to 20 Hz. In the case of intentional slight pivoting, image stabilization in the frequency bandwidth of 5 Hz to 20 Hz can take place in one exemplary embodiment. In the case of an intended stronger pivoting, in one exemplary embodiment additionally or alternatively image stabilization in the frequency bandwidth of 8 Hz to 20 Hz can take place. In the case of a desired fast pivoting, in one exemplary embodiment additionally or alternatively an image stabilization in the frequency bandwidth of 12 Hz to 20 Hz can take place. The aforementioned frequency ranges are to be understood as examples. The stated range limits can take any suitable value.
Demnach sollen die Eigenschaften der gewollten Bewegung ausgewertet und die ausgewerteten Signale sollen dann für die Bildstabilisierung verwendet werden. Dieser Vorteil wird dadurch erzielt, dass die Erkennungseinheit den oben genann- ten Tiefpassfilter oder mehrere Tiefpassfilter aufweist. Dieser stellt bzw. diese stellen sicher, dass niedrige Frequenzen, welche eine gewollte Verschwenkung im Wesentlichen aufweist, ungehindert den Tiefpassfilter passieren und der weiteren Signalverarbeitung zur Bildstabilisierung zugeführt werden können. Die hohen Frequenzen werden durch den Tiefpassfilter herausgefiltert. Wenn eine Bewegung des optischen Systems durch eine Frequenz charakterisiert ist, die oberhalb einerAccordingly, the properties of the desired motion should be evaluated and the evaluated signals should then be used for image stabilization. This advantage is achieved in that the recognition unit has the above-mentioned low-pass filter or several low-pass filters. This provides or ensure that low frequencies, which has a desired pivoting substantially pass through the low-pass filter unhindered and the further signal processing for image stabilization can be supplied. The high frequencies are filtered out by the low-pass filter. When a movement of the optical system is characterized by a frequency that is above a
Wahrnehmungsgrenze (in der Regel bei ca. 20 Hz) liegt, nimmt das menschliche Auge
zwar kein Zittern oder ein Flimmern mehr wahr, sondern eine Bildunschärfe aufgrund einer Bewegung, welche durch eine Verschmierung gegeben ist. Allerdings ist es nicht unbedingt notwendig, diese Bildunschärfe zu korrigieren. Daher werden diese Frequenzen herausgefiltert. Sie tragen daher zur Bildstabilisierung nicht bei. Demnach bilden im Grunde nur die niedrigen Frequenzen der gewollten Verschwenkung die Grundlage für die Bildstabilisierung und dienen der Steuerung einer Bewegung der Bildstabilisierungseinheit. Perceptual limit (usually at about 20 Hz), the human eye takes Although no trembling or a flicker more true, but a picture blur due to a movement, which is given by a smearing. However, it is not absolutely necessary to correct this image blur. Therefore, these frequencies are filtered out. They therefore do not contribute to the image stabilization. Thus, basically, only the low frequencies of intentional pivoting provide the basis for image stabilization and serve to control movement of the image stabilization unit.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine gewollte Verschwenkung des optischen Systems insbesondere durch zwei Eigenschaften gekennzeichnet ist. Dies ist zum einen die bereits oben genannte niedrige Frequenz der gewollten Verschwenkung, aber zum anderen auch eine große Amplitude der gewollten Verschwenkung. Ungewollte Verschwenkungen, insbesondere Zitterbewegungen, weisen nämlich in der Regel eine viel kleinere Amplitude als gewollte Verschwenkungen des optischen Systems auf. Es wurde erkannt, dass man die Amplitude der gewollten Verschwenkung zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung (Erkennung) der Art der Bewegung des optischen Systems mit heranziehen kann. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Erkennungseinheit mindestens eine erste Integrationseinheit aufweist, welche dem ersten Tiefpassfilter nachgeschaltet ist. Insbesondere ist es bei einem Another embodiment of the invention is based on the consideration that a deliberate pivoting of the optical system is characterized in particular by two properties. This is the one already mentioned above low frequency of the desired pivoting, but on the other hand, a large amplitude of the desired pivoting. Unwanted pivoting, in particular dithering movements, as a rule, have a much smaller amplitude than desired pivoting of the optical system. It has been recognized that one may additionally or alternatively use the amplitude of the intentional pivoting to determine (detect) the type of movement of the optical system. In this embodiment of the optical system according to the invention it is additionally or alternatively provided that the first detection unit has at least one first integration unit, which is connected downstream of the first low-pass filter. In particular, it is at one
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems vorgesehen, dass die erste Integrationseinheit mindestens eine erste Eingangsleitung mit mindestens einem ersten Eingangssignal und mindestens eine erste Ausgangsleitung mit mindestens einem ersten Ausgangssignal aufweist, wobei das erste Ausgangssignal durch die folgende Gleichung bestimmt ist: Embodiment of the optical system according to the invention provided that the first integration unit comprises at least a first input line having at least a first input signal and at least a first output line having at least a first output signal, wherein the first output signal is determined by the following equation:
I(t2 ) = y( (t,))- (t,) + a{t,) [Gleichung 1] wobei I (t 2 ) = y ((t,)) - (t,) + a {t,) [Equation 1] where
a(ti) das erste Eingangssignal zu einem ersten Zeitpunkt ist,a (ti) is the first input signal at a first time,
KU) das erste Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt ti ist,
γ (Σ(ίι)) eine Funktion zur Steuerung einer zeitlichen Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist, die abhängig vom ersten Ausgangssignal zum ersten Zeitpunkt t1 ist, sowieKU) is the first output signal at the first time ti, γ (Σ (ίι)) is a function for controlling a timing of the first output signal to the value zero, which is dependent on the first output signal at the first time t 1 , as well as
I(t2) das erste Ausgangssignal zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ist. I (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
Für dieses Ausführungsbeispiel wurde überraschend erkannt, dass die Funktion γ in nichtlinearer Art in Abhängigkeit der Amplitude der Verschwenkung des optischen Systems variiert werden kann. Die Integration mittels der Integrationseinheit erfolgt dann nichtlinear derart, dass das erste Ausgangssignal der Integrati- onseinheit zu einer geringer werdenden Stabilisierung durch die Bildstabilisierungseinheit führt, je niedriger die Geschwindigkeit der Verschwenkung des optischen Systems und je größer die Auslenkung (Amplitude) der Verschwenkung ist. Mit anderen Worten ausgedrückt wird auf diese Weise die Kompensation der Zitterbewegung (also die Bildstabilisierung bedingt durch die Zitterbewegung) „intrinsisch adaptiert", also innerhalb der Erkennungseinheit in Abhängigkeit der Amplitude der Verschwenkung des optischen Systems angepasst. Die Bildstabilisierung erfolgt in Abhängigkeit der (gewollten) Verschwenkung des optischen Systems, wobei während der Verschwenkung des optischen Systems (also während der Bewegung des optischen Systems) bei der Bildstabilisierung im Wesentlichen oder ausschließlich nur höherfrequente Bewegungen herausgefiltert werden. Niederfrequente Bewegungen werden nicht herausgefiltert und werden zur Bildstabilisierung verwendet. For this embodiment, it has surprisingly been recognized that the function γ can be varied in a non-linear manner as a function of the amplitude of the pivoting of the optical system. The integration by means of the integration unit then takes place nonlinearly in such a way that the first output signal of the integration unit leads to a decreasing stabilization by the image stabilization unit, the lower the speed of the pivoting of the optical system and the greater the deflection (amplitude) of the pivoting. In other words, in this way the compensation of the dithering movement (ie the image stabilization due to the dithering movement) is "intrinsically adapted", ie adjusted within the recognition unit as a function of the amplitude of the pivoting of the optical system. Pivoting of the optical system, during the pivoting of the optical system (ie during the movement of the optical system) in the image stabilization substantially or exclusively only higher-frequency movements are filtered out Low-frequency movements are not filtered out and are used for image stabilization.
Je schneller die Verschwenkung des optischen Systems vorgenommen wird, umso weniger erfolgt eine Kompensation der Schwenkbewegung (also eine Bildstabilisierung). Dies stellt sicher, dass es keinen .sprunghaften" Übergang zwischen einem Schwenkmodus (also einem Modus mit einer Verschwenkung und einer angepassten Bildstabilisierung) und einem Beobachtungsmodus (kein Verschwenken und einer vollständigen Bildstabilisierung) gibt. Wenn von einem der vorge- nannten Modi in den anderen der vorgenannten Modi übergegangen wird, dann bleibt das mit dem optischen System erhaltene Bild für den Benutzer artefaktfrei. The faster the pivoting of the optical system is made, the less compensation is made for the pivoting movement (ie image stabilization). This ensures that there is no "transient" transition between a panning mode (that is, a mode with panning and an adjusted image stabilization) and an observation mode (no panning and full image stabilization) when from one of the aforementioned modes to the other In the case of the above-mentioned modes, the image obtained with the optical system remains artifact-free for the user.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass das erste Ausgangsignal der ersten Ausgangsleitung durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
Σ(ί2 ) = F(E(t, }) + afo ) [Gleichung 2] wobei In a further embodiment of the optical system according to the invention, it is alternatively or additionally provided that the first output signal of the first output line is determined by the following equation: Σ (ί 2 ) = F (E (t,}) + afo) [Equation 2] where
a(ti) das erste Eingangssignal zu dem ersten Zeitpunkt ti ist, das erste Ausgangssignai zu dem ersten Zeitpunkt ist,a (ti) is the first input signal at the first time ti, which is the first output signal at the first time,
F (Σ( ) eine Funktion zur Steuerung einer zeitlichen Führung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt auf den Wert Null ist, die abhängig vom ersten Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt ist, sowieF (Σ () is a function for controlling a timing of the first output signal at the first time to the value zero, which is dependent on the first output signal at the first time, as well
(t2) das erste Ausgangssignal zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ist. (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass dies eine weitere Möglichkeit ist, ein nichtlineares Verhalten der Integrationseinheit zu erzielen. F ist dabei eine beliebige geeignete nichtlineare Funktion. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist die Funktion F derart ausgestaltet, dass die Funktion F die Funktionsvariable der Funktion F überproportional vergrößert. Daher ist die Funktion F beispielsweise als polynomische Funktion ausgestaltet. Das Vorgenannte kann etwas allgemeiner bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems auch wie nachfolgend ausgedrückt werden. So ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: It has surprisingly been found that this is another way to achieve a non-linear behavior of the integration unit. F is any suitable non-linear function. In one embodiment of the optical system according to the invention, the function F is designed such that the function F increases the function variable of the function F disproportionately. Therefore, the function F is designed as a polynomial function, for example. The above can also be expressed more generally in another embodiment of the optical system according to the invention also as follows. Thus, it is additionally or alternatively provided that the optical system has at least one of the following features:
- die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist zur proportionalen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet, oderthe function for controlling the control of the first output signal to the value zero is designed to proportionally increase or decrease the first output signal at the first time, or
- die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist zur mindestens 3-fachen proportionalen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet.
Hinsichtlich der Vorteile und Effekte wird auf weiter oben verwiesen. - The function for controlling the control of the first output signal to the value zero is formed at least 3 times proportional enlargement or reduction of the first output signal at the first time. With regard to the advantages and effects, reference is made above.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null zur nichtlinearen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet ist. In a further embodiment of the optical system according to the invention it is additionally or alternatively provided that the function for controlling the guidance of the first output signal to the value zero for non-linear enlargement or reduction of the first output signal is formed at the first time.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das optische System die folgenden Merkmale aufweist: In yet another embodiment of the optical system according to the invention, it is additionally or alternatively provided that the optical system has the following features:
- mindestens ein zweites Objektiv, at least one second objective,
- mindestens eine zweite Bildstabilisierungseinheit, und at least one second image stabilization unit, and
- mindestens eine zweite Bildebene. - At least one second image plane.
Es ist vorgesehen, dass von dem zweiten Objektiv in Richtung der zweiten Bildebene gesehen zunächst das zweite Objektiv, dann die zweite Bildstabilisierungseinheit und dann die zweite Bildebene entlang einer zweiten optischen Achse angeordnet sind. Somit sind die vorgenannten Einheiten in der folgenden Reihenfolge entlang der zweiten optischen Achse angeordnet: zweites Objektiv - zweite Bildstabilisierungseinheit - zweite Bildebene. Die vorgenannte Ausführungsform des optischen Systems ist beispielsweise als binokulares optisches System ausgebildet, insbesondere als binokulares Fernglas oder binokulares Fernrohr. Sie weist demnach zwei Abbildungseinheiten auf, nämlich eine erste Abbildungseinheit (mit dem ersten Objektiv, der ersten Bildstabilisierungseinheit und der ersten Bildebene) und eine zweite Abbildungseinheit (mit dem zweiten Objektiv, der zweiten Bildstabilisierungseinheit und der zweiten Bildebene). It is provided that, viewed from the second objective in the direction of the second image plane, first the second objective, then the second image stabilization unit and then the second image plane are arranged along a second optical axis. Thus, the aforementioned units are arranged in the following order along the second optical axis: second objective - second image stabilization unit - second image plane. The aforementioned embodiment of the optical system is designed, for example, as a binocular optical system, in particular as binocular binoculars or binocular telescope. It therefore has two imaging units, namely a first imaging unit (with the first lens, the first image stabilization unit and the first image plane) and a second imaging unit (with the second lens, the second image stabilization unit and the second image plane).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es zusätzlich vorgesehen, dass das optische System mindestens eine zweite Erkennungseinheit zur Erkennung einer gewollten oder ungewollten Verschwenkung des optischen Systems um eine
zweite Rotationsachse aufweist. Die zweite Rotationsachse ist beispielsweise senkrecht zur zweiten optischen Achse angeordnet. Ferner weist die zweite Erkennungseinheit mindestens einen zweiten Tiefpassfilter auf und ist zusätzlich oder alternativ mit einer zweiten Integrationseinheit versehen, welche dem zweiten Tiefpassfilter nachgeschaltet ist. Die zweite Integrationseinheit kann identisch zu der ersten Integrationseinheit ausgebildet sein. Die Merkmale der ersten Integrationseinheit wurden bereits oben erläutert, so dass auf weiter oben verwiesen wird. In a further embodiment, it is additionally provided that the optical system at least one second detection unit for detecting a desired or unwanted pivoting of the optical system by one having second axis of rotation. The second axis of rotation is arranged, for example, perpendicular to the second optical axis. Furthermore, the second detection unit has at least one second low-pass filter and is additionally or alternatively provided with a second integration unit, which is connected downstream of the second low-pass filter. The second integration unit may be formed identically to the first integration unit. The features of the first integration unit have already been explained above, so that reference is made above.
Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das erste Objektiv, die erste Bildstabilisierungseinheit sowie die erste Bildebene in einem ersten Gehäuse angeordnet sind und dass das zweite Objektiv, die zweite Bildstabilisierungseinheit sowie die zweite Bildebene in einem zweiten Gehäuse angeordnet sind. Beispielsweise ist es zusätzlich vorgesehen, dass das ersteIn yet another embodiment of the optical system according to the invention, it is additionally or alternatively provided that the first objective, the first image stabilization unit and the first image plane are arranged in a first housing and that the second objective, the second image stabilization unit and the second image plane in a second Housing are arranged. For example, it is additionally provided that the first
Gehäuse mit dem zweiten Gehäuse über mindestens eine Knickbrücke verbunden ist, dass die Knickbrücke ein an dem ersten Gehäuse angeordnetes erstes Scharnierteil aufweist und dass die Knickbrücke ein an dem zweiten Gehäuse angeordnetes zweites Scharnierteil aufweist. Die Knickbrücke weist eine Knick- achse auf. Werden die beiden Gehäuse relativ zueinander um die Knickachse geschwenkt, verändert sich der Abstand der beiden Gehäuse zueinander. Housing is connected to the second housing via at least one buckling bridge, that the buckling bridge has a arranged on the first housing first hinge part and that the buckling bridge has a arranged on the second housing second hinge part. The buckling bridge has a bent axis. If the two housings are pivoted relative to one another about the bending axis, the distance of the two housings from one another changes.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems weist die erste Erkennungseinheit mindestens einen ersten Bewegungs- detektor zur Detektion einer Bewegung des optischen Systems auf. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite Erkennungseinheit mindestens einen zweiten Bewegungsdetektor zur Detektion einer Bewegung des optischen Systems aufweist. Der erste Bewegungsdetektor und/oder der zweite Bewegungsdetektor kann/können beispielsweise als Winkelgeschwindigkeitsde- tektor ausgebildet sein. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor eingeschränkt ist. Vielmehr kann bei der Erfindung jeder geeignete Bewegungsdetektor verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems, das mindesten eines der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale oder eine Kombination aus mindestens zwei der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale aufweist. Bei dem optischen System wird zunächst eine Verschwenkung (oder allgemeiner ausgedrückt: eine Bewegung) des optischen Systems mittels der ersten Erkennungseinheit und/oder der zweiten Erkennungseinheit ermittelt. Ein entsprechendes erstes Detektionssignal der ersten Erkennungseinheit und/oder ein zweites Detektionssignal der zweiten Erkennungseinheit wird/werden erzeugt und bereitgestellt. Das erste Detektionssignal wird mittels des ersten Tiefpassfil- ters gefiltert. Es wird ein erstes Filtersignal erzeugt, das zur Bestimmung der Verschwenkung als eine gewollte oder ungewollte Verschwenkung verwendet wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass das zweite Detektionssignal mittels des zweiten Tiefpassfilters gefiltert wird. Es wird ein zweites Filtersignal erzeugt, das zur Bestimmung der Verschwenkung als eine gewollte oder ungewollte Verschwenkung verwendet wird. In yet another embodiment of the optical system according to the invention, the first detection unit has at least one first motion detector for detecting a movement of the optical system. Additionally or alternatively, it is provided that the second detection unit has at least one second motion detector for detecting a movement of the optical system. The first motion detector and / or the second motion detector can be configured, for example, as an angular velocity detector. However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to an angular velocity detector. Rather, any suitable motion detector can be used in the invention. The invention also relates to a method of operating an optical system having at least one of the above or below features or a combination of at least two of the above or below features. In the optical system, a pivoting (or, more generally, a movement) of the optical system is first determined by means of the first detection unit and / or the second detection unit. A corresponding first detection signal of the first detection unit and / or a second detection signal of the second detection unit is / are generated and provided. The first detection signal is filtered by means of the first low-pass filter. A first filter signal is generated, which is used to determine the pivoting as a deliberate or unwanted pivoting. Additionally or alternatively, it is provided that the second detection signal is filtered by means of the second low-pass filter. A second filter signal is generated, which is used to determine the pivoting as a deliberate or unwanted pivoting.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das erste Filtersignal mittels der ersten Integrationseinheit integriert wird und dass das erste Ausgangssignal durch die Gleichung 1 oder die Gleichung 2 bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass das zweite Filtersignal mittels der zweiten Integrationseinheit integriert wird und dass das zweite Ausgangssignal durch die Gleichung 1 oder die Gleichung 2 bestimmt wird. In a further exemplary embodiment of the method according to the invention, it is additionally or alternatively provided that the first filter signal is integrated by means of the first integration unit and that the first output signal is determined by equation 1 or equation 2. Additionally or alternatively, it is provided that the second filter signal is integrated by means of the second integration unit and that the second output signal is determined by equation 1 or equation 2.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen The invention will now be described with reference to an embodiment by means of figures. Show
Fig. 1A eine erste schematische Darstellung eines optischen Systems in Form eines Fernglases mit einer Knickbrücke; 1A is a first schematic representation of an optical system in the form of a binocular with a buckling bridge.
Fig. 1 B eine zweite schematische Darstellung des Fernglases nach Fig. 1 B is a second schematic representation of the binoculars after
Figur 1A; Figure 1A;
Fig. 2A eine schematische Darstellung eines ersten optischen Fig. 2A is a schematic representation of a first optical
Teilsystems;
Fig. 2B eine dritte schematische Darstellung des Fernglases nachsubsystem; Fig. 2B is a third schematic representation of the binoculars after
Figur 1A; Figure 1A;
Fig. 2C eine erste Schnittdarstellung des Fernglases entlang der Linie Fig. 2C is a first sectional view of the binoculars along the line
A-A gemäß Figur 2B; A-A according to FIG. 2B;
Fig. 2D eine zweite Schnittdarstellung des Fernglases entlang der 2D is a second sectional view of the binoculars along the
Linie A-A gemäß Figur 2B; Line A-A according to Figure 2B;
Fig. 2E eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Bildstabilisierungseinheit des Fernglases gemäß den Figuren 2C und 2D; FIG. 2E is an enlarged sectional view of an image stabilizing unit of the binoculars according to FIGS. 2C and 2D; FIG.
Fig. 3A bis 3C schematische Darstellungen eines Piezo-Biegeaktors; 3A to 3C are schematic representations of a piezo-bending actuator;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ersten Blockschaltbilds von Steuer- und Messeinheiten; 4 shows a schematic representation of a first block diagram of control and measuring units;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Blockschaltbilds von Steuer- und Messeinheiten nach Figur 4; sowie Fig. 6 eine schematische Darstellung von Tiefpassfiltern. Fig. 5 is a schematic representation of another block diagram of control and measuring units of Figure 4; and FIG. 6 shows a schematic representation of low-pass filters.
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. Figur 1A 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 1 1. Das erste Gehäuseteil 2 ist mit dem zweiten Gehäuseteil 3 über eine Knickbrücke 4 miteinander 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 angeord-
net 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. The invention will be discussed below with reference to an optical system in the form of binocular binoculars 1 (hereinafter referred to as binoculars only). However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to binoculars. Rather, the invention is suitable for any optical system, for example, in a telescope. FIG. 1A shows a first schematic representation of the binoculars 1, which has a tube-shaped first housing part 2 and a tubular second housing part 3. On the other hand, extends through the second housing part 3, a second optical axis 1 1. The first housing part 2 is connected to the second housing part 3 via a buckling bridge 4 with each other through the first housing part 2. The buckling bridge 4 has a first hinge part 5, which is integrally formed on the first housing part 2. Furthermore, the buckling bridge 4 has a second hinge part 6, which is arranged on the second housing part 3. is net. The first hinge part 5 has a first receiving part 7 and a second receiving part 8, between which a third receiving part 9 of the second hinge part 6 is arranged. Through the first receiving part 7, the second receiving part 8 and the third receiving part 9 extends a pivot pin (not shown), so that the relative position of the first housing part 2 and the second housing part 3 about a hinge axis 74 can be adjusted to each other. In this way, it is possible to adjust the first housing part 2 and the second housing part 3 to the pupil distance of a user, so that on the one hand the first housing part 2 is arranged on the one of the two eyes of the user and so that on the other the second housing part 3 at the other of the two eyes of the user is arranged.
Figur 1 B 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 als erstes Prismensystem ausgebildeten ersten Bildstabilisierungseinheit 16A 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 Prismensystems 16A (erste Bildstabilisierungseinheit 16A) lateral etwas versetzt, so dass es zu einer stufigen Ausbildung der ersten optischen Achse 10 kommt. FIG. 1B shows a further illustration of the binoculars 1. The first housing part 2 has a first optical subsystem 12. The first optical subsystem 12 is provided with a first objective 14A, with a first image stabilization unit 16A designed as a first prism system and a first eyepiece 17A. At the first eyepiece 17A, a first eye 15A of a user for observing an object O may be arranged. The first optical axis 10 of the first optical subsystem 12 is displaced laterally somewhat due to the first prism system 16A (first image stabilization unit 16A), resulting in a stepped configuration of the first optical axis 10.
Das erste Objektiv 14A besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer ersten Fronteinheit 51 A und einer ersten Fokussiereinheit 52A. Weitere Ausführungsfor- men des ersten Objektivs 14A sehen eine unterschiedliche Anzahl an einzelnen Linsen oder aus Linsen bestehenden Kittgliedern vor. Zum Zwecke einer Fokus- sierung 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. Das zweite Gehäuseteil 3 weist ein zweites optisches Teilsystem 13 auf. Das zweite optische Teilsystem 13 ist mit einem zweiten Objektiv 14B, mit einer als
Prismensystem ausgebildeten zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B 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 1 1 des zweiten optischen Teilsystems 13 wird aufgrund der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B (Prismensystem) lateral etwas versetzt, so dass es zu einer stufigen Ausbildung der zweiten optischen Achse 1 1 kommt. The first lens 14A in this embodiment consists of a first front unit 51A and a first focusing unit 52A. Other embodiments of the first lens 14A provide a different number of individual lenses or lenticum lenses. For purposes of focusing the object O viewed through binoculars 1, either the first eyepiece 17A or the first focusing unit 52A may be displaced axially along the first optical axis 10. In another embodiment, the first front unit 51A or even the full first objective 14A is displaced along the first optical axis 10. In another embodiment, the first front unit 51A and the first focusing unit 52A are displaced relative to one another. The second housing part 3 has a second optical subsystem 13. The second optical subsystem 13 is provided with a second lens 14B, with one as Prism system formed second image stabilization unit 16B and provided with a second eyepiece 17B. At the second eyepiece 17B, a second eye 15B of the user for observing the object O can be arranged. The second optical axis 1 1 of the second optical subsystem 13 is displaced laterally somewhat due to the second image stabilization unit 16B (prism system), so that a stepped configuration of the second optical axis 1 1 occurs.
Das zweite Objektiv 14B besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer zweiten Fronteinheit 51 B und einer zweiten Fokussiereinheit 52B. Weitere Ausfüh- rungsformen 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 1 verschoben werden. Bei einer weiteren Ausführungs- form wird die zweite Fronteinheit 51 B oder sogar das vollständige zweite Objektiv 14B entlang der zweiten optischen Achse 1 verschoben. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die zweite Fronteinheit 51 B und die zweite Fokussiereinheit 52B relativ zueinander verschoben. 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 (Prismensystem) 16A, 16B - Okular 17A, 17B - Auge 15A, 15B. Zum Fokussieren ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an derThe second lens 14B in this embodiment consists of a second front unit 51B and a second focusing unit 52B. Further embodiments of the second objective 14B provide a different number of individual lenses or cemented lenses made of lenses. For the purpose of focusing the object O viewed through binoculars 1, either the second eyepiece 17B or the second focusing unit 52B may be displaced axially along the second optical axis 1. In a further embodiment, the second front unit 51 B or even the complete second objective 14 B is displaced along the second optical axis 1. In another embodiment, the second front unit 51B and the second focusing unit 52B are displaced relative to each other. In both optical subsystems 12, 13 shown above, the beam direction of the light beams incident on the optical subsystems 12, 13 is as follows: Object O - objective 14A, 14B - image stabilizing unit (prism system) 16A, 16B - eyepiece 17A, 17B - eye 15A, 15B , For focusing is in the embodiment shown here at the
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 1 1 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. Buckling bridge 4, a rotary knob 53 is arranged, with which the first focusing unit 52A and the second focusing unit 52B can be moved together along the two optical axes 10 and 1 1. In another embodiment, it is contemplated to adjust the first lens 14A and the second lens 14B (or at least units of the first lens 14A and the second lens 14B) relative to one another.
Sowohl das erste Objektiv 14A als auch das zweite Objektiv 14B erzeugen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein reales, relativ zum betrachteten Objekt 0 auf dem Kopf stehendes Bild in einer dem jeweiligen Objektiv 14A, 14B zugeordneten Bildebene. Das dem ersten Objektiv 14A zugeordnete erste Pris-
mensystem 16A (erste Bildstabilisierungseinheit) sowie das dem zweiten Objektiv 14B zugeordnete zweite Prismensystem 16B (zweite Bildstabilisierungseinheit) 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 Prismensystem 16A (erste Bildstabilisierungseinheit) und das zweite Prismensystem 16B (zweite Bildstabilisierungseinheit) können als Abbe-König-Prismensystem, Schmidt-Pechan-Prismensystem, Uppendahl-Prismensystem, Porro- Prismensystem oder einer anderen Prismensystem-Variante aufgebaut sein. Both the first lens 14A and the second lens 14B generate in the embodiment shown here, a real, relative to the object of interest 0 upside down image in the respective lens 14A, 14B associated image plane. The first prism associated with the first objective 14A mens system 16A (first image stabilizing unit) and the second prism system 16B (second image stabilizing unit) associated with the second lens 14B are used for image erecting. Thus, the upside down image is repositioned and displayed in a new image plane, the left intermediate image plane 23A or the right intermediate image plane 23B. The first prism system 16A (first image stabilization unit) and the second prism system 16B (second image stabilization unit) may be constructed as Abbe-König prism system, Schmidt-Pechan prism system, Uppendahl prism system, Porro prism system or other prism system variant.
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. In the left intermediate image plane 23A, for example, a field field which sharply delimits the field of vision is arranged. Further, for example, in the right intermediate image plane 23B, a field field sharply defining the field of view may be arranged.
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. The first eyepiece 17A is used to adjust the image of the left intermediate image plane 23A to any distance, e.g. at infinity or at a different distance. Further, the second eyepiece 17B is used to move the image of the right intermediate image plane 23B to an arbitrary distance, e.g. at infinity or at a different distance.
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 Teilsys- tems 12 , 13, in der Regel durch die Fassung der Linsen der ersten Fronteinheit 51 A oder der zweiten Fronteinheit 51 B, 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. The first aperture stop 54A of the first optical subsystem 12 and the second aperture stop 54B of the second optical subsystem 13 can either by a socket of an optical element of the corresponding optical subsystem 12, 13, usually through the lens of the first front unit 51 A or the second front unit 51 B, or be formed by a separate aperture. It can be imaged in the beam direction by the corresponding optical subsystem 12 or 13 in a plane which lies in the beam direction behind the corresponding eyepiece 17A or 17B and is typically 5 to 25 mm away from it. This plane is called the plane of the exit pupil.
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.
Das Femglas 1 weist eine erste Erkennungseinheit 37A auf (nicht in Figur 1B dargestellt). Ferner weist das Fernglas eine zweite Erkennungseinheit 37B auf (nicht in Figur 1 B dargestellt). Auf die erste Erkennungseinheit 37A und die zweite Erkennungseinheit 37B wird weiter unten noch näher eingegangen. To protect the user against incident light, a telescopic, turnable or foldable first eyecup 55A may be provided on the first eyepiece 17A and an extendable, turnable or foldable second eyecup 55B may be provided on the second eyepiece 17B. The outer lens 1 has a first detection unit 37A (not shown in FIG. 1B). Furthermore, the binoculars on a second detection unit 37 B (not shown in Figure 1 B). The first recognition unit 37A and the second recognition unit 37B will be discussed in more detail below.
Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung des ersten optischen Teilsystems 12, das in dem ersten Gehäuseteil 2 angeordnet ist. Das in dem zweiten Gehäuseteil 3 angeordnete zweite optische Teilsystem 3 weist einen identischen Aufbau wie das erste optische Teilsystem 12 auf. Somit gelten die nachfolgenden Ausführungen hinsichtlich des ersten optischen Teilsystems 12 auch für das zweite optische Teilsystem 13. FIG. 2A shows a schematic representation of the first optical subsystem 12, which is arranged in the first housing part 2. The arranged in the second housing part 3 second optical subsystem 3 has an identical structure as the first optical subsystem 12. Thus, the following statements with regard to the first optical subsystem 12 also apply to the second optical subsystem 13.
Wie aus Figur 2A ersichtlich, sind entlang der ersten optischen Achse 10 von dem Objekt O in Richtung des ersten Auges 15A des Benutzers das erstes Objektiv 14A, die erste Bildstabilisierungseinheit 16A sowie das erste Okular 17A angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Bildstabilisierungseinheit 16A als Prismenumkehrsystem ausgebildet. Alternativ hierzu ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die erste Bildstabilisierungseinheit 16A als Linsenumkehrsystem ausgebildet ist. Wie oben genannt, weist das zweite optische Teilsystem 13 einen identischen Aufbau wie das erste optische Teilsystem 12 auf. So ist hier das zweite Prismensystem als zweite Bildstabilisierungseinheit 16B ausgebildet. As can be seen in FIG. 2A, the first objective 14A, the first image stabilizing unit 16A and the first eyepiece 17A are arranged along the first optical axis 10 from the object O in the direction of the first eye 15A of the user. In the exemplary embodiment illustrated here, the first image stabilization unit 16A is designed as a prism reversing system. Alternatively, it is provided in another embodiment that the first image stabilization unit 16A is designed as a lens reversing system. As mentioned above, the second optical subsystem 13 has an identical structure as the first optical subsystem 12. Thus, here the second prism system is designed as a second image stabilization unit 16B.
Figur 2B zeigt eine weitere schematische Darstellung des Fernglases 1. Figur 28 beruht auf der Figur 1 B. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 2B 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. FIG. 2B shows a further schematic representation of the binoculars 1. FIG. 28 is based on FIG. 1 B. Identical components are provided with the same reference numerals. Figure 2B now also shows the moving devices for the first image stabilizing unit 16A and the second image stabilizing unit 16B. The first image stabilization unit 16A is arranged in a first gimbal 60A. The second image stabilization unit 16B is arranged in a second gimbal 60B.
Die Anordnung der beiden Bildstabilisierungseinheiten 16A und 16B ist in der Figur 2C detaillierter dargestellt. Die erste Kardanik 60A weist eine erste äußere Aufhängung 61 A 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 Aufhän-
gung 62A auf, die über eine zweite Achse 19A an der ersten äußeren Aufhängung 61A drehbar angeordnet ist. Über eine erste Antriebseinheit 24A wird die erste innere Aufhängung 62A um die zweite Achse 19A gedreht. Ferner ist eine zweite Antriebseinheit 24B vorgesehen, mittels welcher die erste äußere Aufhängung 61 A um die erste Achse 18A gedreht wird. Figur 2E zeigt das Vorgenannte in einer vergrößerten Darstellung. Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A wird mittels Klemmhalter 71 an der ersten inneren Aufhängung 62A gehalten. The arrangement of the two image stabilization units 16A and 16B is shown in more detail in FIG. 2C. The first gimbal 60A has a first outer suspension 61A which is arranged on the first housing part 2 via a first axis 18A. The first outer suspension 61A is rotatably disposed about the first axis 18A. Furthermore, the first gimbal 60A has a first inner suspension. 62A, which is rotatably arranged on a second axis 19A on the first outer suspension 61A. Via a first drive unit 24A, the first inner suspension 62A is rotated about the second axis 19A. Further, a second drive unit 24B is provided, by means of which the first outer suspension 61A is rotated about the first axis 18A. Figure 2E shows the above in an enlarged view. The first image stabilizing unit 16A is held on the first inner suspension 62A by means of clamp holders 71.
Die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B ist an der zweiten Kardanik 60B ange- ordnet. Die zweite Kardanik 60B weist eine zweite äußere Aufhängung 61 B auf, die über eine dritte Achse 18B an dem zweiten Gehäuseteil 3 angeordnet ist. Die zweite äußere Aufhängung 61 B 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 61 B drehbar angeordnet ist. Über eine dritte Antriebseinheit 24C wird die zweite innereThe second image stabilization unit 16B is arranged on the second gimbal 60B. The second gimbal 60B has a second outer suspension 61 B, which is disposed on the second housing part 3 via a third axis 18B. The second outer suspension 61 B is rotatably disposed about the third axis 18 B. Further, the second gimbal 60B has a second inner suspension 62B which is rotatably disposed on the second outer suspension 61B via a fourth axis 19B. Via a third drive unit 24C, the second inner
Aufhängung 62B um die vierte Achse 19B gedreht. Ferner ist eine vierte Antriebseinheit 24D vorgesehen, mittels welcher die zweite äußere Aufhängung 61 B um die dritte Achse 18B gedreht wird. Wie oben erwähnt, zeigt Figur 2A das erste optische Teilsystem 12. Die erste Bildstabilisierungseinheit 16A ist mittels der ersten Kardanik 60A derart angeordnet, dass sie um zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Achsen drehbar gelagert ist, nämlich um die erste Achse 18A und um die zweite Achse 19A, welche in die Blattebene hineinragt. Die erste Achse 18A und die zweite Achse 19A schneiden sich in einem ersten Schnittpunkt 20A. Der erste Schnittpunkt 20A ist unterschiedlich zu einem ersten optisch neutralen Punkt auf der ersten optischen Achse 10 angeordnet. Suspension 62B is rotated about the fourth axis 19B. Further, a fourth drive unit 24D is provided, by means of which the second outer suspension 61 B is rotated about the third axis 18B. As mentioned above, FIG. 2A shows the first optical subsystem 12. The first image stabilizing unit 16A is arranged by means of the first gimbals 60A such that it is rotatably mounted about two mutually orthogonal axes, namely about the first axis 18A and about the second axis 19A , which protrudes into the leaf level. The first axis 18A and the second axis 19A intersect at a first intersection 20A. The first intersection 20A is arranged differently from a first optically neutral point on the first optical axis 10.
Wie oben bereits erwähnt, gelten die vorstehend und nachstehend aufgeführten Anmerkungen hinsichtlich des ersten optischen Teilsystems 12 für das zweite optische Teilsystem 13 entsprechend. As mentioned above, the comments made above and below regarding the first optical subsystem 12 for the second optical subsystem 13 apply accordingly.
Die Figuren 3A - 3C zeigen schematische Darstellungen einer Antriebseinheit 24 in Form eines Piezo-Biegeaktors, wobei unter einem Aktor ein Stellelement verstanden wird, das eine Kraft oder eine Bewegung erzeugen kann. In derFIGS. 3A-3C show schematic representations of a drive unit 24 in the form of a piezo-bending actuator, wherein an actuator is understood as an actuating element which can generate a force or a movement. In the
Literatur wird ein solches Stellelement oft auch als Aktuator bezeichnet. Die erste
Antriebseinheit 24A, die zweite Antriebseinheit 24B, die dritte Antriebseinheit 24C und die vierte Antriebseinheit 24D sind beispielsweise identisch zu der Antriebseinheit 24 aufgebaut. Die Figur 3A zeigt eine schematische Darstellung der Antriebseinheit 24. Die Antriebseinheit 24 weist eine erste Piezokeramik 25 und eine zweite Piezokeramik 26 auf, die aufeinander angeordnet sind. Über eine Spannungseinheit 27 kann sowohl die erste Piezokeramik 25 als auch die zweite Piezokeramik 26 mit einer Spannung versorgt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt wird an der ersten Piezokeramik 25 eine erste Spannung angelegt, und an der zweiten Piezokeramik 26 wird eine zweite Spannung angelegt. Die beiden vorgenannten Spannungen an der ersten Piezokeramik 25 und an der zweiten Piezokeramik 26 werden gegenpolig geschaltet, sodass beispielsweise zum einen sich die erste Piezokeramik 25 ausdehnt und zum anderen sich die zweite Piezokeramik 26 zusammenzieht. Hierdurch verbiegt sich die Gesamtanordnung der ersten Piezokeramik 25 und der zweiten Piezokeramik 26, wie in den Figuren 3B und 3C dargestellt. Diese Bewegungen werden nun genutzt, um die erste Bildstabilisierungseinheit 16A oder die zweite Bildstabilisierungseinheit 16B zu bewegen. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Antriebseinheit 24 in Form eines Piezo-Biegeaktors eingeschränkt ist. Vielmehr können jegliche Arten von Antriebseinheiten verwendet werden, die für die Literature is often called such an actuator as an actuator. The first Drive unit 24A, second drive unit 24B, third drive unit 24C, and fourth drive unit 24D are constructed, for example, identically to drive unit 24. FIG. 3A shows a schematic representation of the drive unit 24. The drive unit 24 has a first piezoceramic 25 and a second piezoceramic 26, which are arranged on top of each other. Via a voltage unit 27, both the first piezoceramic 25 and the second piezoceramic 26 can be supplied with a voltage. In other words, a first voltage is applied to the first piezoceramic 25, and a second voltage is applied to the second piezoceramic 26. The two aforementioned stresses on the first piezoceramic 25 and on the second piezoceramic 26 are switched in opposite polarity, so that, for example, the first piezoceramic 25 expands and, secondly, the second piezoceramic 26 contracts. This bends the overall arrangement of the first piezoceramic 25 and the second piezoceramic 26, as shown in Figures 3B and 3C. These movements are now used to move the first image stabilizing unit 16A or the second image stabilizing unit 16B. It is explicitly pointed out that the invention is not limited to the described drive unit 24 in the form of a piezo-bending actuator. Rather, any type of drive units can be used, which for the
Durchführung einer Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A oder der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B geeignet sind. Hierunter fallen auch Performing a movement of the first image stabilization unit 16A or the second image stabilization unit 16B are suitable. This also applies
Antriebseinheiten, die nicht auf Basis der Piezo-Technik arbeiten. Weitere geeignete Antriebseinheiten auf Basis der Piezo-Technik sind beispielsweise ein Piezo- Linearaktor, ein Piezo-Wanderwellenaktor oder ein Ultraschallmotor. Drive units that do not work on the basis of piezo technology. Other suitable drive units based on the piezoelectric technique are for example a piezo linear actuator, a piezo traveling wave actuator or an ultrasonic motor.
Es ist vorgesehen, dass die Bewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A oder der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B und somit auch die PositionIt is provided that the movement of the first image stabilization unit 16A or the second image stabilization unit 16B and thus also the position
(Drehposition) der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A oder der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B mit mindestens einem Sensor überwacht werden. Beispielsweise sind ein erster Sensor für eine Bewegung relativ zur ersten Achse 18A und ein zweiter Sensor für eine Bewegung relativ zur zweiten Achse 19A vorgese- hen. Zusätzlich oder alternativ sind ein dritter Sensor für eine Bewegung relativ zur dritten Achse 18B und ein vierter Sensor für eine Bewegung relativ zur vierten
Achse 19B vorgesehen. Beispielsweise wird als Sensor ein Hallsensor verwendet. Die Erfindung ist aber auf diese Art von Sensoren nicht eingeschränkt. Vielmehr kann jede geeignete Art von Sensor und auch jede geeignete Anzahl von Sensoren verwendet werden. Der vorgenannte Sensor dient der Verbesserung der Qualität der Bildstabilisierung. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung auf die Verwendung eines derartigen Sensors nicht eingeschränkt ist. Vielmehr kann bei der Erfindung auch kein Sensor vorgesehen sein. (Rotational position) of the first image stabilizing unit 16A or the second image stabilizing unit 16B are monitored with at least one sensor. For example, a first sensor for movement relative to the first axis 18A and a second sensor for movement relative to the second axis 19A are provided. Additionally or alternatively, a third sensor is for movement relative to the third axis 18B and a fourth sensor for movement relative to the fourth Axis 19B provided. For example, a Hall sensor is used as the sensor. The invention is not limited to this type of sensors. Rather, any suitable type of sensor and any suitable number of sensors may be used. The aforementioned sensor serves to improve the quality of image stabilization. It is explicitly pointed out that the invention is not limited to the use of such a sensor. Rather, no sensor can be provided in the invention.
Die Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform von Steuer- und Mess- einheilen des Fernglases 1. Die dargestellte Ausführungsform weist zwei Erkennungseinheiten auf, nämlich die erste Erkennungseinheit 37A und die zweite Erkennungseinheit 37B. Die erste Erkennungseinheit 37A ist mit einem ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38, mit der ersten Kardanik 60A der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A, mit der ersten Antriebseinheit 24A und mit der zweiten Antriebseinheit 24B verbunden. Die erste Erkennungseinheit 37A ist beispielsweise in dem ersten Gehäuseteil 2 angeordnet. Die zweite Erkennungseinheit 37B ist mit einem zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektor 39, mit der zweiten Kardanik 60B der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B, mit der dritten Antriebseinheit 24C und mit der vierten Antriebseinheit 24D verbunden. Die zweite Erkennungseinheit 37B ist beispielsweise in dem zweiten Gehäuseteil 3 angeordnet. Ein Knickbrückensensor 40 (vgl. Figur 1 B) ist sowohl mit der ersten Erkennungseinheit 37A als auch mit der zweiten Erkennungseinheit 37B verbunden. Darüber hinaus ist der erste Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38 mit der zweiten Erkennungseinheit 37B verbunden. Ferner ist der zweite Winkelgeschwindigkeits- detektor 39 mit der ersten Erkennungseinheit 37A verbunden. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet demnach jeweils eine separate Erkennungseinheit zum einen für das erste optische Teilsystem 12 in dem ersten Gehäuseteil 2 und zum anderen für das zweite optische Teilsystem 13 in dem zweiten Gehäuseteil 3, wobei allerdings die Winkelgeschwindigkeitsdetektoren 38, 39 zur Detektion von Bewegungen des Fernglases 1 gemeinsam genutzt werden. FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the control and measurement unit of the binoculars 1. The illustrated embodiment has two detection units, namely the first detection unit 37A and the second detection unit 37B. The first detection unit 37A is connected to a first angular velocity detector 38, to the first gimbals 60A of the first image stabilization unit 16A, to the first drive unit 24A, and to the second drive unit 24B. The first detection unit 37A is arranged, for example, in the first housing part 2. The second detection unit 37B is connected to a second angular velocity detector 39, to the second gimbals 60B of the second image stabilization unit 16B, to the third drive unit 24C, and to the fourth drive unit 24D. The second detection unit 37B is arranged, for example, in the second housing part 3. A buckling bridge sensor 40 (see Figure 1 B) is connected to both the first detection unit 37A and the second detection unit 37B. In addition, the first angular velocity detector 38 is connected to the second detection unit 37B. Further, the second angular velocity detector 39 is connected to the first detection unit 37A. Accordingly, this embodiment uses a separate detection unit on the one hand for the first optical subsystem 12 in the first housing part 2 and on the other hand for the second optical subsystem 13 in the second housing part 3, although the angular velocity detectors 38, 39 for detecting movements of the binoculars 1 be shared.
Der erste Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38 und der zweite Winkelgeschwindigkeitsdetektor 39 dienen der Detektion von Bewegungen, insbesondere Verschwenkungen, des Fernglases 1 . Beispielsweise delektieren sie rotatorische und/oder translatorische Zitterbewegungen, aber auch gewollte Verschwenkungen des Fernglases 1 um mindestens eine Achse. Eine derartige gewollte Verschwen-
kung erfolgt beispielsweise bei der Nachverfolgung eines beobachteten, sich bewegenden Objekts O. The first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39 are used to detect movements, in particular pivoting, of the binoculars 1. For example, they delect rotational and / or translational jitter movements, but also deliberate pivoting of the binoculars 1 about at least one axis. Such a deliberate Verschwen- kung occurs, for example, in the tracking of an observed, moving object O.
Wie oben festgehalten, weist das Fernglas 1 einen Knickbrückensensor 40 auf. Die Verwendung des Knickbrückensensors 40 hat folgenden Hintergrund. Die relative Lage der Drehachsen (nämlich zum einen der ersten Achse 18A sowie der zweiten Achse 19A der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A und zum anderen der dritten Achse 18B sowie der vierten Achse 19B der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B) ändert sich bei Einstellung des Augenabstandes über die Knickbrücke 4. Um eine genaue Einstellung der Drehbewegung der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A relativ zu der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B zur Bildstabilisierung durch Positionieren der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A und der zweiten Bildstabilisierungseinheit 16B erzielen zu können, ist es wünschenswert, die genaue relative Lage der jeweiligen Drehachsen zu kennen. Der Knickbrücken- sensor 40 ermittelt nun einen so genannten Knickbrückenwinkel α zwischen einer ersten Scharnierteilachse 72 des ersten Schamierteils 5 und einer zweiten As noted above, the binoculars 1 has a buckling bridge sensor 40. The use of the buckling bridge sensor 40 has the following background. The relative position of the axes of rotation (namely, first axis 18A and second axis 19A of the first image stabilizing unit 16A and the third axis 18B and the fourth axis 19B of the second image stabilizing unit 16B) changes when the eyepoint is adjusted via the bending bridge 4. In order to achieve accurate adjustment of the rotational movement of the first image stabilizing unit 16A relative to the second image stabilizing unit 16B for image stabilization by positioning the first image stabilizing unit 16A and the second image stabilizing unit 16B, it is desirable to know the exact relative position of the respective rotational axes. The buckling bridge sensor 40 now determines a so-called buckling bridge angle α between a first hinge part axis 72 of the first hinge part 5 and a second one
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. Figuren 2C und 2D). Dabei ist es bei- spielsweise vorgesehen, mittels des Knickbrückensensors 40 den tatsächlichen Knickbrückenwinkel α zu bestimmen, was nachfolgend erläutert wird. Beispielsweise kann der Knickbrückenwinkel α in der Figur 2C, in welcher die erste Achse 18A und die dritte Achse 18B parallel zueinander angeordnet sind, bereits 175° betragen. In der Figur 2D 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 Transfor- mation von Koordinaten eines ersten Koordinatensystems von Baueinheiten des ersten Gehäuseteils 2 in Koordinaten eines zweiten Koordinatensystems von Baueinheiten des zweiten Gehäuseteils 3. Hinge part axis 73 of the second hinge part 6, wherein the first hinge part axis 72 and the second hinge part axis 73 have a common point of intersection with the hinge axis 74 (see Figures 2C and 2D). In this case, it is provided, for example, to determine the actual buckling bridge angle α by means of the buckling bridge sensor 40, which will be explained below. For example, the buckling angle α in the figure 2C, in which the first axis 18A and the third axis 18B are arranged parallel to each other, already 175 °. An orientation of the first hinge part axis 72 and the second hinge part axis 73 is shown in FIG. 2D, in which the buckling bridge angle α is 145 °, for example. Then the actual buckling bridge angle α with respect to the first axis 18A and the third axis 18B is the difference between the two measured buckling bridge angles, ie 30 °. The buckling bridge angle determined in this or a similar way now permits a transformation of coordinates of a first coordinate system of structural units of the first housing part 2 into coordinates of a second coordinate system of structural units of the second housing part 3.
Figur 5 zeigt ein weiteres Blockschaltbild, welches auf der Figur 4 beruht. FIG. 5 shows a further block diagram, which is based on FIG.
Gleiche Einheiten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 5 verdeutlicht den Zusammenhang der Winkelgeschwindigkeitsdetektoren 38 und 39, der
Erkennungseinheiten 37A und 37B sowie der Antriebseinheiten 24A bis 24D. Wie oben bereits genannt, ist die erste Erkennungseinheit 37A mit dem ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38 verbunden. Die erste Erkennungseinheit 37A weist einen ersten Tiefpassfilter 80A auf, der direkt mit dem ersten Winkelgeschwindig- keitsdetektor 38 verbunden ist. Ein erster Analog-Digital-Wandler 81A ist dem ersten Tiefpassfilter 80A nachgeschaltet. Ferner ist eine erste Integrationseinheit 82A dem ersten Analog-Digital-Wandler 81A nachgeschaltet. Darüber hinaus weist die erste Erkennungseinheit 37A einen ersten Betriebsmodusschalter 83A und eine erste Parametereinheit 84A auf. Die erste Parametereinheit 84A ist mit der ersten Integrationseinheit 82A verbunden und ist zwischen den ersten Betriebsmodusschalter 83A und die erste Integrationseinheit 82A geschaltet. Ebenfalls wurde bereits weiter oben genannt, dass die zweite Erkennungseinheit 37B mit dem zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektor 39 verbunden ist. Die zweite Same units are provided with the same reference numerals. Figure 5 illustrates the relationship of the angular velocity detectors 38 and 39, the Recognition units 37A and 37B and the drive units 24A to 24D. As already mentioned above, the first detection unit 37A is connected to the first angular velocity detector 38. The first detection unit 37A has a first low-pass filter 80A which is directly connected to the first angular velocity detector 38. A first analog-to-digital converter 81A is connected downstream of the first low-pass filter 80A. Furthermore, a first integration unit 82A is connected downstream of the first analog-to-digital converter 81A. In addition, the first detection unit 37A has a first operation mode switch 83A and a first parameter unit 84A. The first parameter unit 84A is connected to the first integration unit 82A and is connected between the first operation mode switch 83A and the first integration unit 82A. It has also already been mentioned above that the second detection unit 37B is connected to the second angular velocity detector 39. The second
Erkennungseinheit 37 B weist einen zweiten Täefpassfilter 80B auf, der direkt mit dem zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektor 39 verbunden ist. Ein zweiter Analog-Digital-Wandler 81 B ist dem zweiten Tiefpassfilter 80B nachgeschaltet. Ferner ist eine zweite Integrationseinheit 82 B dem zweiten Analog-Digital-Wandler 81 B nachgeschaltet. Darüber hinaus weist die zweite Erkennungseinheit 37B einen zweiten Betriebsmodusschalter 83B und eine zweite Parametereinheit 84B auf. Die zweite Parametereinheit 84B ist mit der zweiten Integrationseinheit 82B verbunden und ist zwischen den zweiten Betriebsmodusschalter 83B und die zweite Integrationseinheit 82B geschaltet. Detection unit 37 B has a second Täefpassfilter 80 B, which is directly connected to the second angular velocity detector 39. A second analog-to-digital converter 81 B is connected downstream of the second low-pass filter 80B. Furthermore, a second integration unit 82 B is connected downstream of the second analog-to-digital converter 81 B. In addition, the second detection unit 37B has a second operation mode switch 83B and a second parameter unit 84B. The second parameter unit 84B is connected to the second integration unit 82B and is connected between the second operation mode switch 83B and the second integration unit 82B.
Die Art der beiden Tiefpassfilter 80A und 80B ist beliebig wählbar. Bei einer besonderen Ausführungsform des Fernglases 1 ist es jedoch vorgesehen, eine Kombination aus einem elektrischen Tiefpassfilter, einem digitalen Tiefpassfilter und einem digitalen Shelving-Filter erster Ordnung zu verwenden, wobei die vorgenannten Filter in Reihe geschaltet sind. Bei dieser Kombination der Filter ist von Vorteil, dass eine Verzögerung des Eingangssignals der Kombination der vorgenannten Filter und des Ausgangssignals der Kombination der vorgenannten Filter von 45° erfolgt. Reine Tiefpassfilter weisen eine Verzögerung von 90° auf. Eine geringe Verzögerung ist von Vorteil, um eine Bildstabilisierung in„Echtzeit" zu erzielen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform des Fernglases 1 ist es nun vorgesehen, die Art einer Verschwenkung (also eine ungewollte Verschwenkung oder eine
gewollte Verschwenkung) zu erkennen und eine Bildstabilisierung auf Basis der erkannten und festgestellten Art der Verschwenkung vorzunehmen. The type of the two low-pass filters 80A and 80B is arbitrary. In a particular embodiment of the binoculars 1, however, it is intended to use a combination of an electrical low-pass filter, a digital low-pass filter and a digital first-order shelving filter, wherein the aforementioned filters are connected in series. In this combination of filters is advantageous that a delay of the input signal of the combination of the aforementioned filter and the output signal of the combination of the aforementioned filter of 45 °. Pure low-pass filters have a delay of 90 °. A slight delay is advantageous in order to achieve image stabilization in "real time." In the embodiment of the binoculars 1 shown here, it is now provided that the type of pivoting (that is to say an unintentional pivoting or a pivoting) is used intentional pivoting) and to perform an image stabilization based on the detected and determined type of pivoting.
Hierzu wird zunächst mittels des ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektors 38 und des zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektors 39 eine Winkelgeschwindigkeit aufgrund einer Bewegung des Fernglases 1 relativ zur beobachteten Umgebung detektiert. Der erste Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38 und der zweite Winkelgeschwindigkeitsdetektor 39 liefern von der Bewegung abhängige Winkelgeschwindigkeitssignale. Das Winkelgeschwindigkeitssignal des ersten Winkelgeschwindig- keitsdetektors 38 wird der ersten Erkennungseinheit 37A zugeführt. Das Winkelgeschwindigkeitssignal des zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektors 39 wird der zweiten Erkennungseinheit 37B zugeführt. Genauer gesagt, wird das Winkelgeschwindigkeitssignal des ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektors 38 dem ersten Tiefpassfilter 80A zugeführt, und das Winke!geschwindigkeitssignal des zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektors 39 wird dem zweiten Tiefpassfilter 80B zugeführt. For this purpose, an angular velocity due to a movement of the binoculars 1 relative to the observed environment is first detected by means of the first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39. The first angular velocity detector 38 and the second angular velocity detector 39 provide motion dependent angular velocity signals. The angular velocity signal of the first angular velocity detector 38 is supplied to the first detection unit 37A. The angular velocity signal of the second angular velocity detector 39 is supplied to the second detection unit 37B. More specifically, the angular velocity signal of the first angular velocity detector 38 is supplied to the first low-pass filter 80A, and the angular velocity signal of the second angular velocity detector 39 is supplied to the second low-pass filter 80B.
Diese beiden Tiefpassfilter 80A und 80B stellen sicher, dass Frequenzen bis 20 Hz ungehindert die beiden Tiefpassfilter 80A und 80B passieren und der weiteren Signalverarbeitung zur Bildstabilisierung zugeführt werden können. Die hohen Frequenzen, welche oberhalb des zu stabilisierenden Frequenzbereichs liegen, werden durch die beiden Tiefpassfilter 80A und 80B herausgefiltert. Sie tragen daher zur Bildstabilisierung nicht bei. Nachfolgend wird nun erläutert, wie die erste Erkennungseinheit 37A eingesetzt wird. Da die zweite Erkennungseinheit 37B identisch zu der ersten Erkennungseinheit 37A ausgebildet ist, gilt das Nachstehende analog auch für die zweite Erkennungseinheit 37B. Das gefilterte Signal des ersten Tiefpassfilters 80A wird über den ersten Analog- Digital-Wandler 81A an die erste Integrationseinheit 82A weitergeleitet. Das Ausgangssignal der ersten Integrationseinheit 82A ist durch die Gleichung 1 bestimmt, die nachfolgend nochmals wiedergegeben ist:
Σ(ί2 ) = Σ(ί1 ))· Σ(ί1) + a{t ) [Gleichung 1] These two low-pass filters 80A and 80B ensure that frequencies up to 20 Hz pass unhindered through the two low-pass filters 80A and 80B and can be supplied to the further signal processing for image stabilization. The high frequencies which are above the frequency range to be stabilized are filtered out by the two low-pass filters 80A and 80B. They therefore do not contribute to the image stabilization. Now, how the first detection unit 37A is used will be explained below. Since the second detection unit 37B is identical to the first detection unit 37A, the following applies analogously to the second detection unit 37B. The filtered signal of the first low-pass filter 80A is forwarded to the first integration unit 82A via the first analog-to-digital converter 81A. The output signal of the first integration unit 82A is determined by Equation 1, which is reproduced below: Σ (ί 2 ) = Σ (ί 1 )) · Σ (ί 1 ) + a {t) [Equation 1]
Hinsichtlich der Bedeutung der einzelnen Variablen der Gleichung 1 wird auf weiter oben verwiesen. With regard to the meaning of the individual variables of equation 1, reference is made above.
Die Funktion γ kann in der ersten Parametereinheit 84A durch Betätigen des ersten Betriebsmodusschalters 83A eingestellt werden. Durch eine bestimmte Wahl der Funktion γ können die Eigenschaften der Bildstabilisierung eingestellt werden. Beispielsweise kann gewählt werden, wie lange eine Bildstabilisierung erfolgen soll oder ob eine Bildstabilisierung nur bei einer Verschwenkung ab einer Grenzamplitude erfolgen soll. The function γ can be set in the first parameter unit 84A by operating the first operation mode switch 83A. By a certain choice of the function γ the properties of the image stabilization can be adjusted. For example, it can be selected how long an image stabilization is to take place or whether image stabilization is to take place only with a pivoting from a limiting amplitude.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Funktion γ beispielsweise wie folgt gegeben: In one embodiment of the invention, the function γ is given, for example, as follows:
γ{Σ) = - y2lsignum{ ) [Gleichung 3] γ {Σ) = - y 2 lsignum {) [Equation 3]
γ, ist ein frei wählbarer Parameter, der bestimmt, wie schnell das Ausgangssignal der ersten Integrationseinheit 82A für kleine Amplituden der Verschwenkungen wieder auf Null abfällt. Bei Wahl eines kleinen Parameters γ, (beispielsweise im Bereich von 0,1 ) werden nur im Signal verbliebene höhere Frequenzen für die Bildstabilisierung herangezogen. Wenn der Parameter γι nahe 1 liegt (beispielsweise 0,9), dann werden im Grunde alle im Signal verbliebenen Frequenzen für die Bildstabilisierung herangezogen. γ, is an arbitrary parameter that determines how fast the output of the first small amplitude integration unit 82A of the swivels drops back to zero. If a small parameter γ is selected (for example in the range of 0.1), only higher frequencies remaining in the signal are used for the image stabilization. If the parameter γι is close to 1 (for example, 0.9), then basically all the remaining frequencies in the signal are used for the image stabilization.
y2 ist ebenfalls ein frei wählbarer Parameter, der bestimmt, wie stark der Einfluss der Amplitude der Verschwenkung des Fernglases 1 auf den Frequenzgang ist. Bei kleinen Werten von y2 (beispielsweise 0,1 ) werden bei großen Amplituden noch im Signal verbliebene höhere Frequenzen für die Bildstabilisierung herangezogen. Wenn der Parameter γ2 groß ist, dann erfolgt dies bereits bei kleinen
Amplituden (beispielsweise wenn γ2 im Bereich von 1 liegt, insbesondere bei ca. 0,9). y 2 is also a freely selectable parameter that determines how strong the influence of the amplitude of the pivoting of the binoculars 1 is on the frequency response. At small values of y 2 (for example, 0.1), high magnitudes still cause higher frequencies remaining in the signal to be used for image stabilization. If the parameter γ 2 is large, then this already happens at small Amplitudes (for example, when γ 2 is in the range of 1, in particular at about 0.9).
Für die Funktion Signum in der Gleichung 3 gilt: signum(x) = 1 für x größer oder gleich 0 und signum(x) = -1 für x kleiner als 0. For the Signum function in Equation 3: signum (x) = 1 for x greater than or equal to 0 and signum (x) = -1 for x less than 0.
Wie oben auch bereits erwähnt, kann das Ausgangssignal der ersten Integrationseinheit 82A auch durch die Gleichung 2 bestimmt sein, welche nachfolgend nochmals wiedergegeben ist: As already mentioned above, the output signal of the first integration unit 82A can also be determined by equation 2, which is reproduced below:
Σ(ί2 ) = Ρ(Σ(ί1)) + α(ί1) [Gleichung 2] Σ (ί 2 ) = Ρ (Σ (ί 1 )) + α (ί 1 ) [Equation 2]
Die Funktion F kann bei einer Ausführungsform des Fernglases 1 analog zur Gleichung 3 definiert sein, also durch: The function F can be defined in an embodiment of the binoculars 1 analogous to equation 3, that is by:
F(Z) = - Y^Lsignum{ ))L [Gleichung 4] F (Z) = - Y ^ Lsignum {)) L [Equation 4]
Hinsichtlich der Bedeutung der Variablen wird auf weiter oben verwiesen. Ferner gilt das bereits zur Gleichung 3 Gesagte ebenfalls für die Gleichung 4. With regard to the meaning of the variables, reference is made to above. Furthermore, what has already been said about Equation 3 also applies to Equation 4.
Die Funktion F kann dabei beispielsweise ein Polynom sein, insbesondere in der Form The function F can be, for example, a polynomial, in particular in the form
F{x) = P{x) wobei F {x) = P {x) where
Ρ{χ) = Σ{γη - χη - Βί9{χ, η)) Ρ {χ) = Σ {γ η - χ η - Βί 9 {χ, η))
0 0
mit
sig(x,n)= 1 für n= 0, 2, 4, 6... With sig (x, n) = 1 for n = 0, 2, 4, 6 ...
sig(x,n)= 1 für x>Q und n= 1 , 3, 5, 1... . sig (x, n) = 1 for x> Q and n = 1, 3, 5, 1 ....
sig(x,n)= -1 für x<0 und n= 1 , 3, 5, 7, ... sig (x, n) = -1 for x <0 and n = 1, 3, 5, 7, ...
Das Ausgangssignal der ersten Integrationseinheit 82A wird nun an die erste Antriebseinheit 24A und die zweite Antriebseinheit 24B geleitet, so dass die erste Kardanik 60A zur Bildstabilisierung angesteuert wird. Es werden Drehwinkel um die Drehachsen der ersten Bildstabilisierungseinheit 16A (beispielsweise die erste Achse 18A und die zweite Achse 19A) ermittelt. Die ermittelten Drehwinkel werden nun in erste Korrekturwinkel umgerechnet, um welche die erste Bildstabilisierungseinheit 16A gedreht werden muss, um im Raum positioniert zu werden. The output signal of the first integration unit 82A is then directed to the first drive unit 24A and the second drive unit 24B, so that the first gimbal 60A for image stabilization is driven. Rotation angles about the rotation axes of the first image stabilizing unit 16A (for example, the first axis 18A and the second axis 19A) are detected. The determined angles of rotation are then converted into first correction angles by which the first image stabilization unit 16A has to be rotated in order to be positioned in space.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens einer der vorstehenden und/oder nachstehenden Winkelgeschwindigkeitsdetektoren durch einen Beschleunigungsdetektor ersetzt ist. Durch Integration über eine vorgebbare Zeit erhält man dann ebenfalls die Geschwindigkeit. In a further embodiment of the invention, it is provided that at least one of the preceding and / or following angular velocity detectors is replaced by an acceleration detector. By integration over a predeterminable time you get then also the speed.
Hinsichtlich der Vorteile der Erfindung wird ausdrücklich auf weiter oben verwie- sen. With regard to the advantages of the invention, reference is expressly made to the above.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Tiefpassfilters 80A und des zweiten Tiefpassfilters 80B. Der erste Tiefpassfilter 80A ist eine Kombination aus einem elektrischen Tiefpassfilter 100A, einem digitalen Tiefpassfilter 101A und einem digitalen Shelving-Filter erster Ordnung 102A, wobei die vorgenannten Filter in Reihe geschaltet sind. Der zweite Tiefpassfilter 80B ist eine Kombination aus einem elektrischen Tiefpassfilter 100B, einem digitalen Tiefpassfilter 10 Β und einem digitalen Shelving-Filter erster Ordnung 102B, wobei die vorgenannten Filter in Reihe geschaltet sind. FIG. 6 shows a schematic representation of the first low-pass filter 80A and the second low-pass filter 80B. The first low-pass filter 80A is a combination of an electric low-pass filter 100A, a digital low-pass filter 101A, and a first-order digital shelving filter 102A, the aforementioned filters being connected in series. The second low-pass filter 80B is a combination of an electric low-pass filter 100B, a digital low-pass filter 10 Β and a first-order digital shelving filter 102B, the aforementioned filters being connected in series.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Fernglas 1 pair of binoculars
2 erstes Gehäuseteil 2 first housing part
3 zweites Gehäuseteil 3 second housing part
4 Knickbrücke 4 kink bridge
5 erstes Scharnierteil 5 first hinge part
6 zweites Scharnierteil 6 second hinge part
7 erstes Aufnahmeteil 7 first receiving part
8 zweites Aufnahmeteil 8 second receiving part
9 drittes Aufnahmeteil 9 third recording part
10 erste optische Achse 10 first optical axis
1 1 zweite optische Achse 1 1 second optical axis
12 erstes optisches Teilsystem 12 first optical subsystem
13 zweites optisches Teilsystem 13 second optical subsystem
14A erstes Objektiv 14A first lens
14B zweites Objektiv 14B second lens
5A erstes Auge 5A first eye
15B zweites Auge 15B second eye
16A erste Bildstabilisierungseinheit (erstes Prismensystem)16A first image stabilizing unit (first prism system)
16B zweite Bildstabilisierungseinheit (zweites Prismensystem)16B second image stabilization unit (second prism system)
17A erstes Okular 17A first eyepiece
17B zweites Okular 17B second eyepiece
18A erste Achse 18A first axle
18B dritte Achse 18B third axis
19A zweite Achse 19A second axis
19B vierte Achse 19B fourth axle
20A erster Schnittpunkt 20A first intersection
21 erste Eintrittsfläche 21 first entrance area
22 erste Austrittsfläche 22 first exit surface
23A linke Zwischenbildebene 23A left intermediate image plane
23B rechte Zwischenbildebene 23B right intermediate image plane
24 Antriebseinheit (Piezo-Biegeaktor) 24 drive unit (piezo bending actuator)
24A erste Antriebseinheit 24A first drive unit
24B zweite Antriebseinheit 24B second drive unit
24C dritte Antriebseinheit
24D vierte Antriebseinheit24C third drive unit 24D fourth drive unit
25 erste Piezokeramik 25 first piezoceramic
26 zweite Piezokeramik 26 second piezoceramic
27 Spannungseinheit 27 tension unit
37A erste Erkennungseinheit 37A first detection unit
37B zweite Erkennungseinheit 37B second detection unit
38 erster Winkelgeschwindigkeitsdetektor 38 first angular velocity detector
39 zweiter Winkelgeschwindigkeitsdetektor 40 Knickbrückensensor 39 second angular velocity detector 40 buckling bridge sensor
51A erste Fronteinheit 51A first front unit
51 B zweite Fronteinheit 51 B second front unit
52A erste Fokussiereinheit 52A first focusing unit
52B zweite Fokussiereinheit 52B second focusing unit
53 Drehknopf 53 knob
54A erste Aperturblende 54A first aperture stop
54B zweite Aperturblende 54B second aperture stop
55A erste Augenmuschel 55A first eyecup
55B zweite Augenmuschel 55B second eyecup
60A erste Kardanik 60A first gimbal
60B zweite Kardanik 60B second gimbal
61A erste äußere Aufhängung 61A first outer suspension
61 B zweite äußere Aufhängung 61 B second outer suspension
62A erste innere Aufhängung 62A first inner suspension
62B zweite innere Aufhängung 62B second inner suspension
71 Klemmhalter 71 clamp holder
72 erste Scharnierteilachse 72 first hinge part axis
73 zweite Scharnierteilachse 73 second hinge part axis
74 Gelenkachse 74 joint axis
80A erster Tiefpassfilter 80A first low-pass filter
80B zweiter Tiefpassfilter 80B second low-pass filter
81A erster Analog-Digital-Wandler
81 B zweiter Analog-Digital-Wandler81A first analog-to-digital converter 81 B second analog-to-digital converter
82A erste Integrationseinheit 82A first integration unit
82B zweite Integrationseinheit 82B second integration unit
83A erster Betriebsmodusschalter 83A first operation mode switch
83B zweiter Betriebsmodusschalter 83B second operation mode switch
84A erste Parametereinheit 84A first parameter unit
84B zweite Parametereinheit 84B second parameter unit
100A elektrischer Tiefpassfilter 100A electrical low-pass filter
100B elektrischer Tiefpassfilter 100B electrical low-pass filter
101A digitaler Tiefpassfilter 101A digital low pass filter
101 B digitaler Tiefpassfilter 101 B digital low-pass filter
102A digitaler Shelving-Filter erster Ordnung 102A first order digital shelving filter
102B digitaler Shelving-Filter erster Ordnung 102B first order digital shelving filter
O Objekt
O object
Claims
Patentansprüche claims
1. Optisches System ( 1 ) zur Abbildung eines Objekts (O), mit 1. Optical system (1) for imaging an object (O), with
- mindestens einem ersten Objektiv (14A), at least one first objective (14A),
- mindestens einer ersten Bildstabilisierungseinheit (16A), at least one first image stabilization unit (16A),
- mindestens einer ersten Bildebene (23A), wobei von dem ersten Objektiv (14A) in Richtung der ersten Bildebene (23A) gesehen zunächst das erste - At least a first image plane (23A), wherein seen from the first lens (14A) in the direction of the first image plane (23A) first, the first
Objektiv (14A), dann die erste Bildstabilisierungseinheit (16A) und dann die erste Bildebene (23A) entlang einer ersten optischen Achse (10) angeordnet sind, und mit Lens (14A), then the first image stabilization unit (16A) and then the first image plane (23A) along a first optical axis (10) are arranged, and with
- mindestens einer ersten Erkennungseinheit (37A) zur Erkennung einer gewollten oder ungewollten Verschwenkung des optischen Systems ( 1 ) um eine erste Rotationsachse, at least one first detection unit (37A) for detecting a deliberate or unwanted pivoting of the optical system (1) about a first axis of rotation,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die erste Erkennungseinheit (37A) mindestens einen ersten Tiefpassfilter (80A) aufweist. in that the first recognition unit (37A) has at least one first low-pass filter (80A).
2. Optisches System (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tiefpassfilter (80A) eine Kombination aus einem elektrischen Tiefpassfilter, einem digitalen Tiefpassfilter und einem digitalen Shelving-Filter erster Ordnung ist. The optical system (1) according to claim 1, characterized in that the first low-pass filter (80A) is a combination of an electric low-pass filter, a digital low-pass filter and a first-order digital shelving filter.
3. Optisches System (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Tiefpassfilter, der digitale Tiefpassfilter und der digitale Shelving- Filter erster Ordnung in Reihe geschaltet sind.
Optisches System ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erkennungseinheit (37A) mindestens eine erste Integrationseinheit (82A) aufweist, welche dem ersten Tiefpassfilter (80A) nachgeschaltet ist. 3. Optical system (1) according to claim 2, characterized in that the electrical low-pass filter, the digital low-pass filter and the first-order digital shelving filter are connected in series. Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first detection unit (37A) has at least one first integration unit (82A) which is connected downstream of the first low-pass filter (80A).
Optisches System (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Integrationseinheit (82A) mindestens eine erste Eingangsleitung mit mindestens einem ersten Eingangssignal und mindestens eine erste Ausgangsleitung mit mindestens einem ersten Ausgangssignal aufweist, wobei das erste Ausgangssignal durch die folgende Gleichung bestimmt ist: An optical system (1) according to claim 4, characterized in that the first integration unit (82A) comprises at least a first input line having at least a first input signal and at least a first output line having at least a first output signal, the first output signal being determined by the following equation :
wobei in which
a( ) das erste Eingangssignal zu einem ersten Zeitpunkt ti ist,a () is the first input signal at a first time ti,
I(ti) das erste Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt ti ist, γ (I(ti )) eine Funktion zur Steuerung einer zeitlichen Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist, die abhängig vom ersten Ausgangssignal ist, sowie I (ti) is the first output at the first time ti, γ (I (ti)) is a function for controlling a timing of the first output to zero, which is dependent on the first output, and
I(t2) das erste Ausgangssignal zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ist. I (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
Optisches System (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Integrationseinheit (37A) mindestens eine erste Eingangsleitung mit mindestens einem ersten Eingangssignal und mindestens eine erste Ausgangsleitung mit mindestens einem ersten Ausgangssignal aufweist, wobei das erste Ausgangssignal durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
F( (t, )) + a(t, ) wobei An optical system (1) according to claim 4, characterized in that the first integration unit (37A) comprises at least a first input line having at least a first input signal and at least a first output line having at least a first output signal, the first output signal being determined by the following equation : F ((t,)) + a (t,) where
a(ti ) das erste Eingangssignal zu einem ersten Zeitpunkt ist a (ti) is the first input signal at a first time
Σ(ίι ) das erste Ausgangssignal zu dem ersten Zeitpunkt ti ist, Σ (ίι) is the first output signal at the first time ti,
F (I(t, )) eine Funktion zur Steuerung einer zeitlichen Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist, die abhängig vom ersten Ausgangssignal ist, sowie F (I (t,)) is a function for controlling a timing of the first output signal to the value zero, which is dependent on the first output signal, as well as
Z(t2) das erste Ausgangssignal zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ist. Z (t 2 ) is the first output signal at a second time t 2 .
Optisches System ( 1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ( 1 ) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: Optical system (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the optical system (1) has at least one of the following features:
- Die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist zur proportionalen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet, oder- The function for controlling the guidance of the first output signal to the value zero is formed for the proportional enlargement or reduction of the first output signal at the first time, or
- die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null ist zur mindestens 3-fachen proportionalen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet. - The function for controlling the control of the first output signal to the value zero is formed at least 3 times proportional enlargement or reduction of the first output signal at the first time.
Optisches System ( 1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion zur Steuerung der Führung des ersten Ausgangssignals auf den Wert Null zur nichtlinearen Vergrößerung oder Verkleinerung des ersten Ausgangssignals zu dem ersten Zeitpunkt ausgebildet ist. An optical system (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the function for controlling the routing of the first output signal to the value zero for non-linear enlargement or reduction of the first output signal is formed at the first time.
Optisches System ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1 ) die folgenden Merkmale aufweist:
- mindestens ein zweites Objektiv (14B), Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system (1) has the following features: at least one second objective (14B),
- mindestens eine zweite Bildstabilisierungseinheit (16B), und at least one second image stabilization unit (16B), and
- mindestens eine zweite Bildebene (23B), wobei von dem zweiten Objektiv (14B) in Richtung der zweiten Bildebene (23B) gesehen zunächst das zweite Objektiv (14B), dann die zweite Bildstabilisierungseinheit (16B) und dann die zweite Bildebene (23B) entlang einer zweiten optischen Achse (1 1 ) angeordnet sind. at least one second image plane (23B), the second objective (14B) seen from the second objective (14B) in the direction of the second image plane (23B), then the second image stabilization unit (16B) and then the second image plane (23B) a second optical axis (1 1) are arranged.
Optisches System (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Optical system (1) according to claim 9, characterized in that
- das optische System (1 ) mindestens eine zweite Erkennungseinheit (37B) zur Erkennung einer gewollten oder ungewollten Verschwenkung des optischen Systems (1 ) um eine zweite Rotationsachse aufweist, the optical system (1) has at least one second detection unit (37B) for detecting a deliberate or unwanted pivoting of the optical system (1) about a second axis of rotation,
- die zweite Erkennungseinheit (37B) mindestens einen zweiten Tiefpassfilter (80B) aufweist, und dass - The second detection unit (37 B) has at least one second low-pass filter (80 B), and that
- die zweite Erkennungseinheit (37B) mindestens eine zweite Integrationseinheit (82B) aufweist, welche dem zweiten Tiefpassfilter (80B) nachgeschaltet ist. - The second detection unit (37 B) has at least one second integration unit (82 B), which is connected downstream of the second low-pass filter (80 B).
1 1 . Optisches System ( 1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tiefpassfilter (80B) eine Kombination aus einem elektrischen Tiefpass- filter, einem digitalen Tiefpassfilter und einem digitalen Shelving-Filter erster Ordnung ist. 1 1. An optical system (1) according to claim 10, characterized in that the second low-pass filter (80B) is a combination of a low-pass electrical filter, a digital low-pass filter and a first-order digital shelving filter.
12. Optisches System (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Tiefpassfilter, der digitale Tiefpassfilter und der digitale Shelving- Filter erster Ordnung in Reihe geschaltet sind.
12. Optical system (1) according to claim 1 1, characterized in that the electrical low-pass filter, the digital low-pass filter and the first-order digital shelving filter are connected in series.
13. Optisches System (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 13. Optical system (1) according to one of claims 9 to 12, characterized in that
- das erste Objektiv (14A), die erste Bildstabilisierungseinheit (16A) und die erste Bildebene (23A) in einem ersten Gehäuse (2) angeordnet sind, und dass - The first lens (14A), the first image stabilizing unit (16A) and the first image plane (23A) in a first housing (2) are arranged, and that
- das zweite Objektiv (14B), die zweite Bildstabilisierungseinheit (16B) und die zweite Bildebene (23B) in einem zweiten Gehäuse (3) angeordnet sind. - The second lens (14 B), the second image stabilization unit (16 B) and the second image plane (23 B) are arranged in a second housing (3).
14. Optisches System (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass 14. Optical system (1) according to claim 13, characterized in that
- das erste Gehäuse (2) mit dem zweiten Gehäuse (3) über mindestens eine Knickbrücke (4) verbunden ist, the first housing (2) is connected to the second housing (3) via at least one articulated bridge (4),
- die Knickbrücke (4) ein an dem ersten Gehäuse (2) angeordnetes erstes Scharnierteil (5) aufweist, und dass - The buckling bridge (4) has a on the first housing (2) arranged first hinge part (5), and that
- die Knickbrücke (4) ein an dem zweiten Gehäuse (2) angeordnetes zweites Scharnierteil (6) aufweist. - The buckling bridge (4) has a second housing (2) arranged second hinge part (6).
15. Optisches System (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erkennungseinheit (37A) mit mindestens einem ersten Bewegungsdetektor (38) zur Detektion einer Bewegung des optischen Systems (1 ) verbunden ist. 15. Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first detection unit (37A) is connected to at least one first motion detector (38) for detecting a movement of the optical system (1).
16. Optisches System ( 1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Erkennungseinheit (37B) mit mindestens einem zweiten Bewegungsdetektor (3) zur Detektion einer Bewegung des optischen Systems (1 ) verbunden ist.
16. Optical system (1) according to one of claims 10 to 15, characterized in that the second detection unit (37B) is connected to at least one second motion detector (3) for detecting a movement of the optical system (1).
17. Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem 17. A method for operating an optical system (1) according to one of the preceding claims, with a
- Erkennen einer Verschwenkung des optischen Systems (1 ) mittels der ersten Erkennungseinheit (37A) und Bereitstellen eines ersten Detektions- signals, Detecting a pivoting of the optical system (1) by means of the first detection unit (37A) and providing a first detection signal,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- das erste Detektionssignal mittels des ersten Tiefpassfilters (80A) gefiltert wird und ein erstes Filtersignal erzeugt wird, und dass - The first detection signal is filtered by means of the first low-pass filter (80A) and a first filter signal is generated, and that
- das erste Filtersignal zur Bestimmung der Verschwenkung als eine gewollte oder ungewollte Verschwenkung verwendet wird. - The first filter signal for determining the pivoting is used as a deliberate or unwanted pivoting.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste 18. The method according to claim 17, characterized in that the first
Filtersignal mittels der ersten Integrationseinheit (82A) integriert wird und dass das erste Ausgangssignal durch die Gleichung nach Anspruch 5 oder 6 bestimmt wird. Filter signal is integrated by means of the first integration unit (82A) and that the first output signal by the equation according to claim 5 or 6 is determined.
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