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Die
Erfindung geht aus von einem panoramischen Abbildungssystem zur
Abbildung eines panoramischen Gesichtsfelds auf einen Detektor mit
einer ersten optischen Einheit, die das Gesichtsfeld in Teilfelder
unterteilt, die im Gesichtsfeld in einer ersten Anordnung angeordnet
sind.
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Aus
der
DE 197 42 462
A1 ist ein Abbildungssystem zur Abbildung eines weitwinkligen
Gesichtsfelds auf einen Detektor bekannt, bei dem das Gesichtsfeld
durch eine optische Einheit in Teilfelder unterteilt wird. Die Teilfelder
werden jeweils einzeln und nacheinander auf den Detektor abgebildet.
Die Auswahl des jeweils abzubildenden Teilfelds geschieht durch
eine mikrooptische Anordnung.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abbildungssystem
anzugeben, mit dem ein panoramisches Gesichtsfeld kostengünstig und
einfach auf einen Detektor abgebildet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein panoramisches Abbildungssystem der eingangs
genannten Art gelöst,
das erfindungsgemäß eine zweite
optische Einheit umfasst, die die Teilfelder in einer zur ersten
Anordnung verschiedenen zweiten Anordnung auf den Detektor abbildet.
Hierdurch kann das panoramische Gesichtsfeld auf einfache Weise
in einem Bild vollständig
auf einen Detektor mit kostengünstigen
Abmessungen abgebildet werden, wodurch ein einfaches, kostengünstiges
und schnell abbildendes Abbildungssystem erreichbar ist. So kann beispielsweise
ein sehr langes und schmales panoramisches Gesichtsfeld in einem
Bild auf einem quadratischen Detektor abgebildet werden.
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Die
Unterteilung des Gesichtsfelds in Teilfelder geschieht zweckmäßigerweise
durch unterschiedliche Strahlführungen
der Teilfelder, wobei die Strahlführungen nicht stetig ineinander übergehen oder
die Strahlführung
zwischen den Teilfeldern unterbrochen ist. Die Teilfelder werden
vorteilhafterweise gleichzeitig auf den Detektor abgebildet. Die
Teilfelder können
auf den Detektor abgebildet werden, indem sie in eine Detektorebene
abgebildet werden, in der der Detektor angeordnet werden kann. Das
Abbildungssystem kann einfach gehalten sein, wenn die zweite optische
Einheit in einer Zwischenbildebene angeordnet ist.
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Durch
eine kompakt aneinander grenzende Abbildung der Teilfelder auf den
Detektor können
sowohl der Detektor als auch die optischen Einheiten kompakt ausgeführt werden,
und somit kann das Abbildungssystem klein bauend ausgeführt werden.
Ein besonders weitwinkliges panoramisches Gesichtsfeld kann kompakt
auf einen rechteckigen Detektor abgebildet werden, wenn die Teilfelder
rechteckig sind und in der ersten Anordnung längs nebeneinander und in der
zweiten Anordnung quer nebeneinander angeordnet sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das
Abbildungssystem einen Strahlengang auf, der an der zweiten optischen
Einheit telezentrisch ist. Die Symmetriegeraden der Strahlenbündel der
Teilfelder sind hierbei zweckmäßigerweise
jeweils parallel ausgerichtet. Die Teilfelder können im Wesentlichen ohne Abbildungsfehler auf
den Detektor abgebildet werden. Die zweite optische Einheit ist
vorteilhafterweise in einem Zwischenbild des Strahlengangs angeordnet,
wobei ein Detektorobjektiv den Detektor im Zwischenbild telezentrisch
abbildet.
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Eine
einfache Herstellung und Justierung des Abbildungssystems kann erreicht
werden, wenn die erste optische Einheit Teileinheiten und die zweite optische
Einheit Untereinheiten aufweist und jede Teileinheit Strahlen aus
einem der Teilfelder auf eine, insbesondere nur eine einzige Untereinheit
lenkt. Vorteilhafterweise werden die Teilfelder auf der Untereinheit
abgebildet.
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Durch
die Ausbildung der Untereinheiten als streifenförmige Strahlumlenkelemente
kann auf einfache und kostengünstige
Weise ein sehr ausgedehntes panoramisches Gesichtsfeld auf einen
kompakten Detektor abgebildet werden. Die Strahlumlenkelemente können dabei
Prismen, Spiegel, Stufenprismen, Stufenspiegel, Mikroprismen oder
Mikrospiegel sein. Zweckmäßigerweise
sind die Strahlumlenkelemente starr angeordnet und in einem Zwischenbild
des Abbildungssystems angeordnet. In Richtung zur ersten optischen
Einheit gesehen, lenken sie vorteilhafterweise die den Teilfeldern
zugeordneten Strahlenbündel
aus drei streifenförmigen Zwischenbildsektoren
in drei separate Eintrittspupillen eines gemeinsamen Primärobjektivs
der ersten optischen Einheit. Alternativ sind drei separate Primärobjektive
der ersten optischen Einheit denkbar. Besonders kostengünstig sind
die Teileinheiten als Prismen ausgestaltet.
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Durch
die Anordnung der Teileinheiten um eine optische Achse des Abbildungssystems
kann das Abbildungssystem besonders kompakt ausgeführt sein.
Die Teileinheiten sind hierbei nicht jeweils um die optische Achse,
sondern in ihrer Gesamtheit um die optische Achse angeordnet. Vorteilhafterweise
sind die Teileinheiten um eine optische Achse des Abbildungssystems
drehbar, wodurch variable Strahlumlenkwinkel in variable Richtungen
erreicht werden können.
Hiermit kann ein Abbildungssystem mit variablem Gesichtsfeld aufgebaut
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
erste optische Einheit in einer ersten Zwischenbildebene und die
zweite optische Einheit in einer zweiten Zwischenbildebene angeordnet.
Hierdurch können
das Direktlicht und das Streulicht gering gehalten werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines zweistufigen panoramischen Abbildungssystems,
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2 eine
alternative erste optische Einheit eines panoramischen Abbildungssystems
mit drei verschiedenen zugehörigen
Gesichtsfeldern und
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3 eine
Prinzipdarstellung eines dreistufigen panoramischen Abbildungssystems.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein zweistufiges panoramisches Abbildungssystem 2 in einer
schematischen, perspektivischen Darstellung und einen zugehörigen Detektor 4,
der ein quadratisches Detektorfeld mit einem Zellengitter aus 264 × 264 Detektorzellen
umfasst. Nur der Verdeutlichung halber ist das Detektorfeld in der
Zeichnung in drei Segmente 6 unterteilt, auf die jeweils
eine Teilfeldabbildung a, b, c von drei Teilfeldern A, B, C eines
panoramischen Gesichtsfelds 8 abgebildet ist. Vor dem Detektor 4 ist
eine Austrittspupille 10 als kreisförmige Kaltblende angeordnet. Das
Abbildungssystem 2 weist ein Relay-Objektiv oder Detektorobjektiv 12 auf,
durch das die drei Segmente 6 des Detektors 4,
die in einer Detektorebene angeordnet sind, telezentrisch in eine
Zwischenbildebene 14 abgebildet werden. Durch die telezentrische Abbildung
der Segmente 6 in die Zwischenbildebene 14 sind
die in der Figur nicht dargestellten Symmetriegeraden der Strahlengänge der
einzelnen Segmente 6 vom Detektorobjektiv 12 zur
Zwischenbildebene 14 hin parallel ausgerichtet.
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In
der Zwischenbildebene 14 ist eine zweite optische Einheit 16 platziert,
die drei Untereinheiten 18 in Form von drei streifenförmigen Strahlumlenkelementen,
die starr angeordnet sind, aufweist. Die drei Untereinheiten sind
streifenförmige
Prismen, deren Prismenstellung in 1 schematisch
angedeutet ist. In jede dieser Untereinheiten 18 ist eine
der Teilfeldabbildungen a, b, c aus der Detektorebene abgebildet,
wobei die geometrische Anordnung der Teilfeldabbildungen a, b, c
sich von der Anordnung in der Detektorebene unterscheidet. Die drei
Prismenstreifen in der Zwischenbildebene 14 lenken die
Strahlbündel
der drei streifenförmigen
Teilfeldabbildungen a, b, c in drei separate Eintrittspupillen eines
gemeinsamen Primärobjektivs 20.
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In
unmittelbarer Nachbarschaft des Primärobjektivs 20 ist
eine erste optische Einheit 22 mit drei Teileinheiten 24 angeordnet.
Die Teileinheiten 24 sind weitere Strahlumlenkelemente,
welche das panoramische Gesichtsfeld 8 des Abbildungssystems 2 einstellen.
Die drei Teileinheiten 24 sind relativ zu einer optischen
Achse 26 des Abbildungssystems 2 jeweils etwas
geneigt, wie in 1 schematisch angedeutet ist.
Sie stehen dicht vor den drei getrennten Eintrittspupillen des Primärobjektivs 20 und
sind drei achromatische Prismenkeile, die die drei streifenförmigen Teilfeldabbildungen
a, b, c ohne Bilddrehung zu einem Panorama zusammenfügen. Dieses
panoramische Gesichtsfeld 8 besteht aus den drei Teilfeldern
A, B, C, die innerhalb des panoramischen Gesichtsfelds 8 längsseitig
aneinander gefügt
sind. Sie sind kompakt aneinander grenzend auf den Detektor 4 abgebildet,
wobei sich die in 1 gezeigte erste Anordnung der
Teilfelder A, B, C von einer zweiten Anordnung der Teilfeldabbildungen
a, b, c auf dem Detektor 4 unterscheidet, in der die Teilfeldabbildungen
a, b, c quer nebeneinander angeordnet sind.
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In 2 ist
ein Ausschnitt eines alternativen Abbildungssystems 2' dargestellt,
wobei im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile grundsätzlich mit den
gleichen Bezugszeichen beziffert sind. Ferner kann bzgl. gleich
bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in 1 verwiesen
werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf
die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel
in 1. Das panoramische Abbildungssystem 2' umfasst eine
erste optische Einheit 22' mit
wiederum drei Teileinheiten 24'. Anstatt der achromatischen Prismenkeile,
die in der optischen Einheit 22 als Teileinheiten 24 eingesetzt
sind, sind in der optischen Einheit 22' zwei achromatische Prismenkeile
als Teileinheiten 24' eingesetzt.
Im Gegensatz zur optischen Einheit 22 aus 1 ist
die optische Einheit 22' um
die optische Achse 26 des Abbildungssystems 2', wie durch die
Pfeile 28 angedeutet, rotierbar. Hierdurch wird ein so
genannter Risley-Prismenkeil-Rotator erzeugt.
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In
einer ersten, in 2 dargestellten Stellung der
Teileinheiten 24 der ersten optischen Einheit 22' ist das Gesichtsfeld 8 des
Abbildungssystems 2', wie
in dem mittleren Diagramm und in 1 angedeutet,
ausgerichtet. Die drei Teilfelder A, B, C, die jeweils ein Verhältnis von
Länge l
zu Höhe
h von l : h = 1 : 1/3 aufweisen, sind längs nebeneinander angeordnet,
so dass das gesamte Gesichtsfeld 8 ein Verhältnis von
Länge L
zu Höhe
h von 3 : 1/3 hat. Es kann auf diese Weise ein sehr langgestrecktes
Gesichtsfeld 8 mit einer Länge L von beispielsweise 60° und einer
Höhe h
von knapp 7° kompakt
auf den quadratischen Detektor 4 abgebildet werden.
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Bei
einer Drehung der optischen Einheit 22' bzw. deren Teileinheiten 24' kann ein quadratisches Gesichtsfeld 8', wie in 2 im
unteren Diagramm dargestellt, kompakt auf den Detektor 4 abgebildet werden.
Das quadratische Gesichtsfeld 8' weist ein Verhältnis von Länge l zu Höhe H von 1 : 1 auf. Die drei
Teilfelder A, B, C werden hierbei ohne Bilddrehung in der Zwischenbildebene 14 abgebildet.
Bei einer weiteren Drehung der Teileinheiten 24' um die optische
Achse kann ein Gesichtsfeld 8'' geformt
werden, wie es im oberen Diagramm in 2 dargestellt ist.
Dieses Gesichtsfeld 8'' weist ein Verhältnis von Länge l zu
Höhe h
von 1 : 1/3 auf und wird dreifach übereinander auf den Detektor 4 abgebildet.
In diesem Falle wäre
das Abbildungssystem 2' dreifach
abtastend. Es sind auch andere Stellungen und andere Anordnungen
von Teileinheiten 24' in
der ersten optischen Einheit 22' denkbar, so dass anders geformte Gesichtsfelder 8, 8', 8'' möglich sind.
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In 3 ist
ein dreistufiges Abbildungssystem 30 schematisch dargestellt.
Bezüglich
der Einzelheiten dieses Abbildungssystems 30 wird auf die Beschreibung
zu den 1 und 2 verwiesen. Im Unterschied
zum Abbildungssystem 2 umfasst das Abbildungssystem 30 zwei
Zwischenbildebenen 14, 32 mit weiteren optischen
Einheiten 34, 36. Die erste optische Einheit 22 ist
hierbei in der Zwischenbildebene 32 angeordnet, und die
zweite optische Einheit 16 ist in der Zwischenbildebene 14 angeordnet.
Im Unterschied zum Abbildungssystem 2 weist das Abbildungssystem 30 nur
sehr geringes Direktlicht und Streulicht auf, so dass qualitativ
sehr hochwertige Abbildungen auf den Detektor 4 erzeugt
werden können.
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- 2
- Abbildungssystem
- 2'
- Abbildungssystem
- 4
- Detektor
- 6
- Segment
- 8
- Gesichtsfeld
- 8'
- Gesichtsfeld
- 8''
- Gesichtsfeld
- 10
- Austrittspupille
- 12
- Detektorobjektiv
- 14
- Zwischenbildebene
- 16
- optische
Einheit
- 18
- Untereinheit
- 20
- Primärobjektiv
- 22
- optische
Einheit
- 22'
- optische
Einheit
- 24
- Teileinheit
- 24'
- Teileinheit
- 26
- optische
Achse
- 28
- Pfeil
- 30
- Abbildungssystem
- 32
- Zwischenbildebene
- 34
- optische
Einheit
- 36
- optische
Einheit
- A
- Teilfeld
- B
- Teilfeld
- C
- Teilfeld
- a
- Teilfeldabbildung
- b
- Teilfeldabbildung
- c
- Teilfeldabbildung
- H
- Höhe
- h
- Höhe
- L
- Länge
- l
- Länge