LU102085B1 - Imaging system, in particular for a camera - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem, insbesondere für eine Kamera, mit einer ersten Abbildungseinrichtung (1) zur Erzeugung eines reellen Zwischenbildes (4) von einem Objekt in einer zur optischen Achse (2) senkrechten Zwischenbildebene (3), einer zweiten Abbildungseinrichtung (5) zur Erzeugung virtueller, zu dem reellen Zwischenbild (4) seitlich versetzter Spiegelbilder von dem reellen Zwischenbild (4) und einer dritten Abbildungseinrichtung (6) zur Erzeugung eines reellen Gesamtbildes (8 bis 16) von dem reellen Zwischenbild (4) mit den Spiegelbildern, wobei die zweite Abbildungseinrichtung (5) einen Kanal mit verspiegelten, Abbildungsstrahlen reflektierenden Innenflächen aufweist. Gemäß der Erfindung verringert sich der Kanalquerschnitt zu der dritten Abbildungseinrichtung (6) hin, wobei er insbesondere über die gesamte Kanallänge stetig abnimmt.The invention relates to an imaging system, in particular for a camera, having a first imaging device (1) for generating a real intermediate image (4) of an object in an intermediate image plane (3) perpendicular to the optical axis (2), a second imaging device (5) for Generation of virtual mirror images from the real intermediate image (4) laterally offset to the real intermediate image (4) and a third imaging device (6) for generating a real overall image (8 to 16) from the real intermediate image (4) with the mirror images, wherein the second imaging device (5) has a channel with mirrored inner surfaces reflecting imaging rays. According to the invention, the channel cross-section decreases towards the third imaging device (6), in particular steadily decreasing over the entire channel length.
Description
: -1- LU102085 PATENTAN WALTE BERNHARDT | WOLFF Beschreibung: K|Lens GmbH, 66111 Saarbrücken (Deutschland) Abbildungssystem, insbesondere für eine Kamera Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem, insbesondere für eine Kamera, mit einer ersten Abbildungseinrichtung zur Erzeugung eines reellen Zwischenbildes von einem Objekt in einer zur optischen Achse senkrechten Zwischenbildebene, einer zweiten Abbildungseinrichtung zur Erzeugung virtueller, zu dem reellen Zwischenbild seitlich g versetzter Spiegelbilder von dem reellen Iwischenbild und einer dritten Abbildungs- einrichtung zur Erzeugung eines reellen Gesamtbildes von dem reellen Zwischenbild und dessen Spiegelbildern, wobei die zweite Abbildungseinrichtung einen Kanal mit verspiegelten Abbildungsstrahlen reflektierenden Innenflächen aufweist.: -1- LU102085 PATENT TAN WALTE BERNHARDT | WOLFF Description: K|Lens GmbH, 66111 Saarbrücken (Germany) Imaging system, in particular for a camera The invention relates to an imaging system, in particular for a camera, with a first imaging device for generating a real intermediate image of an object in an intermediate image plane perpendicular to the optical axis, a second imaging device for generating virtual mirror images from the real intermediate image, laterally offset g to the real intermediate image, and a third imaging device for generating a real overall image from the real intermediate image and its mirror images, the second imaging device having a channel with mirrored imaging beams reflecting inner surfaces .
Ein Abbildungssystem solcher Art geht aus der WO 2014/124982 Al hervor. Die zu dem reellen Zwischenbild von der optischen Achse weg seitlich versetzten Spiegel- bilder weisen gegenüber dem reellen Zwischenbild gegebenenfalls Unterschiede auf. Unterschiedlich weit vom Abbildungssystem entfernt gelegenen Objektpunkten entsprechende Bildpunkte des reellen Zwischenbildes werden in den Spiegelbildern relativ zueinander geringfügig verschoben. Somit enthalten die Spiegelbilder die Objektpunkttiefe betreffende Information. Ein das reelle Zwischenbild und die Spiegelbilder betreffender Bildpunktdatensatz beinhaltet daher mehr als zur zweidimensionalen Bildwiedergabe erforderliche Information. Aus dem Bilddatensatz können daher zu Bildpunkten gehörende Objektpunkttiefen ermittelt werden, d.h. die Abstände der Objektpunkte in Richtung der optischen Achse von der Kamera. Das aus obengenannter WO 2014/124982 AT bekannte Abbildungssystem umfasst eine in der beiliegenden Figur 1a gezeigte zweite Abbildungseinrichtung 5‘ mitAn imaging system of this type is disclosed in WO 2014/124982 A1. The mirror images that are offset laterally away from the optical axis in relation to the real intermediate image may have differences compared to the real intermediate image. Pixels of the real intermediate image corresponding to object points located at different distances from the imaging system are slightly shifted relative to one another in the mirror images. Thus, the mirror images contain information relating to the object point depth. A pixel data set relating to the real intermediate image and the mirror images therefore contains more information than is required for two-dimensional image reproduction. Object point depths belonging to image points can therefore be determined from the image data set, i.e. the distances of the object points in the direction of the optical axis from the camera. The imaging system known from the above-mentioned WO 2014/124982 AT includes a second imaging device 5' shown in the attached FIG. 1a
-2- LU102085 einem verspiegelten, einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Kanal mit der optischen Achse als Mittelachse, wobei der Kanalquerschnitt über die Länge des Kanals konstant ist. Der verspiegelte, Abbildungslichtstrahlen reflektierende Kanal erzeugt in der Zwischenbildebene zu dem reellen Iwischenbild seitlich versetzte Spiegelbilder.-2- LU102085 a mirrored duct having a rectangular cross-section with the optical axis as the central axis, the duct cross-section being constant over the length of the duct. The mirrored channel reflecting imaging light beams generates mirror images in the intermediate image plane that are laterally offset relative to the real intermediate image.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungssystem der eingangs genannten Art mit einer in Bezug auf die Bauform verbesserten zweiten Abbildungseinrichtung zu schaffen. Das diese Aufgabe lösende Abbildungssystem nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanalquerschnitt zu der dritten Abbildungseinrichtung hin verändert, insbesondere verringert. Bei gegebenen Abmessungen des reellen Zwischenbildes erlaubt diese Erfindungs- lösung eine wesentliche Verkürzung der Baulänge der zweiten Abbildungs- einrichtung. Vorzugsweise verringert sich der Kanalquerschnitt über die gesamte Kanallänge stetig. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Kanal paarweise zu der optischen Achse symmetrisch angeordnete Innenflächen auf. Die Innenflächen des Kanals können eben oder gekrümmt sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kanalinnenraum die Form eines Pyramidenstumpfes auf. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Innenflächen ausschließlich in zu den Symmetrieebenen senkrechten Ebenen gekrümmt. In Bezug auf die optische Achse kann die Krümmung konvex oder konkav sein. Während Teilverspiegelungen der Innenflächen denkbar sind, ist der Kanal innen- seifig vorzugsweise komplett verspiegelt.The present invention is based on the object of creating an imaging system of the type mentioned at the beginning with a second imaging device that is improved in terms of construction. The imaging system according to the invention that achieves this object is characterized in that the channel cross section changes, in particular decreases, towards the third imaging device. Given the dimensions of the real intermediate image, this solution according to the invention allows the overall length of the second imaging device to be significantly reduced. The channel cross section preferably decreases continuously over the entire channel length. In a particularly preferred embodiment, the channel has inner surfaces arranged in pairs symmetrically to the optical axis. The inner surfaces of the channel can be flat or curved. In a particularly preferred embodiment of the invention, the channel interior has the shape of a truncated pyramid. In a further embodiment of the invention, the inner surfaces are curved exclusively in planes perpendicular to the planes of symmetry. With respect to the optical axis, the curvature can be convex or concave. While partial mirroring of the inner surfaces is conceivable, the channel is preferably completely mirrored on the inside.
-3- LU102085 In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Abbildungseinrichtung zum Ausgleich von Versatz gespiegelter Punkte des reellen | Iwischenbildes zu der Zwischenbildebene ausgebildet. Der Ausgleich kann so erfolgen, dass das auf zueinander im Winkel stehende Flächen verteilte Gesamtbild scharf auf einer Bildempfängerfläche durch die dritte Abbildungseinrichtung abge- bildet wird.-3- LU102085 In a further preferred embodiment of the invention, the third imaging device for compensating offsets of reflected points of the real | Intermediate image formed to the intermediate image plane. The compensation can take place in such a way that the overall image distributed on surfaces that are at an angle to one another is imaged sharply on an image receiver surface by the third imaging device.
Es versteht sich, dass der Kanal mit einem durchsichtigen Material ausgefüllt und z.B.It goes without saying that the channel is filled with a transparent material and e.g.
durch einen Glaskörper gebildet sein kann.can be formed by a glass body.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der bei- liegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehende Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine den Unterschied zwischen einem erfindungsgemäfen Abbildungs- systems und einem Abbildungssystem nach dem Stand der Technik ertäuternde Darstellung, Fig. 2 eine die Abbildung eines Bildpunktes durch eine erfindungsgemäße Spiegelungseinrichtung erläuternde Darstellung, Fig. 3 eine durch das erfindungsgemäße Abbildungssystem von Figur 1 erzeugte Abbildung auf einer Bldempfängerfläche, und Fig. 4 eine den Unterschied zwischen einer erfindungsgemäBen Spiegelungs- einrichtung und einer Spiegelungseinrichtung nach dem Stand der Technik erlGuternde Darstellung.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and the attached drawings relating to this exemplary embodiment. 1 shows the difference between an imaging system according to the invention and an imaging system according to the prior art, FIG. 2 shows the imaging of a pixel by a reflection device according to the invention, FIG 1 shows an image produced on an image receiver surface, and FIG. 4 shows an illustration explaining the difference between a reflection device according to the invention and a reflection device according to the prior art.
Ein in Figur Tb dargestelltes Abbildungssystem umfasst eine als Hauptobjektiv zu bezeichnende erste Abbildungseinrichtung 1 mit einer (nicht gezeigten) Anordnung von Linsen.An imaging system shown in FIG. 1b includes a first imaging device 1, to be referred to as the main objective, with an arrangement of lenses (not shown).
Die Abbildungseinrichtung 1 erzeugt auf einer zur optischen Achse 2 senkrechten Iwischenbildebene 3 ein reelles Zwischenbild 4 (Figur 2).The imaging device 1 generates a real intermediate image 4 (FIG. 2) on an intermediate image plane 3 perpendicular to the optical axis 2 .
An die Abbildungseinrichtung 1 schließt sich eine zweite Abbildungseinrichtung 5 an, die in dem gezeigten Beispiel einen im Querschnitt rechteckigen Kanal mit ver- spiegelten Innenflächen aufweist. Der Kanalquerschnitt nimmt Uber die gesamte Kanallänge stetig ab, wobei ein pyramidenstumpfférmiger Kanalinnenraum gebildet 7777 ———— ll eee——— SEThe imaging device 1 is followed by a second imaging device 5 which, in the example shown, has a channel with a rectangular cross section and mirrored inner surfaces. The cross-section of the canal decreases steadily over the entire length of the canal, with a truncated pyramidal canal interior being formed
-4- LU102085 ist. Die einander gegenUberliegenden Innenflächen sind jeweils symmetrisch zur optischen Achse 2 angeordnet.-4- LU102085 is. The inner surfaces lying opposite one another are each arranged symmetrically to the optical axis 2 .
Die zweite Abbildungseinrichtung 5 erzeugt durch Spiegelung an den Innenflächen des Kanals von dem reellen Zwischenbild 4 in dem Beispiel virtuelle Spiegelbilder, die seitlich versetzt zu dem reellen Zwischenbild nahe der Zwischenbildebene 3 angeordnet sind.The second imaging device 5 generates virtual mirror images from the real intermediate image 4 in the example by reflection on the inner surfaces of the channel, which are arranged laterally offset to the real intermediate image near the intermediate image plane 3 .
Eine dritte Abbildungseinrichtung 6, die eine (nicht gezeigte) Linsenanordnung umfasst, bildet das von Spiegelbildern umgebene reelle Zwischenbild 4 als Gesamt- bild auf einer Bildempfängerflâôche 7 ab, die z.B. durch den Sensor einer digitalen Kamera gebildet ist. Figur 3 zeigt ein solches Gesamtbild mit einer Abbildung 8 von dem reellen Zwischenbild 4 sowie Abbildungen 9 bis 16 das reelle Zwischenbild 4 umgebender Spiegelbilder.A third imaging device 6, which comprises a lens arrangement (not shown), images the real intermediate image 4 surrounded by mirror images as an overall image on an image receiver surface 7, which is formed, for example, by the sensor of a digital camera. FIG. 3 shows such an overall image with an image 8 of the real intermediate image 4 and images 9 to 16 of mirror images surrounding the real intermediate image 4 .
Der AbbildungsmaBstab der Abbildung durch die dritte Abbildungseinrichtung ist verstellbar, so dass auf der Bildempfängerfläche 7 weitere, durch Mehrfachreflexion gebildete Spiegelbilder oder nur ein Teil des in Figur 3 gezeigten Gesamtbildes auf der Bildempfängerflôäche 7 abbildbar ist.The imaging scale of the imaging by the third imaging device can be adjusted, so that further mirror images formed by multiple reflection or only part of the overall image shown in FIG. 3 can be imaged on the image receiver surface 7 .
Die Erzeugung von Spiegelbildern durch die zweite Abbildungseinrichtung 5 ist nach- folgend anhand von Figur 2 erläutert.The generation of mirror images by the second imaging device 5 is explained below with reference to FIG.
Ein z.B. auf der optischen Achse gelegener Bildpunkt 17 des Zwischenbildes 4, der für die Abbildung durch die Abbildungseinrichtung 5 und 6 einen Objektpunkt 17 bildet, sendet ein Teilbündel aus, das durch Lichtstrahlen 18 und 19 begrenzt ist. Sämtliche Lichtstrahlen dieses Teilbündels treten unreflektiert aus der zweiten Abbildungs- einrichtung 5 aus und werden auf der Bildempfängerfläche 7 in einem Bildpunkt der Abbildung 8 zusammengeführt.A pixel 17 of the intermediate image 4 located, for example, on the optical axis, which forms an object point 17 for imaging by the imaging devices 5 and 6, emits a partial bundle that is delimited by light beams 18 and 19. All of the light beams of this partial bundle emerge from the second imaging device 5 without being reflected and are brought together on the image receiver surface 7 in a pixel of the image 8 .
An die Begrenzungsstrahlen 18,19 unmittelbar angrenzende Strahlen 18° und 19‘ jedoch werden reflektiert und gemäß Reflexionsgesetz abgelenkt, so dass diese Strahlen 18‘, 19‘ nicht von dem Objektpunkt 17, sondern dem Spiegelpunkt 20 bzw. 21 auszugehen scheinen. Für die Abbildung durch die Abbildungseinrichtung 6 bilden auch diese Spiegelpunkte Objektpunkte.However, beams 18° and 19' immediately adjacent to the limiting beams 18,19 are reflected and deflected in accordance with the law of reflection, so that these beams 18', 19' do not appear to emanate from the object point 17, but rather from the mirror point 20 or 21. These mirror points also form object points for the imaging by the imaging device 6 .
Weitere von dem Objektpunkt 17 ausgehende Teilbündel sind durch einen Lichtstrahl 22 und den Lichtstrahl 18' sowie durch einen Lichtstrahl 23 und den Lichtstrahl 19‘ begrenzt. Sämtliche Lichtstrahlen dieser beiden Teilbündel scheinen von demFurther sub-beams emanating from the object point 17 are delimited by a light beam 22 and the light beam 18' and by a light beam 23 and the light beam 19'. All light rays of these two sub-beams shine from the
-5- LU102085 Spiegelpunkt 20 bzw. 21 auszugehen.-5- LU102085 mirror point 20 or 21.
Sie werden jeweils in einem Bildpunkt der Abbildungen 10 und 14 zusammengeführt.They are each brought together in a pixel of Figures 10 and 14.
An die Lichtstrahlen 22 und 23 unmittelbar angrenzende Lichtstrahlen werden bereits zweimal reflektiert und gehören weiteren Teilbündeln an, durch die weitere, jeweils im Abstand von der optischen Achse angeordnete Spiegelbilder entstehen.Light beams immediately adjacent to the light beams 22 and 23 are already reflected twice and belong to further sub-beams, which result in further mirror images that are each arranged at a distance from the optical axis.
Im Zuge mehrfacher Reflexion kommt es auch zu Überlagerungen von Spiegelbildern, ins- besondere in Eckenbereichen.In the course of multiple reflections, superimpositions of mirror images also occur, particularly in corner areas.
Figur 4 verdeutlicht, dass der sich zu der dritten Abbildungseinrichtung 6 hin verringernde Kanalquerschnitt gegenüber einem konstanten Kanalquerschnitt gemäß Figur 1a bei gegebener Bildgröße des reellen Zwischenbildes vorteilhaft eine kürzere Baulänge der zweiten Abbildungseinrichtung 5 ermöglicht.FIG. 4 makes it clear that the channel cross section that decreases toward the third imaging device 6 compared to a constant channel cross section according to FIG.
Eine Abbildungseinrichtung 5, die z.B. nur halb so lang wie die Abbildungseinrichtung 5' mit konstantem Kanalquerschnitt ist, bildet einen auf der optischen Achse gelegenen Objektpunkt 17 in einem Spiegelpunkt 20 ab, der nur geringfügig gegen- Über einem durch die Abbildungseinrichtung 5‘ erzeugten Spiegelpunkt 20‘ versetzt ist.An imaging device 5, which is e.g. only half as long as the imaging device 5' with a constant channel cross-section, images an object point 17 located on the optical axis in a mirror point 20, which is only slightly opposite to a mirror point 20 generated by the imaging device 5' ' is offset.
Die dritte Abbildungseinrichtung 6 kann derart ausgebildet sein, dass sie einen solchen Versatz ausgleicht und ein reelles Zwischenbild 4 zusammen mit z.B. acht Spiegelbildern auf die ebene Bildempfängerfläche 7 projiziert. "77The third imaging device 6 can be designed in such a way that it compensates for such an offset and projects a real intermediate image 4 together with, for example, eight mirror images onto the flat image receiver surface 7 . "77
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