-
Die Erfindung betrifft eine Periskopvorrichtung. Im Allgemeinen sind Periskopvorrichtungen optische Systeme, die einen Blick um die Ecke erlauben. Somit kann ein gewünschtes Objekt, wie etwa ein Gegenstand, ein Tier oder eine Person, aus einer Deckung heraus beobachtet werden. Periskopvorrichtungen umfassen dabei beispielsweise ein Rohr an dessen beiden Öffnungen Spiegel oder Prismen angeordnet sind. Die Spiegel oder Prismen sind dabei derart an den beiden Öffnungen angeordnet, dass senkrecht zum Rohr laufende Lichtstrahlen von dem zu beobachtenden Objekt aus in das Rohr und parallel versetzt zur ursprünglichen Einfallsrichtung des Lichts wieder heraus gelenkt werden. Das Licht wird an einer ersten Öffnung des Rohrs eingekoppelt und an einer zweiten Öffnung des Rohrs wieder ausgekoppelt. Ein Beobachter, der dann beispielsweise in die zweite Öffnung der Periskopvorrichtung blickt, kann somit das Objekt beobachten, ohne sich im direkten Blickfeld des Objekts zu befinden. Anstelle einer Periskopvorrichtung können auch andere optische Systeme, wie Spiegel, Kameras und Lichtleiter, als Spähhilfe eingesetzt werden.
-
Ein Nachteil der bestehenden optischen Systeme besteht darin, dass diese leicht zu erkennen beziehungsweise zu entdecken sind.
-
Aus der
US 5,856,842 A ist eine Videotelefoniesystem bekannt, mittels welchem ein frontales Gesichtsbild einer Person, die in ein Display blickt erfasst werden kann. Dabei braucht die Person den Kopf also nicht drehen, um, wie bisher üblich, frontal in eine Kamera zum Aufnehmen des Gesichtsbildes zu blicken. Dazu nutzt das System ein Periskopkonzept, wobei zwei holografische Gitterstrukturen in eine transparente Scheibe, die vor dem Display und der Kamera angeordnet ist, eigenbracht werden. Eine der Gitterstrukturen ist überlappend mit dem Display angeordnet und koppelt Licht, durch welches das Gesichtsbild darstellbar ist, in die Scheibe ein. Dort wird das Licht mittels interner Totalreflexion an die zweite Gitterstruktur, die überlappend mit der Kamera angeordnet ist, übertragen, aus der Scheibe ausgekoppelt und an die Kamera bereitgestellt.
-
Die
US 9,977,247 B1 offenbart ein Heads-Up-Display (HUD), das zum Umlenken von Licht einen Periskopeffekt nutzt. Ein Display übertragt dabei Licht in Form eines Anzeigebilds an einen Lichtleiter. Der Lichtleiter umfasst ein erstes holografisches Beugungsgitter, welches das übertragene Licht in den Lichtleiter einkoppelt, wo es mittels interner Totalreflexion zu einem zweiten holografischen Beugungsgitter umgelenkt wird. Das zweite Beugungsgitter koppelt das Licht aus dem Wellenleiter aus und stellt das Licht in Form des Anzeigebilds an einen Nutzer bereit.
-
In der
US 2010/0157400 A1 ist ebenfalls ein HUD oder Head-Mounted-Display beschrieben, bei dem ein Transparents Substrat mit zwei holografisch-optischen Elementen (HOE) als Display zum Anzeigen eines Bildes und zum Erfassen einer Blickrichtung eines Nutzers dient. Die HOEs sind dabei, wie zuvor beschrieben, zum Umlenken von Licht innerhalb des Substrats ausgebildet. Beabstandet zu einem der HOEs ist eine Miniaturkamera angeordnet, die an eine externe Recheneinheit zum Bestimmen der Blickrichtung angeschlossen ist.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Entdeckungsrisiko beim Beobachten aus der Deckung heraus zu minimieren.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
-
Durch die Erfindung ist eine Periskopvorrichtung bereitgestellt. Die Periskopvorrichtung umfasst ein Trägermedium, welches als Lichtleiter ausgebildet ist, mit einem Einkoppelbereich und einem Auskoppelbereich, die in einem vorgegebenen Abstand zueinander ausgebildet sind. Dabei ist der Einkoppelbereich als holografisches Element mit einer ersten vorgegebenen Beugungsstruktur ausgebildet, die dazu ausgelegt ist, Licht mit wenigstens einer Wellenlänge, das auf die erste Beugungsstruktur fällt, derart zu beugen, dass das Licht in das Trägermedium eingekoppelt wird. Das Trägermedium ist wiederrum ausgebildet, das eingekoppelte Licht von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich zu übertragen. Der Auskoppelbereich ist ebenfalls als holografisches Element mit einer zweiten vorgegebenen Beugungsstruktur ausgebildet, die dazu ausgelegt ist, das übertragene Licht, das auf die zweite Beugungsstruktur fällt, derart zu beugen, dass das Licht aus dem Trägermedium ausgekoppelt wird. Wesentlich ist dabei, dass die Periskopvorrichtung transparent ausgebildet ist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit holografischen Elementen (holographic-optical element, kurz: HOE), durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung erreicht werden kann, vergleichbar mit derjenigen von Spiegeln, Linsen oder Prismen. Jedoch können HOEs transparent, also beispielsweise als transparente Folie, ausgebildet sein. Das transparente HOE kann dann beispielsweise an ein ebenfalls transparentes Substrat beziehungsweise Trägermedium angeordnet werden, sodass eine vollständig transparente Periskopvorrichtung entsteht.
-
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein intransparentes Trägermedium, wie beispielsweise ein Rohr, zum Bereitstellen einer Periskopvorrichtung, vermieden werden kann, und somit insgesamt das Entdeckungsrisiko minimiert wird. Dadurch kann insgesamt eine sichere und schwer zu entdeckende Beobachtung um Hindernisse herum oder durch Spalte hindurch oder aus einer Deckung heraus ermöglicht werden. Zudem ergibt sich auch der Vorteil, dass im Gegensatz zu einer Periskopvorrichtung mit Spiegeln, eine Rückspiegelung vermieden werden kann. Die Beobachtungsrichtung ist somit lediglich unidirektional. Das heißt, nur der Beobachter kann das zu beobachtende Objekt sehen, aber nicht umgekehrt.
-
Holografische Elemente (Holographic-optical elements, kurz: HOE) sind optische Bauelemente, die durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen können. Bevorzugt können HOEs als Volumenhologramme (Volume holographic grating, kurz: VHG) ausgebildet sein. Die Lichtlenkung wird dabei durch eine Beugungsstruktur des HOE erreicht. Fällt Licht beziehungsweise fallen Lichtstrahlen auf die Beugungsstruktur, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen nämlich durch die Beugungsstruktur abgelenkt. Dabei sind HOEs und insbesondere auch VHGs selektiv im Hinblick auf eine Wellenlänge und einen Winkel des einfallenden Lichts. Beispielsweise kann die Beugungsstruktur derart ausgebildet sein, dass nur Licht einer Wellenlänge abgelenkt wird. Lichtstrahlen, die eine andere Wellenlänge aufweisen, werden hingegen nicht abgelenkt und können somit ungehindert durch das HOE propagieren. Analog dazu kann die Beugungsstruktur auch ausgebildet sein, nur Licht in einem sehr schmalen Winkelbereich mit einem Delta von etwa ± 1 Grad abzulenken. Das heißt, es werden nur Lichtstrahlen gebeugt, die aus einer bestimmten Richtung, also in einem bestimmten Winkelbereich auf das HOE treffen. Anstelle von nur einer Beugungsstruktur kann ein HOE auch mehrere verschiedene Beugungsstrukturen aufweisen. Somit können in einem HOE Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, die insbesondere in unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das HOE treffen, von der jeweiligen Beugungsstruktur abgelenkt werden.
-
Als Materialien für HOEs eignet sich besonders fotosensitives Glas, lichtbrechende Kristalle, Polymere, insbesondere Fotopolymere und beispielsweise Quarzglas. Somit können HOEs insbesondere auch transparent ausgebildet sein. Die Beugungsstruktur, also die optischen Eigenschaften, insbesondere die winkel- beziehungsweise wellenlängenselektive Beugung von Lichtstrahlen, kann dabei mittels thermischer Behandlung beziehungsweise Belichtung in das HOE eingeprägt werden. Neben dem Einfallswinkel kann auch ein Beugungswinkel, auch Bragg-Winkel genannt, indem das Licht von der Beugungsstruktur gebeugt wird, durch die Belichtung definiert werden.
-
Auf molekularer Ebene können HOEs einzelne Molekülstrukturen, sogenannte Monomere, umfassen. Die Monomere können dabei wellenlängenselektive und somit farbselektive Anteile, also Farbstoffanteile aufweisen, die beispielweise durch eine Belichtung der Monomere ausgebildet werden können. Fällt nun Licht mit einer bestimmten Wellenlänge, die dem farbselektiven Anteil des Monomers entspricht, auf das HOE, können die Monomere aktiviert werden. Zum Beispiel kann eine Doppelbindung des Farbstoffanteils des Monomers angeregt werden, sodass die Monomere in dem HOE untereinander ankoppeln. Die Monomere polymerisieren. Durch die Polymerisierung erfolgt eine Strukturvergrößerung auf molekularer Ebene, sodass sich ein Brechungsindex des HOE verändert. Durch den veränderten Brechungsindex kann nun Licht der vorgegebenen Wellenlänge an der Beugungsstruktur gebeugt werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Periskopvorrichtung können das HOE und das Trägermedium beispielsweise separat oder als ein gemeinsames Bauelement ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das HOE in Form einer holografischen Folie als ein Polymer, insbesondere ein Fotopolymer, ausgebildet sein, wohingegen das Trägermaterial beispielsweise als Glasplatte ausgebildet ist. Das HOE kann dann direkt auf dem Trägermedium angebracht werden. Zum Beispiel kann das HOE ähnlich einer Adhäsionsfolie ausgebildet sein, sodass ein Verkleben mittels des HOE mit dem Trägermedium vermieden werden kann. Alternativ können das HOE und das Trägermedium auch mittels Klebstoff miteinander verklebt werden.
-
Im Gegensatz dazu kann die Periskopvorrichtung auch lediglich aus einem Material, nämlich dem Trägermedium ausgebildet sein. Das holografische Element kann dann direkt in dem Trägermedium ausgebildet sein, sodass die Beugungsstruktur beispielsweise durch Belichtung direkt in die Molekülstruktur des Trägermediums eingeprägt werden kann. In der vorliegenden Erfindung kann somit das jeweilige holografische Element, also der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich, Teil des Trägermediums sein. Anders ausgedrückt, kann die erste und zweite Beugungsstruktur direkt in unterschiedlichen Abschnitten des Trägermediums ausgebildet sein. Zum Beispiel kann als Trägermedium Quarzglas genutzt werden. Quarzglas hat den Vorteil, dass es auch als Lichtleiter geeignet ist, sodass mittels Reflexion, insbesondere mittels Totalreflexion an den Grenzflächen des Lichtleiters, Licht geleitet werden kann. Das Quarzglas kann beispielsweise derart mit einem Laser thermisch behandelt werden, dass sich die gewünschte Beugungsstruktur in dem Quarzglas ergibt. Dadurch kann der Brechungsindex in vorgegebenen Abschnitten des Quarzglases verändert werden. Folglich kann das Trägermedium selbst Abschnitte umfassen, die als holografisches Element ausgebildet sind.
-
Die Periskopvorrichtung weist in der vorliegenden Erfindung zwei Beugungsstrukturen, nämlich den Einkoppelbereich und den Auskoppelbereich auf. Die beiden Beugungsstrukturen können entweder in einem gemeinsamen HOE oder in zwei separat ausgebildeten HOEs bereitgestellt werden. Unabhängig von der Ausgestaltung des HOE weisen der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich dabei jedoch einen vorgegebenen Abstand zueinander auf. Durch den vorgegebenen Abstand wird nämlich eine optische Achse des Sichtstrahls des Beobachters versetzt. Eine erste optische Achse ergibt sich dabei durch den direkten Sichtstrahl von dem zu beobachtenden Objekt zu dem Einkoppelbereich. Eine zweite optische Achse ergibt sich durch den von der Periskopvorrichtung versetzten Sichtstrahl von dem Auskoppelbereich zu dem Beobachter.
-
Das Licht fällt somit über die erste optische Achse auf den Einkoppelbereich und wird durch die erste Beugungsstruktur in das Trägermedium eingekoppelt. Dann kann das Licht mittels Totalreflexion in dem Trägermedium von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich geleitet werden und schließlich über eine zweite optische Achse durch den Auskoppelbereich aus dem Trägermedium ausgekoppelt werden. Der Beobachter kann dadurch eine zweidimensionale Repräsentation beziehungsweise eine Abbildung des zu beobachtenden Objekts über den Auskoppelbereich wahrnehmen.
-
Durch den Versatz der zweiten optischen Achse von der ersten optischen Achse kann mittels der Periskopvorrichtung in vorteilhafter Weise auch eine Entfernung zu dem zu beobachtenden Objekt abgeschätzt werden. Können nämlich beide Sichtstrahlen, der direkte über die erste optische Achse und der versetzte über die zweite optische Achse, das Objekt erfassen, kann über Triangulation eine Entfernung zu dem anvisierten, also dem zu beobachtenden Objekt bestimmt werden. Dabei kann die Periskopvorrichtung beispielsweise in Verbindung mit einem bestehenden System zur Entfernungsmessung gekoppelt werden. Eine Ausgabe der Entfernungsmessung, also die gemessene Entfernung, kann dann beispielsweise in einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Alternativ kann die gemessene Entfernung anschließend auch für weitere Aktionen, wie beispielsweise zum Bestimmen einer Fokussierung, bereitgestellt werden.
-
Besonders bevorzugt ist das jeweilige holografische Element dabei derart ausgebildet, dass mehr als eine vorgegebene Wellenlänge an der Beugungsstruktur gebeugt werden kann.
-
Vorzugsweise kann außerdem eine in Blickrichtung eines Beobachters dem Auskoppelbereich gegenüberliegende Seite beziehungsweise Fläche des Trägermediums, insbesondere ein Abschnitt dieser Seite, lichtundurchlässig beziehungsweis lichtdicht ausgebildet sein. Diese Seite oder Fläche kann auch als Rückseite des Trägermediums bezeichnet werden. Somit kann die Rückseite beziehungsweise ein Abschnitt der Rückseite, der dem Auskoppelbereich gegenüberliegt und zumindest teilweise mit dem Auskoppelbereich überlappt, lichtundurchlässig ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die Rückseite oder der Abschnitt lackiert und/oder beklebt sein. Die Lackierung beziehungsweise die Beklebung kann insbesondere als dunkle beziehungsweise schwarze Lackierung beziehungsweise Beklebung ausgebildet sein. Somit kann verhindert werden, dass Umgebungslicht welches von der Rückseite durch den Auskoppelbereich transmittieren kann, eine für den Beobachter sichtbare Abbildung des zu beobachtenden Objekts in dem Auskoppelbereich beeinflusst. Der Beobachter kann dadurch auch in besonders hellen Umgebungen ein möglichst klares Abbild des Objekts wahrnehmen.
-
In vorteilhafter Weise kann die in Blickrichtung des Beobachters dem Auskoppelbereich gegenüberliegende Seite beziehungsweise Fläche des Trägermediums, insbesondere der Abschnitt dieser Seite, schaltbar lichtundurchlässig ausgebildet sein. Somit kann die gegenüberliegende Fläche beispielsweise in einem ersten Zustand lichtundurchlässig und in einem von dem ersten Zustand unterschiedlichen zweiten Zustand lichtdurchlässig ausgebildet sein. In dem ersten Zustand kann das über den Einkoppelbereich eingekoppelte Licht über das Trägermedium somit an den Auskoppelbereich weitergeleitet werden. In dem zweiten Zustand kann hingegen eine Weiterleitung des Lichts über das Trägermedium vermieden werden. Stattdessen kann dem Beobachter der direkte Lichtstrahl durch das Trägermedium hindurch zu dem zu beobachtenden Objekt ermöglicht werden. Ein Wechsel von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand und umgekehrt kann insbesondere mittels wenigstens eines Schaltsignals bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die gegenüberliegende Seite, insbesondere der Abschnitt der Seite, als Flüssigkristallstruktur ausgebildet sein. Flüssigkristalle in der Flüssigkristallstruktur können dabei in Abhängigkeit von einem elektrischen Potential eine Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen. Durch das Schaltsignal kann beispielsweise eine Änderung des elektrischen Potentials hervorgerufen werden. Der Beobachter könnte dadurch beispielsweise per Knopfdruck zwischen dem direkten Sichtstrahl und dem indirekten Sichtstrahl über die Periskopvorrichtung umschalten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Periskopvorrichtung nicht deinstalliert werden muss, wenn der Beobachter zwischen den Sichtstrahlen wechseln möchte.
-
Die Periskopvorrichtung umfasst zudem eine Adaptereinrichtung für eine Halteeinrichtung, wobei die Adaptereinrichtung direkt an dem Trägermedium auf Höhe des Auskoppelbereichs angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Adaptereinrichtung auf einer der Schmalseiten des Trägermediums im Bereich des Auskoppelbereichs angeordnet sein. Vorzugsweise kann das Trägermedium direkt an der Adaptereinrichtung befestigt sein.
-
Weiterhin umfasst die Periskopvorrichtung in diesem Zusammenhang auch die Halteeinrichtung, die mit der Adaptereinrichtung koppelbar ist, wobei die Halteeinrichtung als verformbarer Stab ausgebildet ist.
-
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Beobachter das Trägermedium beziehungsweise das holografische Element selbst nicht anzufassen braucht, um das gewünschte Objekt aus der Deckung heraus zu beobachten. Dadurch können beispielsweise Fingerabdrücke auf dem Trägermedium und/oder den holografischen Elementen vermieden werden, wodurch die optische Eigenschaft der holografischen Folie möglichst unbeeinflusst bleibt.
-
Die Halteeinrichtung kann dabei insbesondere hinsichtlich ihrer Länge und Form verformbar ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Halteeinrichtung als Teleskopstab oder flexibles Stativ ausgebildet sein.
-
Zusätzlich oder alternativ umfasst die Periskopvorrichtung noch ein Blendschutzelement, welches den Auskoppelbereich von drei Seiten umschließt.
-
Somit kann der Auskoppelbereich von einer externen Lichteinstrahlung abgeschirmt werden. Folglich kann der Beobachter das für den Beobachter sichtbare Bild des zu beobachtenden Objekts deutlicher wahrnehmen. Besonders bevorzugt kann das Blendschutzelement den Auskoppelbereich auch von mehr als drei Seiten, also von wenigstens drei Seiten, beispielsweise von vier Seiten umschließen. Somit kann das Blendschutzelement den Auskoppelbereicht zum Beispiel in einem Bereich von 180 bis 360 Grad, insbesondere in einem Bereich von 220 bis 320 Grad, bevorzugt in einem Bereich von 270 Grad umschließen. Somit kann das Blendschutzelement insbesondere rohr- beziehungsweise zylinderförmig ausgebildet sein.
-
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Beugungsstruktur ausgebildet ist, das Licht nur dann derart zu beugen, dass es in das Trägermedium eingekoppelt wird, wenn das Licht in einem ersten vorgegebenen Winkelbereich auf die erste Beugungsstruktur fällt, und die zweite Beugungsstruktur ausgebildet ist, das Licht nur dann derart zu beugen, dass es aus dem Trägermedium ausgekoppelt wird, wenn das Licht in einem zweiten vorgegebenen Winkelbereich auf die zweite Beugungsstruktur fällt.
-
Das heißt, die jeweilige Beugungsstruktur des holografischen Elements kann besonders bevorzugt winkelselektiv ausgebildet sein. Durch die Ausgestaltung der Beugungsstruktur kann somit der jeweilige Winkelbereich vorgegeben werden. Zum Beispiel kann somit nur Licht, welches im Wesentlichen senkrecht auf die Beugungsstruktur des Einkoppelbereichs fällt, in das Trägermedium eingekoppelt werden. Hingegen kann beispielsweise nur Licht, welches im Wesentlichen in einem 45°-Winkel auf die Beugungsstruktur des Auskoppelbereichs fällt, aus dem Trägermedium ausgekoppelt werden.
-
Die Beugungsstrukturen können dabei sowohl im Hinblick auf eine Längs- und Querausrichtung des jeweiligen holografischen Elements als auch im Hinblick auf eine Einfallsrichtung des Lichts winkelselektiv sein. Die Einfallsrichtung beschreibt dabei, ob das Licht auf eine erste Breitseite des holografischen Elements trifft, oder ob das Licht auf eine von der ersten Breitseite gegenüberliegende zweite Breitseite trifft.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Trägermedium als wenigstens eine transparente Platte ausgebildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die holografischen Elemente als wenigstens eine holografische Folie ausgebildet sind, die mit einer Breitseite direkt an einer Breitseite der transparenten Platte anliegt. Dabei ist der Einkoppelbereich durch einen ersten Abschnitt der wenigstens einen Folie ausgebildet und der Auskoppelbereich ist durch einen von dem ersten Abschnitt unterschiedlichen zweiten Abschnitt der wenigstens einen Folie ausgebildet.
-
Mit anderen Worten, kann das Trägermedium oder die holografische Folie als eine im wesentlichen rechteckförmige beziehungsweise quaderförmige Platte ausgebildet sein. Im Folgenden ist die Ausgestaltung der Platte genauer beschrieben, wobei die Ausführungen analog auf für die Ausgestaltung der holografischen Folie gelten können. Eine Kantenlänge in Längserstreckungsrichtung der Platte, auch Längskante, kann dabei größer sein als eine Kantenlänge in Breitenerstreckungsrichtung, auch Breitkante. Weiterhin kann eine Kantenlänge in Höhenerstreckungsrichtung, auch Hochkante, sehr viel kleiner sein als die Längs- oder Breitkante. Vorzugsweise weist die Platte auch geringe Abmessungen auf. Zum Beispiel kann die Kantenlänge in Längs- und Breitenerstreckungsrichtung der Platte nur wenige Zentimeter umfassen. Entsprechend kann die Kantenlänge in Höhenerstreckungsrichtung wenige Millimeter umfassen. Im Zusammenhang mit der Platte oder der holografischen Folie beschreibt die Breitseite insbesondere eine Breitfläche der Platte. Die Breitfläche kann dabei eine größte Seitenfläche der Platte darstellen. Somit kann die Breitseite diejenige Seitenfläche sein, die von den jeweiligen Längskanten und den jeweiligen Breitkanten einer Seite der Platte eingeschlossen ist. Analog dazu kann eine Schmalseite der Platte diejenige Seitenfläche der Platte sein, die von den jeweiligen Längskanten gegenüberliegender Seiten der Platte und den jeweiligen Hochkanten gegenüberliegender Seiten der Platte eingeschlossen ist.
-
Vorzugsweise ist die holografische Folie somit überlappend direkt mit ihrer ersten Breitseite an der ersten Breitseite der transparenten Platte angeordnet. Besonders bevorzugt kann die Fläche der holografischen Folie dabei der Fläche der transparenten Platte entsprechen. Alternativ kann die Fläche der Folie auch eine geringere Abmessung aufweisen als die Fläche der transparenten Platte. Besonders bevorzugt kann dann die Folie beispielsweise zentriert auf der Breitseite der transparenten Platte anliegen.
-
Die transparente Platte kann beispielsweise als Glasplatte oder Plexiglas oder Quarzglas oder ein transparentes Polymer ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die transparente Platte flexibel oder starr ausgebildet sein.
-
Vorzugsweise weisen das Trägermedium und die holografische Folie eine möglichst geringe Abmessung von wenigen Zentimetern in Breite und Länge und wenigen Millimetern Dicke auf. Beispielsweise beträgt die Länge zwischen 5 und 30 cm, insbesondere zwischen 10 und 20 cm, bevorzugt 15 cm. Die Breite kann zwischen 0,5 und 10 cm, bevorzugt zwischen 2 und 5 cm, insbesondere 3 cm betragen. Die Dicke kann beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,8 mm, insbesondere 0,5 mm betragen.
-
Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform, können die HOEs, die den Einkoppelbereich und den Auskoppelbereich darstellen, auch als zwei separate holografische Folien ausgebildet sein, die jeweils an verschiedenen Abschnitten einer Breitseite des Trägermediums direkt anliegen. In einer anderen Ausgestaltung können die separaten holografischen Folien auch an den verschiedenen Abschnitten an unterschiedlichen Breitseiten des Trägermediums direkt anliegen. Trägermedium und HOE können insbesondere mittels Adhäsion direkt oder über einen Klebstoff miteinander verbunden sein.
-
Durch die Ausgestaltung des Trägermediums als Glasplatte oder Plexiglasplatte oder Quarzglasplatte oder Polymerplatte, ergibt sich der Vorteil, dass die Periskopvorrichtung ein besonders geringes Gewicht aufweisen kann. Zusammen mit den geringen Abmessungen und dem geringen Gewicht kann die Periskopvorrichtung somit auch mobil verwenden. Das heißt, die Periskopvorrichtung kann besonders einfach mitgeführt werden und ist somit besonders portabel.
-
Da das Trägermedium in dieser Ausführungsform sehr flach ausgeführt ist, kann die Periskopvorrichtung durch besonders flache Spalte, wie beispielsweise einen Türschlitz, geschoben werden. Der Beobachter kann dann ohne weitere Hilfsmittel, wie zum Beispiel eine Kamera und/oder einen Bildschirm, einen Blick in einen anderen Raum werfen. Zusätzliche Hilfsmittel zum Beobachten des zu beobachtenden Objekts können somit vermieden werden.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Periskopvorrichtung eine Bilderfassungseinrichtung umfasst, die an dem Auskoppelbereich angeordnet ist, wobei die Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist, das ausgekoppelte Licht zu erfassen und in Form einer Bildinformation, die mit dem erfassten Licht korreliert ist, bereitzustellen. Die Periskopvorrichtung kann somit als holografische Kamera (HoloCam) ausgebildet.
-
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das zu beobachtende Objekt nicht nur von dem Beobachter über den Auskoppelbereich in Echtzeit betrachtet werden kann, sondern zum Beispiel auch in Form eines Bildes oder eines Videos aufgenommen werden kann, sodass der Beobachter es zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal betrachten kann.
-
Die Bilderfassungseinrichtung kann dabei beispielsweise als Kamera ausgebildet sein, wobei die Periskopvorrichtung mit dem Auskoppelbereich an einen Lichteinfallsbereich beziehungsweise eine Optik, also beispielsweise ein Objektiv der Kamera angebracht werden kann. Im Gegensatz dazu kann die Periskopvorrichtung auch die Optik der Kamera zumindest teilweise ersetzen. Alternativ kann die Bilderfassungseinrichtung auch als ein CCD-Sensor (Charge Coupled Device - ladungsgekoppeltes Bauteil) ausgebildet sein. Fällt das ausgekoppelte Licht nämlich auf den CCD-Sensor, kann dieser in Abhängigkeit von einer Intensität und einer Wellenlänge des ausgekoppelten Lichts ein elektrisches Signal generieren. Das elektrische Signal umfasst dann die Bildinformation aus der dann ein Bild mit dem zu beobachtenden Objekt rekonstruiert werden kann. Insgesamt kann somit der Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung dem Auskoppelbereich zugewandt angeordnet sein.
-
Vorzugsweise weist der Auskoppelbereich dazu eine geringere Fläche auf als das Trägermedium, wobei der Auskoppelbreich in Bezug auf die Breitkante zentriert auf dem Trägermedium angeordnet ist. Somit kann um den Auskoppelbereich herum ein Ankoppelbereich für die Bilderfassungseinrichtung vorgesehen sein, sodass die Bilderfassungseinrichtung im angekoppelten Zustand den Auskoppelbereich gänzlich umschließt beziehungsweise gänzlich überlappt. Der Ankoppelbereich kann also direkt in dem Trägermedium ausgebildet sein und die Bilderfassung kann folglich direkt an das Trägermedium angebracht werden.
-
Alternativ kann auch eine Halterung vorgesehen sein, die eine Aufnahme für das Trägermedium und eine Befestigung für die Bilderfassungseinrichtung aufweist, wobei bei in der Aufnahme aufgenommenem Trägermedium und an der Befestigung befestigten Bilderfassungseinrichtung, der Auskoppelbereich des Trägermediums dem Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung zugewandt ist. Die Aufnahme kann insbesondere als Schlitz beziehungsweise schlitzartige Öffnung in einem Grundkörper der Halterung ausgebildet sein. Die Befestigung kann hingegen als Einhängbereich zum Einhängen der Halterung an der Bilderfassungseinrichtung ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Trägermedium als Periskopvorrichtung reversibel mit der Bilderfassungseinrichtung, zum Beispiel einem mobilen Endgerät mit Kamera, gekoppelt werden kann. Dazu kann die Befestigung beispielsweise mit dem Einhängebereich im Bereich der Kamera des mobilen Endgeräts eingehängt werden. Anschließend kann die Periskopvorrichtung, die bevorzugt als transparente Platte ausgebildet sein kann, in die Aufnahme eingeschoben werden, sodass Auskoppelbereich und Lichteinfallsbereich einander zugewandt, bevorzugt direkt aneinander angeordnet sind.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Periskopvorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle umfasst, wobei die Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist, die Bildinformation an die Kommunikationsschnittstelle bereitzustellen, und die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, die Bildinformation an eine externe Anzeigeeinrichtung bereitzustellen. Somit kann die Bildinformation beispielsweise an ein mobiles Endgerät und/oder einen Bildschirm eines Infotainmentsystems eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, also gesendet werden.
-
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Beobachter das zu beobachtende Objekt nicht nur direkt über den Auskoppelbereich betrachten kann, sondern beispielsweise auch über sein mobiles Endgerät anzeigen lassen kann.
-
Besonders bevorzugt ist die Kommunikationsschnittstelle als eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle ausgebildet.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Periskopvorrichtung, die transparent aus einem Trägermedium und einem holografischen Element (HOE) ausgebildet ist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der transparenten Periskopvorrichtung zum Beobachten eines Objekts aus einer Deckung heraus;
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der transparenten Periskopvorrichtung mit einem Blendschutzelement und einer Adaptereinrichtung; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der transparenten Periskopvorrichtung, die zum Beobachten eines Objekts aus einer Deckung heraus auf einer Anzeigeeinrichtung abgebildet ist.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer transparenten Periskopvorrichtung P. Die Periskopvorrichtung P umfasst als Trägermedium 12 zwei Glasplatten, die als Lichtleiter ausgebildet sind. Weiterhin umfasst die Periskopvorrichtung P auch ein holografisches Element 14, im Folgenden mit HOE abgekürzt, welches beispielsweise als transparentes Fotopolymer ausgebildet sein kann.
-
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Periskopvorrichtung P mit dem Trägermedium 12 und dem HOE 14 in einer Sandwichbauweise aufgebaut. Die beiden Glasplatten des Trägermediums 12 bilden die Deckschichten und das HOE 14 bildet den Kern der Periskopvorrichtung P. Die Glasplatten liegen dabei mit einer jeweiligen Breitseite direkt an jeweils gegenüberliegenden Breitseiten des HOEs 14 an. Anders ausgedrückt, liegen das HOE 14 und die Glasplatten flächig mit ihren jeweiligen von einer Längs- und Breitkante eingeschlossenen Flächen aneinander an. 1 zeigt insbesondere ein Schnittbild der Periskopvorrichtung P mit einen Schnitt entlang einer Längsachse L der zuvor beschriebenen Periskopvorrichtung P.
-
Durch die in 1 gezeigte Periskopvorrichtung kann ein Versatz ΔA einer optischen Achse A zum Beobachten eines Objekts O aus einer Deckung heraus mithilfe eines holografischen Elements, im Folgenden HOE abgekürzt, realisiert. Dabei können HOEs, ähnlich wie Spiegel oder Prismen, ausgebildet sein, Licht zu beugen.
-
Um den Versatz ΔA der optischen Achse A zu einer zweiten optischen Achse A' zu realisieren, weist das HOE 14 einen Einkoppelbereich 16 und einen Auskoppelbereich 18 auf. Der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 sind dabei in unterschiedlichen Abschnitten des HOE 14 ausgebildet und weisen einen vorgegebenen Abstand d zueinander auf. Der Einkoppelbereich 16 ist ausgebildet, Licht in die Periskopvorrichtung P, insbesondere das Trägermedium 12 einzukoppeln, wohingegen der Auskoppelbereich 18 ausgebildet ist, das eingekoppelte Licht 10 aus dem Trägermedium 12 auszukoppeln. Dazu weist der Einkoppelbereich 16 eine erste Beugungsstruktur 20 auf. Analog weist der Auskoppelbereich 18 eine zweite Beugungsstruktur 22 auf. Fällt nun Licht beziehungsweise ein Lichtstrahl 10 in einem vorgegebenen Einfallswinkel α auf die erste Beugungsstruktur 20, kann das Licht in einem vorgegebenen Beugungswinkel Θ durch die erste Beugungsstruktur 20 abgelenkt und dadurch in das als Lichtleiter ausgebildete Trägermedium 12 eingekoppelt werden. Innerhalb des Trägermediums 12 breitet sich der Lichtstrahl 10 dann insbesondere durch Totalreflexion aus. Der Lichtstrahl 10 wird also an den Grenzflächen des als zwei Glasplatten ausgebildeten Trägermediums 12 reflektiert solange, bis der Lichtstrahl 10 in einem vorgegebenen Einfallswinkel α' auf die zweite Beugungsstruktur 22 trifft. An der zweiten Beugungsstruktur 22 könnte das durch das Trägermedium 12 übertragene Licht, also der Lichtstrahl 10, erneut gebeugt werden und in einem Beugungswinkel Θ' aus dem Trägermedium 12 ausgekoppelt werden.
-
Vorzugsweise kann in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht nur ein Lichtstrahl 10, der in dem Einfallswinkel α auf die jeweilige Beugungsstruktur 20, 22 trifft, abgelenkt werden. Vielmehr können auch Lichtstrahlen 10 von der jeweiligen Beugungsstruktur 20, 22 gebeugt werden, wenn sie in einem Winkelbereich in etwa um den Einfallswinkel α auf die jeweilige Beugungsstruktur 20, 22 treffen.
-
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 jeweils nur eine Beugungsstruktur 20, 22 auf, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl 10 mit einer Wellenlänge, der in dem vorgegebenen Einfallswinkel α auf die jeweilige Beugungsstruktur 20, 22 trifft, abzulenken. Somit wird nur Licht einer Farbe von der Periskopvorrichtung P weitergeleitet. Für einen Beobachter beziehungsweise Nutzer der Periskopvorrichtung P ist somit ein zu beobachtendes Objekt lediglich als monochrome Abbildung sichtbar. Alternativ zu der in 1 gezeigten Ausführungsform kann sowohl der erste Einkoppelbereich 16 als auch der Auskoppelbereich 18 mehr als eine Beugungsstruktur umfassen, sodass Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen an der jeweiligen Beugungsstruktur abgelenkt werden kann. Der Beobachter kann somit auch eine farbige Abbildung des beobachteten Objekts, wahrnehmen.
-
In einer anderen Ausgestaltung als der in 1 gezeigten Ausführungsform der Periskopvorrichtung P kann auch vorgesehen sein, dass als Trägermedium 12 nur eine transparente Platte, wie beispielsweise eine Glasplatte oder eine Polymerplatte vorgesehen ist. Die holografische Folie, die das HOE 14 darstellt, kann dann mit einer ersten Breitseite an einer ersten Breitseite des Trägermediums direkt anliegen. Weiterhin können wir für den Einkoppelbereich 16 und den Auskoppelbereich 18 auch zwei separate HOEs als jeweils zwei räumlich voneinander getrennte holografische Folien, vorgesehen sein. Die beiden holografischen Elemente können dann mit jeweils einer ersten Breitseite in unterschiedlichen Abschnitten der ersten Breitseite des Trägermediums 12 angeordnet sein. Alternativ kann auch eines der beiden separaten HOEs in einem ersten Abschnitt auf einer ersten Breitseite des Trägermaterials anliegen, wohingegen das zweite HOE in einem zweiten Abschnitt des Trägermediums 12 auf einer zweiten Breitseite angeordnet ist.
-
2 zeigt in einer schematischen Abbildung, wie ein Beobachter B mithilfe der transparenten Periskopvorrichtung P an einem Hindernis H vorbei ein Objekt O beobachten kann. Die Periskopvorrichtung P ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als transparentes Trägermedium 12 mit zwei separat ausgebildeten HOEs 14, die in unterschiedlichen Abschnitten des Trägermediums 12 ausgebildet sind, dargestellt. Das HOE 14, welches den Einkoppelbereich 16 darstellt, ist dabei in Richtung des Objekts O ausgerichtet. Im Gegensatz dazu ist das HOE 14, welches als Auskoppelbereich 18 ausgebildet ist, für das Objekt O versteckt hinter dem Hindernis H zum Beobachter B hin ausgerichtet. Ein Lichtstrahl 10, welcher von dem Objekt O auf den Einkoppelbereich 16 fällt, kann nun durch die Beugungsstruktur 20 des Einkoppelbereichs 16 in das Trägermedium 12 eingekoppelt werden und bei Auftreffen auf die Beugungsstruktur 22 des Auskoppelbereichs 18 für den Beobachter B wieder ausgekoppelt werden. Durch das Weiterleiten des Lichtstrahls 10 in dem Trägermedium kann so ein Versatz ΔA der optischen Achse A zu der zweiten optischen Achse A' für den Beobachter realisiert werden. Der Beobachter B kann dadurch mithilfe der Periskopvorrichtung P sozusagen um die Ecke, also an dem Hindernis H vorbeischauen. Durch die Periskopvorrichtung P kann für den Beobachter B eine Abbildung des Objekts O in der zweiten optischen Achse A' sichtbar sein.
-
Das Objekt ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Zielscheibe dargestellt. Alternativ könnte es sich bei dem Objekt O auch um eine Person oder einen anderen beliebigen zu beobachtenden Gegenstand oder ein Tier handeln.
-
Dadurch, dass die Periskopvorrichtung transparent ausgebildet ist, ergibt sich der Vorteil, dass der Beobachter B weniger leicht zu erkennen ist. Ein Entdeckungsrisiko für den Beobachter B kann somit reduziert werden.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels der transparenten Periskopvorrichtung P. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Periskopvorrichtung P als Trägermedium 12 mit dem im vorgegebenen Abstand zueinander ausgebildeten Einkoppelbereich 16 und dem Auskoppelbereich 18 abgebildet. Weiterhin umfasst die Periskopvorrichtung P in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel auch ein Blendschutzelement 30, welches den Auskoppelbereich 18 von drei Seiten umschließt. Das Blendschutzelement 30 schützt dabei den Auskoppelbereich 18 vor seitlich einfallendem Licht, sodass für den Beobachter B eine klare und insbesondere kontrastreiche Abbildung des Objekts O sichtbar ist.
-
Weiterhin umfasst die Periskopvorrichtung P in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel auch eine Adaptereinrichtung 32. Die Adaptereinrichtung 32 kann, wie in der 3 gezeigt, einen Sockel für die Periskopvorrichtung P mit dem Blendschutzelement 30 bilden. Das heißt, das Trägermedium 12 ist dabei derart auf der Adaptereinrichtung 32 montiert, dass der Auskoppelbereich 18 teilweise auf Höhe der Adaptereinrichtung 32 liegt. Der Einkoppelbereich 16 liegt nicht an der Adaptereinrichtung 32 an und schwebt somit insbesondere frei im Raum. Das Trägermedium 12 ist in 3 dabei mit einer in Längsrichtung senkrecht mit einer Schmalseite, die dem Auskoppelbereich 18 zugeordnet ist, direkt an der Adaptereinrichtung 32 angeordnet.
-
Die Adaptereinrichtung 32 kann insbesondere ausgebildet sein, mit einer Halteeinrichtung 42, wie sie beispielsweise in 4 gezeigt ist, gekoppelt zu werden. Dadurch, dass die Halteeinrichtung 42 und die Adaptereinrichtung 32 separat ausgebildet sind, ergibt sich der Vorteil, dass die Periskopvorrichtung P dennoch besonders einfach mitgeführt werden kann.
-
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der transparenten Periskopvorrichtung P als holografische Kamera (HoloCam). Dazu umfasst die Periskopvorrichtung P neben dem Trägermaterial mit den HOE 14, die den Einkoppelbereich 16 und den Auskoppelbereich 18 darstellen, auch eine Bilderfassungseinrichtung 40, eine Kommunikationseinrichtung 44, die Adaptereinrichtung 32 und die Halteeinrichtung 42. Die Bilderfassungseinrichtung 40 ist dabei direkt an dem Auskoppelbereich 18 angeordnet und überlappt mit dem Auskoppelbereich 18 gänzlich oder zumindest teilweise. Einfallendes Licht 10 kann somit von dem Objekt O über die Periskopvorrichtung P über das Trägermedium 12 von dem Einkoppelbereich 16 an den Auskoppelbereich 18 geleitet werden. Die Bilderfassungseinrichtung 14 kann dann das an dem Auskoppelbereich 18 ausgekoppelte Licht erfassen und in Form einer Bildinformation, die mit dem erfassten Licht korreliert ist, bereitstellen. Die Bildinformation kann somit einer Abbildung des Objekts O in Form von beispielsweise elektrischen Signalen darstellen, wobei bei Auswertung der elektrischen Signale eine Abbildung O' des Objekts O dargestellt werden kann. Die Bildinformation 48 kann in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel von der Bilderfassungseinrichtung 40 zum Beispiel an die Kommunikationsschnittstelle 44 bereitgestellt, also gesendet werden. Über die Kommunikationsschnittstelle 44, die in der 4 insbesondere als drahtlose Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, kann die Bildinformation dann an eine externe Anzeigeeinrichtung 46 übermittelt werden. Die Anzeigeeinrichtung 46 kann beispielsweise als mobiles Endgerät oder Bildschirm in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein, das eine Recheneinrichtung umfasst, die die Bildinformation 48 erfassen und auswerten kann, sodass auf der Anzeigeeinrichtung 46 für den Beobachter B ein Bild O' des zu beobachtenden Objekts O dargestellt werden kann. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Objekt O' als Baum dargestellt.
-
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel könnte folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen: Ein Förster, der den Beobachter B darstellt, möchte in einem Wald Wildtiere, die das zu beobachtende Objekt O darstellen, in ihrem natürlichen Lebensraum beobachten ohne entdeckt zu werden. Der Förster könnte sich dazu beispielsweise in einem Verschlag, der das Hindernis H darstellt, verstecken, um von den Wildtieren unbemerkt zu bleiben. Zum Beobachten der Wildtiere könnte der Förster nun die in 4 gezeigte Periskopvorrichtung P nutzen. Lediglich ein kleiner Teil der Periskopvorrichtung P, nämlich der Abschnitt mit dem Einkoppelbereich müsste zum Beobachten der Wildtiere außerhalb des Vorschlags angebracht werden. Dadurch, dass die Periskopvorrichtung P nun zusätzlich transparent ausgebildet ist und zusätzlich eine Lichtleitung nur unidirektional erfolgt, wäre die Periskopvorrichtung P und damit der Förster für die Wildtiere nur sehr schwer zu erkennen. Somit könnte der Förster unbeobachtet die Wildtiere in ihrer natürlichen Umgebung beobachten, ohne selbst entdeckt zu werden.
-
Die zuvor beschriebene Periskopvorrichtung P eignet sich beispielsweise besonders vorteilhaft auch für Polizeieinsätze und zur Nutzung durch Privatdetektive.
-
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie durch die transparente Periskopvorrichtung P eine unsichtbare Spähhilfe bereitgestellt werden kann.
