DE102009045970A1

DE102009045970A1 - Wärmebildgerät

Info

Publication number: DE102009045970A1
Application number: DE102009045970A
Authority: DE
Inventors: Bertram Achtner
Original assignee: Carl Zeiss Optronics GmbH
Current assignee: Hensoldt Optronics GmbH
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-24
Also published as: GB2474762B; GB2474762A; DE102009045970B4; GB201017422D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmebildgerät (100) mit einem Objektiv (OB), mit einem Umkehrsystem (UM) und mit einer Bilderfassungseinheit (BE). Das Wärmebildgerät (100) ist zur Erfassung von Infrarotstrahlen vorgesehen. Das Objektiv (OB) weist eine erste Linsengruppe (G1), eine zweite Linsengruppe (G2), eine dritte Linsengruppe (G3), eine vierte Linsengruppe (G4) und eine fünfte Linsengruppe (G5) auf. Das Umkehrsystem (UM) weist eine sechste Linsengruppe (G6) und eine siebte Linsengruppe (G7) auf. Ferner weist die erste Linsengruppe (G1) eine erste Linseneinheit (L1) mit positiver Brechkraft auf. Zudem weisen sowohl die zweite Linsengruppe (G2) als auch die dritte Linsengruppe (G3) negative Brechkraft auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmebildgerät mit mindestens einem Objektiv, mit mindestens einem Umkehrsystem und mit mindestens einer Bilderfassungseinheit. Das Wärmebildgerät ist zur Erfassung von Infrarotstrahlen vorgesehen, um beispielsweise zur Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person eingesetzt zu werden.
Ein optisches System mit einem Objektiv, einem Umkehrsystem und einer Bilderfassungseinheit wird oft auch als Reimager bezeichnet. Das Objektiv bildet ein sich im Unendlichen oder im Endlichen befindendes Objekt auf ein Zwischenbild ab. Dieses Zwischenbild wird von dem Umkehrsystem auf die Bilderfassungseinheit abgebildet, welche in einer Bildebene angeordnet ist. Ein derartiges optisches System wird insbesondere in einem Wärmebildgerät eingesetzt, welches zur Erfassung von Infrarotstrahlung ausgebildet ist. Mittels des Wärmebildgeräts ist es aufgrund des Verfahrens der Thermografie möglich, Bilder zu erzeugen. Dabei ist die Thermografie ein bildgebendes Verfahren, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung (mittleres Infrarot) eines Objektes oder Körpers sichtbar macht. Es werden Temperaturverteilungen auf Flächen sowie Gegenständen erfasst und dargestellt.
Ein optisches System für ein Wärmebildgerät ist beispielsweise aus der DE 196 00 336 A1 bekannt, wobei das optische System eine feste Brennweite aufweist. Es ist nicht für eine variable Brennweite ausgelegt, die bei vielen Anwendungen wünschenswert ist.
Ein weiteres optisches System für ein Wärmebildgerät ist aus der DE 198 07 093 C2 bekannt. Auch bei diesem optischen System sind von einem abbildbaren Objekt in Richtung einer Bilderfassungseinheit ein Objektiv, ein Umkehrsystem und die Bilderfassungseinheit angeordnet. Ferner weist das Objektiv von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit eine erste Linsengruppe, eine zweite Linsengruppe und eine dritte Linsengruppe auf. Darüber hinaus wird das Umkehrsystem durch zwei weitere Linsengruppen gebildet. Die erste Linsengruppe des bekannten optischen Systems weist eine erste Linseneinheit mit positiver Brechkraft auf. Auch bei diesem optischen System ist von Nachteil, dass es nur für eine feste Brennweite ausgelegt ist.
Darüber hinaus haben Überlegungen ergeben, dass es wünschenswert ist, dass ein optisches System (und somit auch ein Wärmebildgerät, welches das optische System aufweist) einen geringen Bauraum aufweist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmebildgerät anzugeben, das zumindest die Möglichkeit bietet, zum einen eine Brennweite einzustellen und zum anderen den Bauraum klein zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Wärmebildgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Das erfindungsgemäße Wärmebildgerät weist mindestens ein Objektiv, mindestens ein Umkehrsystem und mindestens eine Bilderfassungseinheit auf. Von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit sind das Objektiv, das Umkehrsystem und die Bilderfassungseinheit angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Umkehrsystem zwischen dem Objektiv und der Bilderfassungseinheit angeordnet. Das Objektiv ist zudem mit mehreren Linsengruppen versehen. So weist es von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit eine erste Linsengruppe, eine zweite Linsengruppe, eine dritte Linsengruppe, eine vierte Linsengruppe und eine fünfte Linsengruppe auf. Auch das Umkehrsystem ist mit mehreren Linsengruppen versehen. So weist das Umkehrsystem von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit eine sechste Linsengruppe und eine siebte Linsengruppe auf. Ferner weist die erste Linsengruppe eine erste Linseneinheit mit positiver Brechkraft auf. Zudem weisen sowohl die zweite Linsengruppe als auch die dritte Linsengruppe negative Brechkraft auf.
Vorstehend und auch nachfolgend wird unter einer Linsengruppe entweder eine Gruppe aus mindestens zwei Linsen oder nur eine einzige Linse verstanden. Eine Linsengruppe kann daher aus nur einer einzelnen Linse bestehen. Ferner wird vorstehend und auch nachfolgend unter einer Linseneinheit eine Einheit mit mindestens zwei Linsen oder auch nur eine Einheit mit einer einzigen Linse verstanden.
Überlegungen haben ergeben, dass die beanspruchten Brechkräfte der einzelnen Linsengruppen und/oder Linseneinheiten es ermöglichen, ein optisches System in einem Wärmebildgerät bereitzustellen, das zumindest die Möglichkeit bietet, eine Brennweite einzustellen sowie den Bauraum des Wärmebildgeräts klein zu gestalten. Ferner haben Überlegungen ergeben, dass das optische System eine relativ hohe Öffnung aufweisen kann. Nachfolgend wird hierauf und auf weitere Überlegungen sowie Ausführungsformen detaillierter eingegangen.
Das optische System des erfindungsgemäßen Wärmebildgeräts ist ein Reimager, der bereits oben beschrieben wurde. So bildet das Objektiv ein sich im Unendlichen oder im Endlichen befindendes Objekt auf ein Zwischenbild ab. Dieses Zwischenbild wird von dem Umkehrsystem auf die Bilderfassungseinheit abgebildet, welche in einer Bildebene angeordnet ist.
Das optische System des erfindungsgemäßen Wärmebildgeräts ist beispielsweise aus Materialien gebildet, die für Infrarotstrahlung durchlässig sind. Infrarotstrahlung ist mit dem optischen System daher erfassbar. Der Spektralbereich der erfassbaren Infrarotstrahlung umfasst den gesamten Infrarot-Spektralbereich. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, insbesondere den Spektralbereich von 3 μm bis 12 μm zu erfassen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es wiederum vorgesehen, einen Spektralbereich von 3 μm bis 5 μm oder von 8 μm bis 12 μm zu erfassen. Insbesondere der letztgenannte Spektralbereich ist von Vorteil, da in diesen Spektralbereich die thermische Strahlungsemission eines menschlichen Körpers fällt.
Bei einer Ausführungsform des Wärmebildgeräts weist die erste Linsengruppe zusätzlich eine zweite Linseneinheit mit positiver Brechkraft auf. Insgesamt weist bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Linsengruppe positive Brechkraft auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmebildgeräts ist/sind die zweite Linsengruppe und/oder die dritte Linsengruppe in Richtung der ersten Linsengruppe und/oder in Richtung der Bilderfassungseinheit entlang einer optischen Achse des optischen Systems beweglich angeordnet. Ferner ist vorgesehen, dass die erste Linsengruppe relativ zur Bilderfassungseinheit unbeweglich ausgebildet ist. Die zweite Linsengruppe wird auch als Variator bezeichnet, während die dritte Linsengruppe auch als Kompensator bezeichnet wird. Durch die Möglichkeit der Bewegung der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe ist die Brennweite des Objektivs einstellbar. Dabei ist es bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Bewegung der zweiten Linsengruppe und/oder der dritten Linsengruppe kontinuierlich erfolgt, so dass ein kontinuierliches Zoomen ermöglicht wird. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite Linsengruppe und/oder die dritte Linsengruppe zu bestimmten vorgebbaren Positionen entlang der optischen Achse bewegt werden, so dass bestimmte (also diskrete) Brennweiten einstellbar sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmebildgeräts ist es vorgesehen, dass die Brennweite des Objektivs einstellbar ist und dass eine Vergrößerung des Umkehrsystems konstant ist. Die Brennweite des Objektivs wird beispielsweise wie vorbeschrieben eingestellt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Brennweite des Objektivs konstant ist und dass die Vergrößerung des Umkehrsystems wählbar ist.
Die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe weisen bei einer weiteren Ausführungsform eine weitere Funktion auf. Sie gewährleisten bei dieser weiteren Ausführungsform, dass das optische System des Wärmebildgeräts aktiv athermal ist. Hierunter wird Folgendes verstanden. Die Brechzahl ist abhängig von der herrschenden Temperatur. Damit daher auf der Bilderfassungseinheit ein scharfes Bild eines abzubildenden Objekts entsteht, ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe bei einer wesentlich von 20°C abweichenden Temperatur T (beispielsweise bei T größer oder gleich 25°C oder T kleiner oder gleich 15°C) zu bewegen. Dabei ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe unabhängig voneinander zu bewegen. Somit können die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe zwei Funktionen aufweisen. Zum einen ist durch die Bewegung der zweiten Linsengruppe und/oder der dritten Linsengruppe die Brennweite des Objektivs einstellbar. Zum anderen dienen sie der Kompensation der Lage des Bildes auf der Bilderfassungseinheit durch Bewegen der zweiten Linsengruppe und/oder der dritten Linsengruppe.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Linsengruppe genau nur die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit auf, also keine weiteren Linseneinheiten über die beiden vorgenannten Linseneinheiten hinaus. Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform weist die zweite Linsengruppe genau nur eine einzelne dritte Linseneinheit auf, und/oder die dritte Linsengruppe weist genau nur eine einzelne vierte Linseneinheit auf, und/oder die vierte Linsengruppe weist genau nur eine einzelne fünfte Linseneinheit auf, und/oder die fünfte Linsengruppe weist genau nur eine einzelne sechste Linseneinheit auf.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform des Wärmebildgeräts ist die sechste Linsengruppe mit einer siebten Linseneinheit (beispielsweise mit negativer Brechkraft) und mit einer achten Linseneinheit (beispielsweise mit positiver Brechkraft) versehen. Ferner weist die siebte Linsengruppe eine neunte Linseneinheit auf. Zusätzlich kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die sechste Linsengruppe genau nur die siebte Linseneinheit und die achte Linseneinheit aufweist, also keine weitere Linseneinheit hierüber hinaus. Ferner weist bei diesem Ausführungsbeispiel die siebte Linsengruppe genau nur die neunte Linseneinheit auf.
Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel ist das Wärmebildgerät etwas anders ausgestaltet. So ist es bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die sechste Linsengruppe eine siebte Linseneinheit aufweist und dass die siebte Linsengruppe eine achte Linseneinheit sowie eine neunte Linseneinheit aufweist. Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel ist es dann vorgesehen, dass die sechste Linsengruppe genau nur die siebte Linseneinheit aufweist, und dass die siebte Linsengruppe genau nur die achte Linseneinheit und die neunte Linseneinheit aufweist, also keine weiteren Linseneinheiten hierüber hinaus.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmebildgeräts zeichnet sich dadurch aus, dass die vierte Linsengruppe positive Brechkraft aufweist und/oder die fünfte Linsengruppe negative Brechkraft aufweist und/oder dass die siebte Linsengruppe positive Brechkraft aufweist.
Wenn die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit aus einem Material mit hoher Brechzahl (beispielsweise Germanium) gebildet sind, so sieht ein Ausführungsbeispiel vor, weder an der ersten Linseneinheit noch an der zweiten Linseneinheit eine asphärische Fläche auszubilden. Sind die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit jedoch aus einem Material mit niedriger Brechzahl gebildet (beispielsweise Zinkselenid), dann ist zumindest eine erste Linsenfläche an der ersten Linseneinheit und/oder der zweiten Linseneinheit asphärisch ausgebildet. Auf diese Weise ist eine gute Korrektur der Abbildung eines Objekts möglich. Etwas Ähnliches gilt für eine Farbkorrektion. Sind die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit aus einem Material mit geringer Dispersion gebildet (beispielsweise Germanium), so ist keine diffraktive Fläche an der ersten Linseneinheit und der zweiten Linseneinheit ausgebildet. Sind die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit jedoch aus einem Material mit hoher Dispersion gebildet (beispielsweise Zinkselenid), dann ist es bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass mindestens eine Fläche der ersten Linseneinheit und/oder der zweiten Linseneinheit diffraktiv ausgebildet ist.
Ferner haben Überlegungen ergeben, dass eine weitere gute Abbildungskorrektur dann erzielbar ist, wenn die zweite Linsengruppe, die dritte Linsengruppe, die vierte Linsengruppe, die sechste Linsengruppe und/oder die siebte Linsengruppe jeweils eine zweite Linsenfläche aufweist/aufweisen, wobei die zweite Linsenflache(n) asphärisch oder sphärisch ausgebildet ist/sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmebildgeräts ist mindestens ein Mittel zur Strahlumlenkung vorgesehen, beispielsweise ein Spiegel (insbesondere ein Planspiegel) oder ein Prisma. Diese Ausführungsform gewährleistet insbesondere eine recht kompakte Ausbildung des Wärmebildgeräts, so dass dieses nur einen recht kleinen Bauraum benötigt. insbesondere ist es vorgesehen, dass zwischen der vierten Linsengruppe und der fünften Linsengruppe ein erstes Mittel zur Strahlumlenkung angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es vorgesehen, zwischen der fünften Linsengruppe und der sechsten Linsengruppe ein zweites Mittel zur Strahlumlenkung anzuordnen. Wiederum alternativ oder zusätzlich hierzu ist es vorgesehen, zwischen der sechsten Linsengruppe und der siebten Linsengruppe ein drittes Mittel zur Strahlumlenkung anzuordnen. Die Abstände zwischen den vorgenannten Linsengruppen sind derart gewählt, dass die Einfügung der Mittel zur Strahlumlenkung problemlos möglich ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das zweite Mittel zur Strahlumlenkung, das zwischen der fünften Linsengruppe und der sechsten Linsengruppe angeordnet ist, nicht in der Nähe der Zwischenbildebene angeordnet ist. Eine Bereichsangabe für den Abstand des zweiten Mittels zur Stahlumlenkung zur Zwischenbildebene ist weiter unten genannt. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Unsauberkeiten, welche auf dem zweiten Mittel zur Strahlumlenkung vorhanden sein können, im Bild sichtbar sind.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmebildgeräts ist das erste Mittel zur Strahlumlenkung, welches zwischen der vierten Linsengruppe und der fünften Linsengruppe angeordnet ist, als ein Mikroscanner ausgebildet. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er um eine Achse in einem vorgebbaren Winkel kippbar ist und dass er zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her gekippt wird. Hierdurch wird ein Versatz des Bildes auf der Bilderfassungseinheit von ungefähr einer halben Pixelgröße erzielt. Auf diese Weise wird die Auflösung des Bildes auf der Bilderfassungseinheit vergrößert.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des Wärmebildgeräts ist es vorgesehen, dass mindestens eine der vorgenannten Linsengruppen aus Germanium, Zinkselenid, Zinksulfid, Galliumarsenid oder Chalkogenid gebildet ist, insbesondere die erste Linseneinheit und/oder die zweite Linseneinheit. Beispielsweise sind Materialen aus Chalkogenid vorgesehen, die unter den Bezeichnungen AMTIR (insbesondere AMTIR1 oder AMTIR3), GASIR (insbesondere GASIR1 oder GASIR2) und IG (insbesondere IG2, IG3, IG4, IG5 oder IG6) bekannt sind. Herstellerangaben zu diesen Materialien sind weiter unten genannt.

Eine weitere Ausführungsform des Wärmebildgeräts geht von der folgenden Überlegung aus. Um eine kompakte Anordnung des Wärmebildgeräts zu erhalten, ist es wünschenswert, dass der Abstand zwischen einem ersten Scheitel der ersten Linseneinheit und dem ersten Mittel zur Strahlumlenkung möglichst gering ist, beispielsweise beträgt der Abstand ca. 90 mm bis 110 mm. Zwischen der ersten Linseneinheit und dem ersten Mittel zur Strahlumlenkung sind die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe angeordnet, welche der Brennweiteneinstellung und somit einem Zoomen dienen. Dies bedeutet, dass die Brennweiten der einzelnen Einheiten relativ kurz sind. Beispielsweise können die Brennweiten in den folgenden Bereichen liegen (Tabelle 1): Tabelle 1:

Linsengruppe	Brennweitenbereich [mm]
Erste Linsengruppe	60 bis 190
Zweite Linsengruppe	(–15) bis (–25)
Dritte Linsengruppe	(–35) bis (–90)
Vierte Linsengruppe	20 bis 35
Fünfte Linsengruppe	(–130) bis (–180)
Sechste Linsengruppe	35 bis 60
Siebte Linsengruppe	20 bis 45

Eine alternative Ausführungsform sieht die folgenden Brennweitenbereiche vor (Tabelle 2): Tabelle 2:

Linsengruppe	Brennweitenbereich [mm]
Erste Linsengruppe	60 bis 190
Zweite Linsengruppe	(–15) bis (–25)
Dritte Linsengruppe	(–35) bis (–90)
Vierte Linsengruppe	20 bis 35
Fünfte Linsengruppe	(–120) bis (–200)
Sechste Linsengruppe	30 bis 90
Siebte Linsengruppe	20 bis 45

Dies hat zur Folge, dass die Öffnung der ersten Linseneinheit und somit auch der ersten Linsengruppe recht groß sein kann. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen. Würde man nun beispielsweise Germanium als Material für die erste Linsengruppe wählen und würde man eine einzelne asphärische Linse als erste Linsengruppe vorsehen, dann ist die ordnungsgemäße Funktion des Wärmebildgeräts bei hohen Temperaturschwankungen nicht mehr gewährleistet, da aufgrund einer hohen Änderung der Brechzahl bei bestimmten Temperaturen die Abberationen im Bild stark zunehmen. Dies ist unerwünscht. Aus diesem Grunde sieht eine Ausführungsform des Wärmebildgeräts vor, die erste Linseneinheit und die zweite Linseneinheit zum einen jeweils als eine sphärische Linse und zum anderen jeweils aus Germanium auszubilden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, sowohl die erste Linseneinheit als auch die zweite Linseneinheit aus einem Material auszubilden, bei dem der Temperaturkoeffizient der Brechzahl dn / dT wesentlich geringer ist als bei Germanium. Beispielsweise ist Zinkselenid vorgesehen. Der Wert für dn / dT bei Germanium beträgt 408·10^–6/°K. Für Zinkselenid ist der Wert für dn / dT 60·10^–6/°K. Zudem ist mindestens eine asphärische Fläche bei der ersten Linseneinheit und/oder der zweiten Linseneinheit vorgesehen. Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Linseneinheit aus Germanium und die zweite Linseneinheit als asphärisch diffraktive Linse ausgebildet sind. Sämtliche der vorgenannten Ausführungsbeispiele gewährleisten eine gute Funktion in einem recht großen Temperaturbereich, beispielsweise von –40°C bis 70°C.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmebildgeräts gemäß der Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wärmebildgeräts gemäß der Erfindung; sowie
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wärmebildgeräts gemäß der Erfindung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmebildgeräts 100 gemäß der Erfindung, das mit einem optischen System ausgebildet ist. Das Wärmebildgerät 100 weist von einem abzubildenden Objekt (nicht dargestellt) in Richtung einer Bilderfassungseinheit BE ein Objektiv OB, ein Umkehrsystem UM sowie die Bilderfassungseinheit BE auf. Das Objektiv OB bildet ein sich im Unendlichen oder Endlichen angeordnetes Objekt auf ein Zwischenbild ZE ab. Das Zwischenbild ZE wird von dem Umkehrsystem UM als Bild auf die Bilderfassungseinheit BE abgebildet. Eine Austrittspupille liegt zwischen dem Umkehrsystem UM und der Bilderfassungseinheit BE. Hier ist eine Kaltlichtblende KB angeordnet, auf die weiter unten näher eingegangen wird.
Das Wärmebildgerät 100 ist in drei Zoomstellungen dargestellt. 1a zeigt eine erste Zoomstellung, bei dem das Objektiv OB eine Brennweite von 207 mm aufweist. 1b zeigt eine zweite Zoomstellung, bei dem das Objektiv OB eine Brennweite von 115,8 mm aufweist. Eine wiederum weitere, nämliche eine dritte Zoomstellung zeigt 1c. In der dritten Zoomstellung weist das Objektiv OB eine Brennweite von 23 mm auf.
Das Objektiv OB weist von einem abzubildenden Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit BE fünf Linsengruppen auf, nämlich eine erste Linsengruppe G1, eine zweite Linsengruppe G2, eine dritte Linsengruppe G3, eine vierte Linsengruppe G4 und eine fünfte Linsengruppe G5. Das Umkehrsystem UM ist ebenfalls aus mehreren Linsengruppen zusammengesetzt. So sind von einem abzubildenden Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit BE eine sechste Linsengruppe G6 und eine siebte Linsengruppe G7 vorgesehen.
Die erste Linsengruppe G1 weist eine erste Linseneinheit L1 und eine zweite Linseinheit L2 auf. Sowohl die erste Linseneinheit L1 als auch die zweite Linseneinheit L2 sind jeweils als Einzellinse ausgebildet und weisen jeweils positive Brechkraft auf. Die erste Linsengruppe G1 weist insgesamt positive Brechkraft auf. Die erste Linseneinheit L1 und die zweite Linseneinheit L2 weisen jeweils eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 1 bzw. erste Fläche 3) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 2 bzw. zweite Fläche 4) auf. Die Flächen 1 bis 4 sind jeweils sphärisch ausgebildet. Ferner ist die erste Linsengruppe G1 relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich ausgebildet.
Die zweite Linsengruppe G2 wird aus einer dritten Linseneinheit L3 gebildet, welche eine Einzellinse aufweist. Die dritte Linseneinheit L3 weist negative Brechkraft auf und ist aus Germanium gebildet. Die dritte Linsengruppe G3 ist ähnlich wie die zweite Linsengruppe G2 aufgebaut. So wird die dritte Linsengruppe G3 aus einer vierten Linseneinheit L4 gebildet, welche eine Einzellinse aufweist. Die vierte Linseneinheit L4 ist aus Zinkselenid gebildet. Sowohl die dritte Linseneinheit L3 als auch die vierte Linseneinheit L4 weisen jeweils eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 5 bzw. erste Fläche 7) und eine zu der Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 6 bzw. zweite Fläche 8) auf. Die erste Fläche 5 der dritten Linseneinheit L3 und die zweite Fläche 8 der vierten Linseneinheit L4 sind asphärisch ausgebildet. Darüber hinaus sind die zweite Linsengruppe G2 (Variator) und die dritte Linsengruppe G3 (Kompensator) in Richtung der ersten Linsengruppe G1 und/oder in Richtung der Bilderfassungseinheit BE entlang einer optischen Achse A des Wärmebildgeräts 100 beweglich angeordnet. Durch die Möglichkeit der Bewegung der zweiten Linsengruppe G2 und der dritten Linsengruppe G3 ist die Brennweite des Objektivs OB einstellbar. Dabei ist es bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Bewegung der zweiten Linsengruppe G2 und/oder der dritten Linsengruppe G3 kontinuierlich erfolgt, so dass ein kontinuierliches Zoomen ermöglicht wird. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite Linsengruppe G2 und/oder die dritte Linsengruppe G3 zu bestimmten vorgebbaren Positionen (beispielsweise die in den 1a bis 1c dargestellten Positionen) entlang der optischen Achse bewegt werden, so dass bestimmte (also diskrete) Brennweiten einstellbar sind.
Die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 weisen bei dieser Ausführungsform eine weitere Funktion auf. Sie gewährleisten, dass das optische System des Wärmebildgeräts 100 aktiv athermal ist, was oben bereits erläutert wurde. Damit auf der Bilderfassungseinheit BE ein scharfes Bild eines abzubildenden Objekts entsteht, ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 bei einer wesentlich von 20°C abweichenden Temperatur T (beispielsweise bei T größer oder gleich 25°C oder T kleiner oder gleich 15°C) zu bewegen. Dabei ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 unabhängig voneinander zu bewegen.
Wie oben erwähnt, weist das Objektiv OB auch eine vierte Linsengruppe G4 und eine fünfte Linsengruppe G5 auf. Sowohl die vierte Linsengruppe G4 als auch die fünfte Linsengruppe G5 sind relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich angeordnet.
Die vierte Linsengruppe G4, die beispielsweise aus Germanium gebildet ist, wird aus einer fünften Linseneinheit L5 gebildet, welche als Einzellinse ausgebildet ist. Die fünfte Linseneinheit L5 weist positive Brechkraft auf und ist – wie erwähnt – aus Germanium gebildet. Die fünfte Linsengruppe G5 ist aus einer sechsten Linseneinheit L6 gebildet, welche als Einzellinse ausgebildet ist. Sie weist negative Brechkraft auf und ist ebenfalls aus Germanium gebildet. Sowohl die fünfte Linseneinheit L5 als auch die sechste Linseneinheit L6 weisen eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 9 bzw. erste Fläche 11) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 10 bzw. zweite Fläche 12) auf. Die zweite Fläche 10 ist asphärisch ausgebildet.
Die sechste Linsengruppe G6 weist eine siebte Linseneinheit L7 aus Zinksulfid und eine achte Linseneinheit L8 aus Germanium auf. Sowohl die siebte Linseneinheit L7 als auch die achte Linseneinheit L8 sind jeweils aus einer Einzellinse gebildet. Sowohl die siebte Linseneinheit L7 als auch die achte Linseneinheit L8 weisen eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 13 bzw. erste Fläche 15) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 14 bzw. zweite Fläche 16) auf. Die zweiten Flächen 14 und 16 sind asphärisch ausgebildet.
Die siebte Linsengruppe G7 weist eine neunte Linseneinheit L9 auf, welche durch eine Einzellinse aus Zinkselenid gebildet ist. Sie weist eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 17) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 18) auf. Die zweite Fläche 18 ist asphärisch ausgebildet.
Die sechste Linsengruppe G6 und die siebte Linsengruppe G7 sind relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich angeordnet.
Die oben erläuterten asphärischen Ausbildungen einiger Flächen sind deshalb von Vorteil, da auf diese Weise eine gute Abbildungskorrektur erzielbar ist.
Die Bilderfassungseinheit BE ist beispielsweise als CMOS ausgebildet. Die Erfindung ist aber nicht auf einen CMOS eingeschränkt, vielmehr ist jede beliebige Bilderfassungseinheit verwendbar, welche für die Erfindung geeignet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, die Bilderfassungseinheit BE mit einer planen oder gekrümmten Erfassungsfläche auszubilden: Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der siebten Linsengruppe G7 und der Bilderfassungseinheit BE die Kaltlichtblende KB angeordnet, welche gekühlt ist. Die Kaltlichtblende KB bewirkt, dass nur die von einem mit dem Wärmebildgerät 100 betrachteten Objekt stammende Infrarotstrahlung von der Bilderfassungseinheit BE erfasst wird. Weitere Strahlung aus der direkten Umgebung der Bilderfassungseinheit BE, welche von weiteren Bauteilen stammen (beispielsweise einer Wand), wird hierdurch weitestgehend unterdrückt, so dass diese weitere Strahlung die Bildgebung nicht stört. Die Kaltlichtblende KB ist die wirksame Aperturblende. Sie ist am Ort der Austrittspupille angeordnet.

Die Brennweiten der einzelnen Einheiten des Wärmebildgeräts 100 sind relativ kurz. Beispielsweise können die Brennweiten in den folgenden genannten Bereichen liegen (Tabelle 3): Tabelle 3:

Linsengruppe	Brennweitenbereich [mm]
Erste Linsengruppe G1	60 bis 190
Zweite Linsengruppe G2	(–15) bis (–25)
Dritte Linsengruppe G3	(–35) bis (–90)
Vierte Linsengruppe G4	20 bis 35
Fünfte Linsengruppe G5	(–130) bis (–180)
Sechste Linsengruppe G6	35 bis 60
Siebte Linsengruppe G7	20 bis 45

Die vorgenannten Eigenschaften der einzelnen Linsengruppen sowie weitere Eigenschaften der einzelnen Linsengruppen ergeben sich aus den nachfolgenden Tabellen 4 und 5, wobei die in Klammern gesetzten Eigenschaften erst weiter unten erläutert werden. Tabelle 4:

Linsengruppe	Brechkraft Linsengruppe	Linseneinheit	Brechkraft Linseneinheit	Glas
G1	Positiv	L1	Positiv	Germanium (Zinkselenid)
G1	Positiv	L2	Positiv	Germanium (Zinkselenid)
G2	Negativ	L3	Negativ	Germanium
G3	Negativ	L4	Negativ	Zinkselenid
G4	Positiv	L5	Positiv	Germanium
G5	Negativ	L6	Negativ	Germanium
G6	Positiv	L7	Negativ	Zinksulfid
G6	Positiv	L8	Positiv	Germanium
G7	Positiv	L9	Positiv	Zinkselenid

Tabelle 5:

Fläche	Ausbildung
1	Sphärisch
2	Sphärisch (DOE)
3	Sphärisch
4	Sphärisch (asphärisch)
5	Asphärisch
6	Sphärisch
7	Sphärisch
8	Asphärisch
9	Sphärisch
10	Asphärisch
11	Sphärisch
12	Sphärisch
13	Sphärisch
14	Asphärisch
15	Sphärisch
16	Asphärisch
17	Sphärisch
18	Asphärisch

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmebildgeräts 100. Im Grunde entspricht es dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, so dass zunächst auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird. Zusätzlich sind Mittel zur Strahlumlenkung vorgesehen. So ist zwischen der fünften Linseneinheit L5 (vierte Linsengruppe G4) und der sechsten Linseneinheit L6 (fünfte Linsengruppe G5) eine erste Umlenkeinheit S1 angeordnet. Darüber hinaus ist eine zweite Umlenkeinheit S2 zwischen der sechsten Linseneinheit L6 (fünfte Linsengruppe G5) und der siebten Linseneinheit L7 (sechste Linsengruppe G6) angeordnet. Ferner ist eine dritte Umlenkeinheit S3 zwischen der achten Linseneinheit L8 (sechste Linsengruppe G6) und der neunten Linseneinheit L9 (siebte Linsengruppe G7) angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorgenannten Umlenkeinheiten als Spiegel ausgebildet. Alternativ hierzu können einzelne oder alle Umlenkeinheiten auch als Prisma ausgestaltet sein.
Die erste Umlenkeinheit S1, die zweite Umlenkeinheit S2 und die dritte Umlenkeinheit S3 lenken in das Wärmebildgerät 100 eintretende Strahlen im Wesentlichen um 90° ab, beispielsweise in einem Bereich von 80° bis 100°. Auf diese Weise ist eine sehr kompakte Anordnung des Wärmebildgeräts 100 erzielbar, welche nur einen recht kleinen Bauraum benötigt. Ferner ist es vorgesehen, dass die zweite Umlenkeinheit S2 nicht ganz in der Nähe der Zwischenbildebene ZE angeordnet ist, sondern beispielsweise mit einem Abstand von ca. 5 mm bis 15 mm. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Unsauberkeiten, welche auf der zweiten Umlenkeinheit S2 vorhanden sein können, im Bild auf der Bilderfassungseinheit BE sichtbar sind.
Die Wegstrecke, welche in das Wärmebildgerät 100 eintretende Strahlung bis zur Bilderfassungseinheit BE zurücklegt, liegt im Wesentlichen in einem Bereich von 290 mm bis 340 mm, beispielsweise bei ca. 305 mm.
Der Abstand zwischen einem ersten Scheitel der ersten Fläche 1 und der ersten Umlenkeinheit S1 ist möglichst gering, beispielsweise ca. 90 mm bis 110 mm. Ferner ist die Öffnung der ersten Linsengruppe G1 groß, beispielsweise im Bereich von f = 0,6 bis f = 1,4, vorzugsweise f = 0,8. Um eine ausreichende Funktion über einen großen Temperaturbereich (beispielsweise von – 40°C bis 70°C) aufgrund der oben beschriebenen Problematik zu erhalten, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Linseneinheit L1 und die zweite Linseneinheit L2 zum einen jeweils als eine sphärische Linse und zum anderen jeweils aus Germanium ausgebildet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel beruht auf dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2, so dass auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 2 ist die erste Linsengruppe G1 etwas anders ausgebildet. So sind die erste Linseneinheit L1 und die zweite Linseneinheit L2 aus Zinkselenid gebildet. Zusätzlich weist die zweite Fläche 2 der ersten Linseneinheit L1 ein diffraktives optisches Element (DOE) auf. Ferner ist die zweite Fläche 4 der zweiten Linseneinheit L2 asphärisch ausgebildet. Diese Ausführungsform weist die Eigenschaften der Tabellen 3 bis 5 auf, jedoch mit dem Unterschied, dass die Linsengruppe G1 die Eigenschaften in den Klammern aufweist. Sämtliche weitere Eigenschaften der einzelnen Linsengruppen sind identisch und ändern sich nicht. Auch diese Ausführungsform gewährleistet eine ausreichende Funktion über einen großen Temperaturbereich (beispielsweise von –40°C bis 70°C). Überlegungen haben ergeben, dass die Verwendung von Zinkselenid, welches eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit der Brechzahl aufweist, mit einer asphärischen Fläche und einem DOE gut hierfür geeignet ist.
Da bei der vorbeschriebenen Ausführungsform die erste Linseneinheit L1 und die zweite Linseneinheit L2 aus einem Material mit hoher Dispersion gebildet sind (Zinkselenid), ist das DOE vorgesehen. Auf diese Weise wird eine gute Farbkorrektion bei der Abbildung erzielt.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wurden Germanium, Zinksulfid und Zinkselenid als Materialen für die einzelnen Linseneinheiten genannt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Materialien eingeschränkt. Vielmehr ist jedes Material verwendbar, das für die Erfindung geeignet ist. Insbesondere können die erste Linseneinheit L1 und die zweite Linseneinheit L2 auch aus Chalkogenid gebildet werden. Beispielsweise sind Materialen aus Chalkogenid vorgesehen, die unter den Bezeichnungen AMTIR (insbesondere AMTIR1 oder AMTIR3) von dem Unternehmen Amorphous Materials Inc. angeboten werden. Ferner zählen hierzu Materialien, die unter der Bezeichnung GASIR (insbesondere GASIR1 oder GASIR2) von dem Unternehmen UMICORE angeboten werden. Auch zählen Materialien hierzu, die unter der Bezeichnung IG (insbesondere IG2, IG3, IG4, IG5 oder IG6) von der VITRON Spezialwerkstoffe GmbH angeboten werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist zumindest eine der Flächen der ersten Linseneinheit L1 oder der zweiten Linseneinheit L2 eine asphärische Fläche auf. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, die erste Linseneinheit L1 als sphärische Linse aus Germanium und die zweite Linseneinheit L2 als asphärische und diffraktive Linse auszubilden.
Bei Verwendung des Wärmebildgeräts 100 im Bereich von 3 μm bis 5 μm ist es bevorzugt, Silizium statt Germanium als Linsenmaterial zu benutzen.
Die verschiedenen Ausführungsformen des Wärmebildgeräts 100 sind zur Erfassung von Infrarotstrahlen vorgesehen. Sie werden zur Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person eingesetzt. Der Spektralbereich der erfassbaren Infrarotstrahlung umfasst den gesamten Infrarot-Spektralbereich. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, insbesondere den Spektralbereich von 3 μm bis 12 μm zu erfassen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es wiederum vorgesehen, einen Spektralbereich von 3 μm bis 5 μm oder von 8 μm bis 12 μm zu erfassen. Insbesondere der letztgenannte Spektralbereich ist von Vorteil, da in diesen Spektralbereich die thermische Strahlungsemission eines menschlichen Körpers fällt.

Nachfolgend sind noch einige Eigenschaften von Ausführungsformen des Wärmebildgeräts 100 angegeben (Tabelle 6): Tabelle 6:

Eigenschaften	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
Zoomfaktor	7×	9×	11×
Öffnungszahl (f)	2,5	2,1	1,9
Erfassbarer Wellenlängenbereich λ	7,5 μm bis 9,0 μm	7,1 μm bis 9,5 μm	7,0 μm bis 12,0 μm
Temperaturbereich	0°C bis 40°C	–20°C bis 60°C	–40°C bis 70°C
Baulänge (Scheitelpunkt erste Fläche 1 bis S1)	180 mm	110 mm bis 130 mm	100 mm

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wärmebildgeräts 100 gemäß der Erfindung, das mit einem optischen System ausgebildet ist. Das Wärmebildgerät 100 dieses Ausführungsbeispiels wird beispielsweise in einem Spektralbereich von 3 μm bis 5 μm eingesetzt. Das dritte Ausführungsbeispiel der 3 basiert auf dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Daher sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Wärmebildgerät 100 weist wiederum von einem abzubildenden Objekt (nicht dargestellt) in Richtung einer Bilderfassungseinheit BE ein Objektiv OB, ein Umkehrsystem UM sowie eine Bilderfassungseinheit BE auf. Das Objektiv OB bildet ein sich im Unendlichen oder Endlichen angeordnetes Objekt auf ein Zwischenbild ZE ab. Das Zwischenbild ZE wird von dem Umkehrsystem UM als Bild auf die Bilderfassungseinheit BE abgebildet. Eine Austrittspupille liegt zwischen dem Umkehrsystem UM und der Bilderfassungseinheit BE. Hier ist wiederum eine Kaltlichtblende KB angeordnet, welche dieselbe Funktion aufweist, die bereits weiter oben erläutert wurde.
Das Wärmebildgerät 100 ist in zwei Zoomstellungen dargestellt. 3a zeigt eine erste Zoomstellung, bei dem das Objektiv OB eine Brennweite von 27,2 mm aufweist. 3b zeigt eine zweite Zoomstellung, bei dem das Objektiv OB eine Brennweite von 275 mm aufweist.
Das Objektiv OB weist von einem abzubildenden Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit BE wiederum fünf Linsengruppen auf, nämlich eine erste Linsengruppe G1, eine zweite Linsengruppe G2, eine dritte Linsengruppe G3, eine vierte Linsengruppe G4 und eine fünfte Linsengruppe G5. Das Umkehrsystem UM ist ebenfalls wiederum aus mehreren Linsengruppen zusammengesetzt. So sind von einem abzubildenden Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit BE eine sechste Linsengruppe G6 und eine siebte Linsengruppe G7 vorgesehen.
Die erste Linsengruppe G1 dieses Ausführungsbeispiels weist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 nur eine einzelne Linseneinheit auf, nämlich die erste Linseneinheit L1. Die erste Linseneinheit L1 ist als Einzellinse ausgebildet und weist positive Brechkraft auf. Die erste Linseneinheit L1 weist eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche 1 und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche 2 auf. Die erste Fläche 1 ist sphärisch ausgebildet. Die zweite Fläche 2 ist diffraktiv und asphärisch ausgebildet. Ferner ist die erste Linsengruppe G1 relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich ausgebildet.
Die weitere Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der 3 entspricht im Grunde dem Ausführungsbeispiel der 1. So wird die zweite Linsengruppe G2 aus einer dritten Linseneinheit L3 gebildet, welche eine Einzellinse aufweist. Die dritte Linseneinheit L3 weist negative Brechkraft auf und ist aus Silizium gebildet. Die dritte Linsengruppe G3 ist ähnlich wie die zweite Linsengruppe G2 aufgebaut. So wird die dritte Linsengruppe G3 aus einer vierten Linseneinheit L4 gebildet, welche eine Einzellinse aufweist. Die vierte Linseneinheit L4 ist aus Galliumarsenid gebildet. Die vierte Linseneinheit kann auch aus Chalkogenid gebildet sein. Sowohl die dritte Linseneinheit L3 als auch die vierte Linseneinheit L4 weisen jeweils eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 5 bzw. erste Fläche 7) und eine zu der Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 6 bzw. zweite Fläche 8) auf. Die erste Fläche 5 der dritten Linseneinheit L3 und die zweite Fläche 8 der vierten Linseneinheit L4 sind asphärisch ausgebildet. Darüber hinaus sind bei diesem Ausführungsbeispiel die zweite Linsengruppe G2 (Variator) und die dritte Linsengruppe G3 (Kompensator) in Richtung der ersten Linsengruppe G1 und/oder in Richtung der Bilderfassungseinheit BE entlang einer optischen Achse A des Wärmebildgeräts 100 beweglich angeordnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist durch die Möglichkeit der Bewegung der zweiten Linsengruppe G2 und der dritten Linsengruppe G3 die Brennweite des Objektivs OB einstellbar. Dabei ist es bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Bewegung der zweiten Linsengruppe G2 und/oder der dritten Linsengruppe G3 kontinuierlich erfolgt, so dass ein kontinuierliches Zoomen ermöglicht wird. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die zweite Linsengruppe G2 und/oder die dritte Linsengruppe G3 zu bestimmten vorgebbaren Positionen (beispielsweise die in den 3a und 3b dargestellten Positionen) entlang der optischen Achse A bewegt werden, so dass bestimmte (also diskrete) Brennweiten einstellbar sind.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 eine weitere Funktion auf. Sie gewährleisten, dass das optische System des Wärmebildgeräts 100 aktiv athermal ist, was oben bereits erläutert wurde. Damit auf der Bilderfassungseinheit BE ein scharfes Bild eines abzubildenden Objekts entsteht, ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 bei einer wesentlich von 20°C abweichenden Temperatur T (beispielsweise bei T größer oder gleich 25°C oder T kleiner oder gleich 15°C) zu bewegen. Dabei ist es vorgesehen, die zweite Linsengruppe G2 und die dritte Linsengruppe G3 unabhängig voneinander zu bewegen.
Wie oben erwähnt, weist das Objektiv OB auch eine vierte Linsengruppe G4 und eine fünfte Linsengruppe G5 auf. Sowohl die vierte Linsengruppe G4 als auch die fünfte Linsengruppe G5 sind relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich angeordnet. Die vierte Linsengruppe G4 wird aus einer fünften Linseneinheit L5 gebildet, welche als Einzellinse ausgebildet ist. Die fünfte Linseneinheit L5 weist positive Brechkraft auf und ist aus Silizium gebildet. Die fünfte Linsengruppe G5 ist aus einer sechsten Linseneinheit L6 gebildet, welche als Einzellinse ausgebildet ist. Sie weist negative Brechkraft auf und ist ebenfalls aus Silizium gebildet. Sowohl die fünfte Linseneinheit L5 als auch die sechste Linseneinheit L6 weisen eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 9 bzw. erste Fläche 11) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 10 bzw. zweite Fläche 12) auf. Die erste Fläche 9 ist asphärisch ausgebildet.
Die sechste Linsengruppe G6 des Umkehrsystems UM weist eine siebte Linseneinheit L7 aus Silizium und eine achte Linseneinheit L8 aus. Zinksulfid auf. Sowohl die siebte Linseneinheit L7 als auch die achte Linseneinheit L8 sind jeweils aus einer Einzellinse gebildet. Sowohl die siebte Linseneinheit L7 als auch die achte Linseneinheit L8 weisen wiederum eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 13 bzw. erste Fläche 15) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 14 bzw. zweite Fläche 16) auf. Die erste Fläche 15 ist asphärisch ausgebildet.
Die siebte Linsengruppe G7 des Umkehrsystems UM weist eine neunte Linseneinheit L9 auf, welche durch eine Einzellinse aus Silizium gebildet ist. Sie weist wiederum eine zu einem abzubildenden Objekt gerichtete erste Fläche (erste Fläche 17) und eine zur Bilderfassungseinheit BE gerichtete zweite Fläche (zweite Fläche 18) auf. Die erste Fläche 17 ist asphärisch ausgebildet.
Die sechste Linsengruppe G6 und die siebte Linsengruppe G7 sind relativ zur Bilderfassungseinheit BE unbeweglich angeordnet.
Die oben erläuterten asphärischen Ausbildungen einiger Flächen sind deshalb von Vorteil, da auf diese Weise eine gute Abbildungskorrektur erzielbar ist.
Die Bilderfassungseinheit BE ist beispielsweise als CMOS ausgebildet. Auch hier gelten die bereits weiter oben gemachten Ausführungen zur Bilderfassungseinheit BE des Ausführungsbeispiels gemäß der 1.

Die Brennweiten der einzelnen Einheiten des Wärmebildgeräts 100 gemäß der 3 sind beispielhaft in der nachfolgenden Tabelle in Bereichen angegeben (Tabelle 7): Tabelle 7:

Linsengruppe	Brennweitenbereich [mm]
Erste Linsengruppe G1	60 bis 190
Zweite Linsengruppe G2	(–15) bis (–25)
Dritte Linsengruppe G3	(–35) bis (–90)
Vierte Linsengruppe G4	20 bis 35
Fünfte Linsengruppe G5	(–120) bis (–200)
Sechste Linsengruppe G6	30 bis 90
Siebte Linsengruppe G7	20 bis 45

Die siebte Linseneinheit L7 der sechsten Linsengruppe G6 weist dabei einen Brennweitenbereich von 20 mm bis 60 mm auf. Hingegen weist die achte Linseneinheit L8 der sechsten Linsengruppe G6 einen Brennweitenbereich von (–30) mm bis (–100 mm) auf.

Die vorgenannten Eigenschaften der einzelnen Linsengruppen sowie weitere Eigenschaften der einzelnen Linsengruppen ergeben sich aus den nachfolgenden Tabellen 8 und 9. Tabelle 8:

Linsengruppe	Brechkraft Linsengruppe	Linseneinheit	Brechkraft Linseneinheit	Glas
G1	Positiv	L1	Positiv	Silizium
G2	Negativ	L3	Negativ	Silizium
G3	Negativ	L4	Negativ	Galliumarsenid
G4	Positiv	L5	Positiv	Silizium
G5	Negativ	L6	Negativ	Silizium
G6	Positiv	L7	Positiv	Silizium
		L8	Negativ	Zinksulfid
G7	Positiv	L9	Positiv	Silizium

Tabelle 9:

Fläche	Ausbildung
1	Sphärisch
2	Asphärisch mit DOE
5	Asphärisch
6	Sphärisch
7	Sphärisch
8	Asphärisch
9	Asphärisch
10	Sphärisch
11	Sphärisch
12	Sphärisch
13	Sphärisch
14	Sphärisch
15	Asphärisch
16	Sphärisch
17	Asphärisch
18	Sphärisch

Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel kann ebenfalls mit Mitteln zur Strahlumlenkung versehen werden, wie es bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Im Grunde entspricht dann das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel der 2, allerdings mit dem Unterschied, dass die erste Linsengruppe G1 nur mit der ersten Linseneinheit L1 versehen ist. So ist zwischen der fünften Linseneinheit L5 (vierte Linsengruppe G4) und der sechsten Linseneinheit L6 (fünfte Linsengruppe G5) die erste Umlenkeinheit S1 angeordnet. Darüber hinaus ist die zweite Umlenkeinheit S2 zwischen der sechsten Linseneinheit L6 (fünfte Linsengruppe G5) und der siebten Linseneinheit L7 (sechste Linsengruppe G6) angeordnet. Ferner ist die dritte Umlenkeinheit S3 zwischen der achten Linseneinheit L8 (sechste Linsengruppe G6) und der neunten Linseneinheit L9 (siebte Linsengruppe G7) angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorgenannten Umlenkeinheiten als Spiegel ausgebildet. Alternativ hierzu können einzelne oder alle Umlenkeinheiten auch als Prisma ausgestaltet sein.
Das mit der ersten Umlenkeinheit S1, der zweiten Umlenkeinheit S2 und der dritten Umlenkeinheit S3 ausgestattete Ausführungsbeispiel der 3 weist dieselben Eigenschaften und Vorteile hinsichtlich des Brennweitenbereichs, des Zoomfaktors, der Öffnungszahl, der Baulänge sowie der Position der vorgenannten Umlenkeinheiten S1 bis S3 auf, wie hinsichtlich der 1 und 2 schon erläutert. Ferner sind auch bei dieser Ausführungsform sämtliche geeignete Materialien für die einzelnen Linseneinheiten verwendbar, beispielsweise Germanium, Silizium, Zinksulfid, Zinkselenid, Galliumarsenid und Chalkogenid.
Bezugszeichenliste

100: optisches System
A: optische Achse
OB: Objektiv
UM: Umkehrsystem
BE: Bilderfassungseinheit
G1: erste Linsengruppe
G2: zweite Linsengruppe
G3: dritte Linsengruppe
G4: vierte Linsengruppe
G5: fünfte Linsengruppe
G6: sechste Linsengruppe
G7: siebte Linsengruppe
L1: erste Linseneinheit
L2: zweite Linseneinheit
L3: dritte Linseneinheit
L4: vierte Linseneinheit
L5: fünfte Linseneinheit
L6: sechste Linseneinheit
L7: siebte Linseneinheit
L8: achte Linseneinheit
L9: neunte Linseneinheit
1: erste Fläche der ersten Linseneinheit
2: zweite Fläche der ersten Linseneinheit
3: erste Fläche der zweiten Linseneinheit
4: zweite Fläche der zweiten Linseneinheit
5: erste Fläche der dritten Linseneinheit
6: zweite Fläche der dritten Linseneinheit
7: erste Fläche der vierten Linseneinheit
8: zweite Fläche der vierten Linseneinheit
9: erste Fläche der fünften Linseneinheit
10: zweite Fläche der fünften Linseneinheit
11: erste Fläche der sechsten Linseneinheit
12: zweite Fläche der sechsten Linseneinheit
13: erste Fläche der siebten Linseneinheit
14: zweite Fläche der siebten Linseneinheit
15: erste Fläche der achten Linseneinheit
16: zweite Fläche der achten Linseneinheit
17: erste Fläche der neunten Linseneinheit
18: zweite Fläche der neunten Linseneinheit
S1: erste Umlenkeinheit
S2: zweite Umlenkeinheit
S3: dritte Umlenkeinheit
ZE: Zwischenbildebene
KB: Kaltlichtblende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19600336 A1 [0003]
DE 19807093 C2 [0004]

Claims

Wärmebildgerät (100) mit mindestens einem Objektiv (OB), mindestens einem Umkehrsystem (UM) und mit mindestens einer Bilderfassungseinheit (BE), wobei – von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit (BE) das Objektiv (OB), das Umkehrsystem (UM) und die Bilderfassungseinheit (BE) angeordnet sind, – das Objektiv (OB) von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit (BE) eine erste Linsengruppe (G1), eine zweite Linsengruppe (G2) und eine dritte Linsengruppe (G3) aufweist, – das Umkehrsystem (UM) von einem abbildbaren Objekt in Richtung der Bilderfassungseinheit (BE) eine sechste Linsengruppe (G6) und eine siebte Linsengruppe (G7) aufweist, und wobei – die erste Linsengruppe (G1) eine erste Linseneinheit (L1) mit positiver Brechkraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Objektiv (OB) von der dritten Linsengruppe (G3) in Richtung der Bilderfassungseinheit (BE) eine vierte Linsengruppe (G4) und eine fünfte Linsengruppe (G5) aufweist, – die zweite Linsengruppe (G2) negative Brechkraft aufweist, und dass – die dritte Linsengruppe (G3) negative Brechkraft aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linsengruppe (G1) eine zweite Linseneinheit (L2) mit positiver Brechkraft aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Linsengruppe (G2) und/oder die dritte Linsengruppe (G3) in Richtung der ersten Linsengruppe (G1) und/oder in Richtung der Bilderfassungseinheit (BE) entlang einer optischen Achse des Wärmebildgeräts (100) beweglich angeordnet ist/sind, und dass – die erste Linsengruppe (G1) relativ zur Bilderfassungseinheit (BE) unbeweglich ausgebildet ist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linsengruppe (G1) genau nur die erste Linseneinheit (L1) und die zweite Linseneinheit (L2) aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Linsengruppe (G2) genau nur eine einzelne dritte Linseneinheit (L3) aufweist, und/oder – die dritte Linsengruppe (G3) genau nur eine einzelne vierte Linseneinheit (L4) aufweist, und/oder – die vierte Linsengruppe (G4) genau nur eine einzelne fünfte Linseneinheit (L5) aufweist, und/oder dass – die fünfte Linsengruppe (G5) genau nur eine einzelne sechste Linseneinheit (L6) aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die sechste Linsengruppe (G6) eine siebte Linseneinheit (L7) und eine achte Linseneinheit (L8) aufweist, und dass – die siebte Linsengruppe (G7) eine neunte Linseneinheit (L9) aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die sechste Linsengruppe (G6) genau nur die siebte Linseneinheit (L7) und die achte Linseneinheit (L8) aufweist, und/oder dass – die siebte Linsengruppe (G7) genau nur die neunte Linseneinheit (L9) aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die sechste Linsengruppe (G6) eine siebte Linseneinheit aufweist, und dass – die siebte Linsengruppe (G7) eine achte Linseneinheit und eine neunte Linseneinheit aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die sechste Linsengruppe (G6) genau nur die siebte Linseneinheit aufweist, und dass – die siebte Linsengruppe (G7) genau nur die achte Linseneinheit und die neunte Linseneinheit aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die vierte Linsengruppe (G4) positive Brechkraft aufweist, und/oder – die fünfte Linsengruppe (G5) negative Brechkraft aufweist, und/oder dass – die siebte Linsengruppe (G7) positive Brechkraft aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linsengruppe (G1) mindestens eine erste Linsenfläche aufweist, welche asphärisch, sphärisch und/oder diffraktiv ausgebildet ist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linsengruppe (G2), die dritte Linsengruppe (G3), die vierte Linsengruppe (G4), die sechste Linsengruppe (G6) und/oder die siebte Linsengruppe (G7) jeweils eine zweite Linsenfläche aufweist/aufweisen, wobei die zweite Linsenflache(n) asphärisch oder sphärisch ausgebildet ist/sind.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (OB) eine Brennweite und das Umkehrsystem (UM) eine Vergrößerung aufweist, wobei – die Brennweite des Objektivs (OB) einstellbar ist und die Vergrößerung des Umkehrsystems (UM) konstant ist, oder wobei – die Brennweite des Objektivs (OB) konstant ist und die Vergrößerung des Umkehrsystems (UM) wählbar ist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebildgerät (100) mindestens ein Mittel (S1, S2, S3) zur Strahlumlenkung aufweist.
Wärmebildgerät (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen der vierten Linsengruppe (G4) und der fünften Linsengruppe (G5) ein erstes Mittel (S1) zur Strahlumlenkung angeordnet ist, und/oder – zwischen der fünften Linsengruppe (G5) und der sechsten Linsengruppe (G6) ein zweites Mittel (S2) zur Strahlumlenkung angeordnet ist, und/oder dass – zwischen der sechsten Linsengruppe (G6) und der siebten Linsengruppe (G7) ein drittes Mittel (S3) zur Strahlumlenkung angeordnet ist.
Wärmebildgerät (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der vorgenannten Linsengruppen (G1 bis G7) aus Germanium, Zinkselenid, Zinksulfid, Galliumarsenid, Silizium oder Chalkogenid gebildet ist, insbesondere die erste Linseneinheit (L1) und/oder die zweite Linseneinheit (L2).