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Die Erfindung betrifft einen Reimager für Wärmebildkameras, insbesondere einen Reimager mit einem Frontobjektiv und einer Relaisoptik als Teilobjektive, welche mehrere optische Elemente aufweisen, einem Strahlengang und einer zwischen den Teilobjektiven in dem Strahlengang vorhandenen Zwischenbildebene. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Wärmebildkamera mit einem derartigen Reimager.
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Ein derartiger Reimager, d. h. ein Teleskop mit Zwischenbildebene ist aus der
DE 196 00 336 A1 bekannt.
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Der optische Aufbau eines Reimagers ist zweistufig gestaltet und weist eine Zwischenbildebene auf. Zur optischen Abbildung werden in der Regel zwei Teilobjektive genutzt, wobei mittels eines ersten Teilobjektivs, dem Frontobjektiv, die Objektszene auf die Zwischenbildebene abgebildet wird und mittels eines zweiten Teilobjektivs, der Relaisoptik, eine optische Abbildung des Zwischenbildes in die eigentliche Bildebene erfolgt. Die Realisierung der Zwischenbildebene ermöglicht hierbei einen vereinfachten optischen Eingriff in das Zwischenbild der Objektszene. Beispielsweise kann in dieser Ebene auch eine optische Blende eingebracht werden, was insbesondere auch bei Wärmebildsystemen der Fall ist, um das Auftreffen von Störstrahlung auf den Detektor zu reduzieren, wobei eine beispielweise gekühlte Blende in der Zwischenbildebene des Wärmebildsystems auch als Narzissblende bezeichnet wird.
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Beobachtungsgeräte für das mittlere Infrarot, also im Wellenlängenbereich von ca. 3 µm bis 5 µm (im Folgenden auch MWIR / Mid Wavelength Infra Red genannt), weisen einen typischen Brennweitenfehler von ± 2 bis 5 % auf. Der typische Sehfeldfehler solcher Systeme beträgt ebenso ± 2 bis 5 % und die typische Verzeichnung beträgt ± 1 bis 3 %. Die Athermalisierung einer typischen Beobachtungsoptik im MWIR erfolgt aktiv, d. h. in der Regel wird mittels eines Temperatursensors ein optisches Element oder eine Gruppe von optischen Elementen in eine temperaturabhängig festgelegte Position bewegt, so dass die Bildlage bestehen bleibt. Das gilt auch für kontinuierliche Zoomsysteme. Die Lage der Bildmitte darf typischerweise um ± 2 % variieren. Bei bildgebenden LWIR (Long Wavelength Infra Red)-Optiken, d. h. beispielsweise bei Reimagern für den Wellenlängenbereich von ca. 7,5 µm bis 10,5 µm mit ähnlicher Brennweite, sind Brennweitengenauigkeiten von ± 0,1 mm erreichbar. Bei typischen Festbrennweiten von Reimagern für das LWIR von 20 mm bis 40 mm entspricht eine Brennweitengenauigkeit von ± 0,1 mm, einer Brennweitenschwankung von ± 0,2 % bis 0,5 %. Analog zu einer Brennweitengenauigkeit von ± 0,2 % bis 0,5 % wird für das übertragene Sehfeld eine Genauigkeit in der gleichen Größenordnung erreicht. Die passive Athermalisierung von LWIR-Reimagern bezieht sich in erster Linie auf die stabile Bildlage und eine konstante Brennweite. Die Lage der Bildmitte ist mit ± 2 % genau. Bei vergleichbarem Sehfeld ist eine Bilddrehung von 1 % bis 2 % typisch.
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Neben dem Einsatz eines Reimagers für Beobachtungszwecke, können Reimager auch für Messzwecke eingesetzt werden. Durch die Abbildung der Objektszene mit einem Reimager lassen sich insbesondere laterale Abstände erfassen. Sind z. B. auch Längen- oder Geschwindigkeitsangaben in einem bestimmten dreidimensionalen Messvolumen gefordert, etwa zur Erfassung der Flugdaten von Vögeln, so kann beispielsweise ein Wärmebildmesssystem auf Basis der Stereoskopie verwendet werden. Bei einem solchen stereoskopischen Messsystem kommen mindestens zwei Reimager zum Einsatz, die jeweils durch eine sogenannte Basis räumlich voneinander getrennt sind und im Wesentlichen dieselbe Objektszene abbilden. Zudem ist es auch möglich, eine größere Objektszene durch das Aneinanderreihen von mehreren Einzelsehfeldern mit oder ohne einem Überlappungsbereich zu realisieren. Bei diesen messtechnischen Anwendungen werden deutlich höhere Anforderungen an die Abbildungsleistung der Reimager gestellt, um die Messaufgabe überhaupt erfüllen zu können. Das stereoskopische Messverfahren nutzt insbesondere die Unterschiede der beiden Kamerabilder zur Bestimmung von Abstands- und Geschwindigkeitsparametern und ist deshalb bezüglich etwa vorhandener Einflüsse, die sich auf den Vergleich dieser Kamerabilder auswirken, besonders sensitiv und damit auch störempfindlich. Grundsätzlich kann eine Startkalibrierung durchgeführt werden, mit welcher manche optische Abbildungsfehler korrigierbar sind. Die optischen Abbildungseigenschaften müssen jedoch insbesondere auch zeitlich und bezüglich thermischer Einflüsse konstant sein, um die Messergebnisse nicht zu verfälschen. Besteht aufgrund eines Defekts die Notwendigkeit zum Austausch eines der Reimager, so dürfen sich durch diesen Austauschvorgang die optischen Eigenschaften des gesamten optischen Messsystems ebenfalls nur unwesentlich ändern.
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Diese hier gestellten Anforderungen können nur durch eine extreme zeitliche und thermische Stabilität der Line-Of-Sight (LOS), des Sehfeldes, der Brennweite, der Verzeichnung sowie der Fokusposition gewährleistet werden. Die optischen Abbildungsparameter, die nicht durch eine Startkalibrierung korrigiert werden können, müssen außerdem nahe den physikalisch optimalen Grenzwerten liegen. Unter anderem sollten insbesondere die Verzeichnung des Bildfelds und die chromatischen Abbildungsfehler der Reimager extrem gering sein.
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Die
DE 10 2008 058 798 A1 betrifft eine Stereokameraeinrichtung mit wenigstens zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras, welche mit einer Kalibriereinrichtung zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist.
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In der
WO 2011/146566 A1 ist ein Abbildungsobjektiv mit verringerter Anfälligkeit für thermisch induzierte Spannungsdoppelbrechung zum Abbilden einer Objektebene auf eine Bildebene angegeben, umfassend: eine Aperturblende, die zwischen der Objektebene und der Bildebene angeordnet ist; eine erste Gruppe von Linsenelementen, die auf der Objektebenenseite der Aperturblende angeordnet ist; und eine zweite Gruppe von Linsenelementen, die auf der Bildebenenseite der Aperturblende angeordnet ist; wobei die unmittelbar an die Aperturblende angrenzenden Linsenelemente unter Verwendung von Gläsern hergestellt sind, die eine vernachlässigbare Anfälligkeit für thermische Spannungsdoppelbrechung aufweisen, wie sie durch eine thermische Spannungsdoppelbrechungsmetrik gekennzeichnet ist; und wobei die anderen Linsenelemente in der ersten oder zweiten Gruppe von Linsenelementen unter Verwendung von Gläsern hergestellt sind, die höchstens eine mäßige Anfälligkeit für thermische Spannungsdoppelbrechung aufweisen, wie sie durch die thermische Spannungsdoppelbrechungsmetrik gekennzeichnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die extremen Anforderungen, die an die Reimager eines stereoskopischen Messsystems bezüglich thermischer Stabilität, chromatischer Abbildungsleistung und Verzeichnung gestellt werden, zu erfüllen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Optik für Wärmebildkameras mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Dadurch, dass die Verteilung der Brechkräfte in den Teilobjektiven bezogen auf die Zwischenbildebene wenigstens annähernd symmetrisch ausgeführt ist, kann eine extrem geringe Verzeichnung erreicht werden. Eine stereoskopische Bildauswertung mittels einer Stereokameraeinrichtung, welche zwei erfindungsgemäße Reimager aufweist, kann bezüglich Lage/Position im Beobachtungsraum somit in vorteilhafter Weise mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden.
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Bei der symmetrischen Verteilung der Brechkräfte kann die Abfolge der Höhen und/oder der Vorzeichen der Brechkräfte der einzelnen optischen Elemente, insbesondere Linsen (Positivlinse oder Negativlinse) bezogen auf die Zwischenbildebene der Optik symmetrisch ausgeführt sein, insbesondere kann die Abfolge der Vorzeichen der Krümmungsradien der einzelnen optischen Elemente (konkav oder konvex) symmetrisch ausgebildet sein.
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Wenigstens annähernd symmetrisch kann vorliegend bedeuten, dass einerseits ein gewisser Toleranzbereich gegeben ist und sich andererseits die Teilobjektive im Bereich der Bildseite und der Objektseite voneinander unterscheiden, d. h. nicht streng symmetrisch sind. Zumindest kann das Kernobjektiv, d. h. die inneren Linsen streng symmetrisch sein, wobei nach außen hin die Symmetrie abnehmen kann, da auf der Objektseite die Entfernung zum Objekt beispielsweise mehrere hundert Meter betragen kann, während auf der Bildseite die Entfernung zum Bild des entfernten Objekts nur wenige Zentimeter betragen kann.
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Die Abfolge der für die einzelnen optischen Elemente der Teilobjektive verwendeten Materialien bezogen auf die Zwischenbildebene kann symmetrisch ausgeführt sein.
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Die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Optik für Wärmebildkameras, insbesondere Brennweite, Bildlage, Sehfeld und/oder Verzeichnung können in einem vorgegeben Temperaturbereich wenigstens annähernd unveränderlich, insbesondere passiv athermal, vorzugsweise mit einer betragsmäßigen Abweichung von kleiner oder gleich 0,5% und/oder in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, insbesondere von etwa 3 µm bis etwa 5 µm, wenigstens annähernd unveränderlich, insbesondere achromatisch, ausgebildet sein. Durch diese Maßnahmen werden im gegebenen Wellenlängen- und Temperaturbereich ein achromatisches und athermales Design, bezüglich Bildlage, Brennweite, Sehfeld und/oder Verzeichnung ermöglicht. Der Temperaturbereich kann etwa ±5 K, insbesondere ±2 K um einen vorgegebenen konstanten Beiwert von etwa 10 °C bis etwa 40 °C, vorzugsweise 22 °C betragen.
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Wenigstens eine Fläche wenigstens eines vorzugsweise aus Silizium gebildeten optischen Elements eines jeweiligen Teilobjektivs kann asphärisch ausgebildet sein. Das optische Element eines jeweiligen Teilobjektivs, welches der Zwischenbildebene am nächsten gelegen ist, kann mit der wenigstens einen asphärisch ausgebildeten Fläche versehen sein.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Teilobjektive jeweils wenigstens drei optische Elemente, insbesondere Linsen, aufweisen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Teilobjektive jeweils höchstens vier optische Elemente, insbesondere Linsen, aufweisen.
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Die Abfolge der für die einzelnen optischen Elemente der Teilobjektive verwendeten Materialien ist bezogen auf die Zwischenbildebene symmetrisch ausgeführt.
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Je Teilobjektiv kann wenigstens eine Negativlinse vorhanden sein, welche vorzugsweise aus Zinksulfid gebildet ist.
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Die Eintrittspupille der erfindungsgemäßen Optik kann in ausreichendem Abstand in Richtung der einfallenden Strahlung vor dem Frontobjektiv bzw. der Frontlinse angeordnet sein.
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Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein optisches Element der Teilobjektive aus Chalkogenidglas, vorzugsweise IG4 oder IG6 gebildet ist. Ein oder mehrere Korrekturlinsen für die Bildfehler können wegen ihrer relativ neutralen thermischen und chromatischen Eigenschaften aus Chalkogenidglas, vorzugsweise aus IG4 oder IG6 der Firma Vitron GmbH, Jena bestehen.
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Je Teilobjektiv kann wenigstens eine Positivlinse vorhanden sein, welche vorzugsweise aus Silizium gebildet ist. Aus der Menge der für ein achromatisches Design zur Verfügung stehenden Materialien, welche in einem vorgegebenen Temperaturbereich zusätzlich auch athermal ist, kann Silizium für eine der Linsen mit positiver Brechkraft verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Optik für Wärmebildkameras kann:
- - eine betragsmäßige Brennweitengenauigkeit von kleiner oder gleich 0,2 % und/oder
- - eine betragsmäßige Variation der Lage der Bildmitte gegenüber einer mechanischen Referenz von kleiner oder gleich 0,2 % aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Optik für Wärmebildkameras kann in vorteilhafter Weise eine wenigstens annähernd zeitlich konstante Verzeichnung, welche in dem gesamten Bildbereich kleiner oder gleich 0,12 % ist, aufweisen. Dadurch können die extremen Anforderungen, die an die erfindungsgemäße Optik im Rahmen eines stereoskopischen Messsystems bezüglich Verzeichnung gestellt werden, erfüllt werden.
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In der Zwischenbildebene kann eine Narzissblende eingefügt werden.
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In Anspruch 12 ist eine Wärmebildkamera mit einem erfindungsgemäßen Reimager für Wärmebildkameras angegeben.
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Die Wärmebildkamera kann eine betragsmäßige Bildverdrehung gegenüber einer mechanischen Referenz von kleiner oder gleich 0,5 % aufweisen.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Stereokameraeinrichtung;
- 2 einen Linsenschnitt einer erfindungsgemäßen Optik für Wärmebildkameras;
- 3 ein polychromatisches MTF-Diagramm für die erfindungsgemäße Optik; und
- 4 ein Diagramm zur Darstellung der Verzeichnung über den gesamten Detektor einer Wärmebildkamera.
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In 1 ist eine Stereokameraeinrichtung 1 einer nicht näher dargestellten Überwachungsvorrichtung für Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden Vögeln 2 oder Vogelschwärmen, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit und Art/Größe der Vögel 2 oder der Vogelschwärme ermittelbar sind, dargestellt. Eine oder mehrere derartiger Stereokameraeinrichtungen 1 sind im Bereich der Start- und Landebahnen und/oder der Flugkorridore angeordnet und weisen wenigstens zwei zueinander in definiertem und angepasstem Abstand angeordnete während der Aufnahme synchron laufende Wärmebildkameras 3a, 3b auf. Die Aufnahmezeitpunkte der Wärmebildkameras 3a, 3b sind wenigstens annähernd identisch und deren jeweilige Sehfelder 4a, 4b weisen einen überlappenden Bereich 5 auf. In dem überlappenden Bereich 5 wird als Objekt ein Vogel 2 erfasst. Die zwei Wärmebildkameras 3a, 3b sind zueinander justiert und kalibriert. Für die Wärmebildkameras 3a, 3b kommen sowohl Wärmebildbereiche wie LWIR, MWIR, VLWIR, FIR, als auch SWIR, NIR in Betracht.
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Die Stereokameraeinrichtung 1 weist eine Bildverarbeitungseinrichtung 6 auf, welche zur Verarbeitung der mit den zwei Wärmebildkameras 3a, 3b aufgenommenen Bilddaten vorgesehen ist. Des Weiteren weisen die Kameras 3a, 3b jeweils eine in 1 stark vereinfacht angedeutete erfindungsgemäße Optik 7 für Wärmebildkameras bzw. einen Reimager auf.
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Die Stereokameraeinrichtung 1 arbeitet grundsätzlich autonom. Die Informationen wie auch die Aufnahmen stehen jedoch auch außerhalb der Stereokameraeinrichtung 1 zur Verfügung. Hauptsächlich werden diese Daten der Flugsicherung übermittelt.
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Auf der Bildverarbeitungseinrichtung 6 der Stereokameraeinrichtung 1 läuft u. a. ein Überwachungsverfahren für Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen ab, mit welchem sich nähernde Vögel 2 oder Vogelschwärme stereoskopisch mittels der Überwachungsvorrichtung bzw. der Stereokameraeinrichtung 1 erfasst werden, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit und Art/Größe der Vögel 2 oder der Vogelschwärme bzw. deren Schwarmdichte ermittelt werden. Die Parameter werden mittels einer Stereoauswertung bestimmt. Dabei werden durch die wenigstens zwei Blickwinkel auf den durch die wenigstens zwei Wärmebildkameras 3a, 3b der Stereokameraeinrichtung 1 aufgenommenen Bereich 5 absolute Raumpunkte der zu erfassenden Vögel 2 oder Vogelschwärme bestimmt. Die Fluggeschwindigkeit der Vögel 2 oder der Vogelschwärme wird durch eine Betrachtung über eine entsprechende Zeitspanne bestimmt. Auch Vögel 2 oder Vogelschwärme in größerer Entfernung können erfasst werden, wobei eine entsprechend längere Brennweite für die zwei Wärmebildkameras 3a, 3b verwendet wird. Zusätzlich können auch Flugobjekte wie Modellflugzeuge, Lenkdrachen oder dergleichen von der Stereokameraeinrichtung 1 erfasst werden (nicht dargestellt).
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Anhand der Parameter wird eine Bewertung durchgeführt und gegebenenfalls eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben.
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In 2 ist ein Linsenschnitt einer erfindungsgemäßen Optik 7 für Wärmebildkameras mit Festbrennweite (vorliegend 40,09 mm) mit einem Strahlengang 7a gezeigt, die zur optischen Abbildung auf eine flächige Wärmebildkamera 3a, 3b eingesetzt werden kann. Die Festbrennweite ist auf +0,1 mm genau einstellbar, was einer Brennweitengenauigkeit von ±0,2 % entspricht. Das Sehfeld muss mit einer vergleichbaren Genauigkeit eingestellt werden. Eine feste Fokuslage und eine feste und genaue Bildlage kann mittels einer entsprechenden Justiergenauigkeit erreicht werden und jede einzelne Optik 7 ist passiv athermal und achromatisch im Sinne von unveränderlicher Bildlage und Brennweite ausgeführt. Die Optik 7 ist für einen Wellenlängenbereich von 3,5 µm bis 5 µm vorgesehen. Die Wärmebildkamera 3a, 3b kann beispielsweise 640 x 512 Pixel mit einer lateralen Pixelgröße von 15 µm aufweisen. Gut zu erkennen ist in 2 der zweistufige Abbildungsaufbau und die Einteilung in Frontobjektiv 8 und Relaisoptik 9. Zwischen diesen beiden Teilobjektiven 10 ist eine Zwischenbildebene 11 angeordnet. Vor der Bildebene 12, die gleichzeitig die Detektorebene darstellt, sind in dem optischen Strahlengang 7a des gezeigten Ausführungsbeispiels noch ein Filter 13 und ein Detektorfenster 14 mit einem Cold-shield zur Verbesserung der Abbildungsqualität vorgeordnet. Eine Filterebene 15 liegt außerdem am Ort der Austrittspupille der Optik 7 und die Eintrittspupille der Optik 7 liegt in ausreichendem Abstand vor einer Frontlinse 17d. In der 2 nicht eingezeichnet ist eine Narzissblende in der Zwischenbildebene 11. Jedes Teilobjektiv 10 der hier gezeigten Optik 7 weist vier Einzellinsen 17a - 17d bzw. 17e - 17h als optische Elemente auf, wobei die Verteilung der Brechkräfte dieser Einzellinsen 17a - 17d bzw. 17e - 17h bezogen auf die Zwischenbildebene 11 nahezu symmetrisch ist. Durch diesen vergleichsweise streng symmetrischen Aufbau gelingt es, die Verzeichnung zu minimieren. Bei der symmetrischen Verteilung der Brechkräfte kann die Abfolge der Höhen und/oder der Vorzeichen der Brechkräfte der einzelnen Linsen 17a - 17h (Positivlinse oder Negativlinse) bezogen auf die Zwischenbildebene 11 der Optik 7 symmetrisch ausgeführt sein, insbesondere kann die Abfolge der Vorzeichen der Krümmungsradien der Linsen 17a - 17h (konkav oder konvex) symmetrisch ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sich sonach in den Teilobjektiven 10 die symmetrische Abfolge Positivlinsen 17a, 17e mit einer ersten der Zwischenbildebene 11 zugewandten konvexen Fläche und mit einer zweiten der Zwischenbildebene 11 abgewandten konkaven Fläche, Negativlinsen 17b, 17f mit zwei konkaven Flächen, Positivlinsen 17c, 17g mit einer ersten der Zwischenbildebene 11 zugewandten konkaven Fläche und mit einer zweiten der Zwischenbildebene 11 abgewandten konvexen Fläche sowie Positivlinsen 17d, 17h. Die Positivlinsen 17d, 17h unterscheiden sich in der Abfolge der Vorzeichen der Krümmungsradien, da sie sich im Bereich der Bildseite bzw. im Bereich der Objektseite befinden. Zumindest das Kernobjektiv, d. h. die inneren Linsen 17a - 17c und 17e - 17g sind jedoch streng symmetrisch.
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Bei den Teilobjektiven 10 können insbesondere auch asphärische Linsenflächen 18 verwendet werden, wobei dies hier durch die Linsen, die zu der Zwischenbildebene 11 am nächsten liegen, erfüllt wird. Die Linsenmaterialien sind derart gewählt, dass die extremen Anforderungen bezüglich der chromatischen Korrektur und der thermischen Stabilität gegeben sind. Die Optik 7 wird insbesondere durch passive Methoden athermalisiert, wobei dazu insbesondere auch spezielle Materialien für die Einzellinsen 17a - 17h ausgewählt werden. Beispielsweise können auch die Glassorten mit den Kurzbezeichnungen IG4 und IG6 (beides Chalkogenidgläser), ZnS (Zinksulfid) und ZnSe (Zinkselenid) verwendet werden. Negativlinsen 17b und 17f sind aus Zinksulfid gebildet. Da die Optik 7 in dem genannten Anwendungsbeispiel in eine nicht näher dargestellte Klimakammer integriert ist, kann auch Silizium als optisches Material für die Linsen 17a und 17e zum Einsatz kommen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt auch eine zur Zwischenbildebene 11 symmetrische Materialabfolge vor. Die der Zwischenbildebene 11 am nächsten gelegenen Positivlinsen 17a und 17e können jeweils Silizium aufweisen, während die sich jeweils auf der von der Zwischenbildebene 11 abgewandten Seite anschließenden Negativlinsen 17b und 17f aus Zinksulfid gebildet sein können. Auch die Verwendung von diffraktiven Optiken ist möglich, wobei die hier gezeigte Optik 7 ausschließlich refraktive Linsen 17a bis 17h einsetzt. Eine aktive Korrektur der relevanten Abbildungsparameter durch mechanische Korrekturen ist in dem Beispiel nicht vorgesehen und aufgrund des begrenzten Temperaturbereichs durch die Klimatisierung der Optik 7 kann auch auf spezielle Fassungsmaterialien verzichtet werden.
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Die 3 zeigt eine berechnete polychromatische Modulations-Transfer-Funktion (MTF) für die in 2 gezeigte Optik 7 für Wärmebildkameras 3a, 3b. Die Darstellung enthält mehrere berechnete Kurven für unterschiedliche Messpunkte im optischen Messfeld und auch die physikalische Beugungsgrenze der Abbildung. Für die unterschiedlichen Messpunkte liegt jeweils ein sehr guter Verlauf der Modulations-Transfer-Funktion nahe an der physikalischen Grenze (auch: diffraction limit) vor.
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4 zeigt eine spezielle Darstellungsvariante der Verzeichnung über den gesamten Detektor einer Wärmebildkamera 3a, 3b, wobei die auftretende Verzeichnung der hier betrachteten Optik 7 durch Pfeile stark überhöht dargestellt ist. Die auftretende durchschnittliche Verzeichnung beträgt etwa 1 µm (genau: 0,0012608 mm), die minimale Verzeichnung 0,16376e-26 mm und die maximale Verzeichnung etwa 6 µm (genau: 0,0061428 mm) bei einer Standardabweichung von 0,0010903 mm. Dies erfüllt die gestellten hohen Anforderungen der vorliegenden Messaufgabe.
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Die Anpassung an vergrößerte Beobachtungskorridore/Beobachtungsräume kann durch zwei oder mehrere erfindungsgemäße Optiken 7 erfolgen, deren Sehfelder derart kombiniert werden, dass mit einem oder mehreren Überlappungsbereichen eine Bildkombination von zwei oder mehr Detektorbildern stattfinden kann. Wenn für eine Messanlage vier Optiken 7 kombiniert werden, so werden jeweils zwei Optiken 7 für die Überlappung übereinander angeordnet, um in der Höhe den geforderten Sehfeldbereich zu abzudecken. Die jeweils obere bzw. untere Optik 7 aus der einen Überlappungsanordnung ist über die Stereobasis mit der oberen bzw. unteren Partneroptik 7 der zweiten Überlappungsanordnung am anderen Ende der Stereobasis für die Berechnungen aus den Messdaten gekoppelt. Für eine korrekte Auswertung der Messdaten aus verschiedenen Optiken 7 ist eine extrem hohe Bildgenauigkeit erforderlich.
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Die Lage der Bildmitte gegenüber der mechanischen Referenz, bezogen auf die vertikale Pixelzahl (vorliegend 512) variiert nur um ± 0,2 %. Auf diese Weise kann die Überlappung zwischen oberer und unterer Optik 7 klein gehalten werden. Insbesondere muss die Verzeichnung sehr klein sein, um einen Bildvergleich von einem, zwei oder mehreren Kamerabildern aus der Stereoanordnung subpixelgenau durchführen zu können. Die Verzeichnung ist über das gesamte Bild kleiner 0,12 % und verändert sich nicht.
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Die Lage des Detektors der Wärmebildkamera 3a, 3b ist beim Einbau in allen Freiheitsgraden einstellbar. Die Fokuslage sowie die Sichtlinie (line of sight) der Wärmebildkamera 3a, 3b kann beim Einbau des Detektors, insbesondere durch dessen translatorische Verschiebung bzw. Verkippung festgelegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stereokameraeinrichtung
- 2
- Vögel
- 3a,3b
- Wärmebildkameras
- 4a,4b
- Sehfelder
- 5
- überlappender Bereich
- 6
- Bildverarbeitungseinrichtung
- 7
- Optik
- 7a
- Strahlengang
- 8
- Frontobjektiv
- 9
- Relaisoptik
- 10
- Teilobjektiv
- 11
- Zwischenbildebene
- 12
- Bildebene
- 13
- Filter
- 14
- Detektorfenster
- 15
- Filterebene
- 17d
- Frontlinse/Positivlinse
- 17a,17c,17e 17g,17h
- Positivlinsen
- 17b,17f
- Negativlinsen
- 18
- asphärische Fläche
