DE2229735B2 - Außeraxiales optisches System mit wenigstens zwei getrennten, gleichachsig angeordneten optischen Gliedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein außeraxiales optisches System nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das abbildende optische System kann ein dioptrisches System, ein catoptrisches System oder ein cata-dioptrisches System sein.

Um ein Bild eines relativ großen Feldes mit guter Qualität zu erzeugen, ist ein kompliziertes und aufwendiges Linsensystem erforderlich, um die gleichzeitige Korrektur aller Teile des Feldes zu erreichen. Ein gebräuchliches Verfahren, ein Bild eines relativ großen Feldes zu reproduzieren, besteht darin, das Feld mit einem relativ einfachen und kompakten optischen System abzutasten, welches korrigiert ist, um ein gutes Verhalten in kleinen Flächenbereichen zu liefern.

Die für Abtastzwecke verwendeten Systeme sind üblicherweise Systeme, die hinsichtlich einer kleinen Fläche um die Achse des Systems herum korrigiert sind. Bei einem solchen System erfolgt die beste Abbildung gewöhnlich achsennah. Bei einem solchen System ist die Bildfeldfläche, die von einem Spalt zur Erzeugung der größten Fläche geeigneter Bildqualität bestimmt ist, eine Fläche, die sich radial auswärts von der Achse erstreckt bis zu einem Abstand, in welchem der Grad der Bildverschlechterung oder der Verlust an Bildqualität nicht mehr annehmbar ist. Somit ist bei einer solchen achsennahen Abbildung die Bildqualität nicht über das > gesamte Feld gleichförmig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein abbildendes optisches System zur Verwendung bei der Bildfeldabtastung zu schaffen, bei welchem die Bildqualität der Abbildung über die jeweils erfaßte Fläche

in hinweg gleichförmig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst
Nach der vorliegenden Erfindung werden also die optischen Glieder so kombiniert und das System so korrigiert, daß eine ringförmige Zone von guter, stigmatischer Abbildungsqualität erzeugt wird. Eine solche ringförmige Zone ist besonders geeignet zur Verwendung bei der Bildfeldabtastung zum Wiedergeben eines Bildes eines großen Gesichtsfeldes. Vorteilhafterweise ist dabei eine Platte mit einem Spalt über einem Segment des besagten ringförmigen Feldes vorgesehen, wobei dieser Spalt so bemessen und angeordnet ist, daß er mit einem Segment des ringförmigen Feldes zusammenfällt und dieses freiläßt. Dadurch, daß ein Spalt vorgesehen wird, der mit einem bogenförmigen Segment der gut abgebildeten Zone zusammenfallt, ist das Bild, welches über die von dem Spalt bestimmte Fläche belichtet wird, von gleichförmiger Qualität längs der Länge des bogenförmigen Segments.

Es kann weiterhin wenigstens ein zusätzlicher Spalt vorgesehen sein, der mit einem anderen Segment des ringförmigen Feldes zusammenfällt und dieses freiläßt.

Die Spalte können über verschiedenen Segmenten des ringförmigen Feldes angeordnet sein. Um eine stereoskopische Abbildung zu erzielen, können einfach die Spalte über diametral einander gegenüberliegenden Segmenten angeordnet sein. Es kann dann beispielsweise eine stereoskopische Abbildung in einer Streifenkamera erzeugt werden, wie sie bei der Luftbildaufnahme verwendet wird, indem zwei Schlitze vor diametral einander gegenüberliegenden Teilen der ringförmigen Zone in der Flugrichtung des Flugzeugs angeordnet werden. Bei einer Panoramakamera, wie sie für die Luftbildaufnahme verwendet wird, kann die stereoskopische Abbildung dadurch erreicht werden, daß zwei Spalte auf gegenüberliegenden Seiten der Abtastbahn angeordnet werden, die senkrecht zur Flugrichtung

so liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines einfachen optischen Systems nach der vorliegenden Erfindung;
F i g. 2 ist eine Darstellung der Aberrationskurven des

Systems nach Fig. 1;

F i g. 3 ist eine Darstellung eines ringförmigen Feldes von stigmatischer Abbildung, die nach der Erfindung erzeugt wird, und veranschaulicht die Verwendung eines Spaltes zur Benutzung des Systems bei der

Bildfeldabtastung;

Fig.4 ist eine Draufsicht und zeigt ein Paar von Abtastspalten und einen relativ dazu beweglichen Film, die so zu einem ringförmigen Feld angeordnet sind, daß

eine stereoskopische Wiedergabe einer abgetasteten Fläche erzeugt wird;

F i g. 5 ist eine Ansicht längs der Linien 5-5 von F i g. 4.

Das optische System ist so aufgebaut, daß es ein ringförmiges Feld von stigmatischer Abbildung erzeugt, welches von der optischen Achse des Systems entfernt und zentriert zu dieser angeordnet ist. Ein einziges optisches Glied, beispielsweise eine Linse oder ein Parabolspiegel können nicht vollständig korrigiert sein so, daß eine stigmatische Abbildung eines achsfernen ι ο Punktes oder eines Ringes von Punkten um die Achse erzeugt wird. Daher ist auch die einfachste Form eines optischen Systems, welches das gewünschte ringförmige Feld von guter stigmatischer Abbildungsqualität erzeug», ein optisches System, welches symmetrisch um r> die optische Achse ist und aus wenigstens zwei getrennten optischen Gliedern oder dünnen Gruppen von optischen Gliedern besteht, die hinsichtlich achsferner stigmatischer Abbildung korrigiert sind.

In der üblichen Terminologie ist das System für einen einzigen achsfernen Punkt korrigiert. Da aber das System symmetrisch ist, besteht der Effekt darin, daß eine ringförmige Korrekturzone erzeugt wird, deren Radius der Abstand des korrigierten Punktes von der Achse ist. Bei dieser Anordnung ist die Abbildung gleichermaßen gut in allen Punkten der ringförmigen Zone, verglichen mit einem System oder optischen Glied, welches so korrigiert ist, daß es eine stigniatische Abbildung auf seiner Achse hervorruft Dann tritt nämlich die beste Abbildung in nur einem Punkt ein.

Da die optischen Glieder üblicherweise geschliffen und poliert sind durch Drehbewegung, so daß ihre Oberflächengestalt symmetrisch zu ihrer Achse ist, sind die einzelnen optischen Glieder des Systems nicht schwieriger herzustellen als optische Glieder, die si einzeln gestaltet werden, um in einem System kombiniert zu werden, welches für einen einzigen Punkt auf der Achse korrigiert ist Der einzige Unterschied besteht darin, daß die von den einzelnen optischen Gliedern gelieferten Korrekturen in bezug auf einen achsfernen Punkt statt auf einen achsnahen Punkt vorgenommen werden. Da nur eine ringförmige Zone des Feldes verwendet wird, spielt eine Verzerrung in dem Felde keine Rolle.

Ein Beispiel eines Linsensystems, welches eine ringförmige Zone von stigmatischer Abbildung liefert, ist schematisch in F i g. 1 dargestellt Es besteht aus zwei Gruppen 10 und 11 von Linsen, die ein System bilden mit einer optischen Mitte C zwischen den Gruppen 10 und 11. Das System ist symmetrisch um eine optische Achse so OA. Die Gruppe 10 besteht aus einer bikonvexen Linse 12 und einer bikonkaven Linse 13. Gruppe U besteht aus einer konkavkonvexen Linse 14 und einer bikonvexen Linse 15. Die Linsenoberllachen sind durch das System hindurch von links nach rechts mit 1 bis 8 numeriert. Die Radien der freien öffnungen (CA) der Linsen eines praktisch ausgeführten Systems, die Radien ihrer Oberflächen und der Abstand zwischen den Oberflächen sind wie folgt:

60

65 Linsen- (Vl
oberfläche

Radius

Abstund

Linsen-	CA	Radius	Abstand
oberfläche
I	238.	444.97 (asphärisch)	27.43
2	136.	-980.3	1.83
3	136.	-824.7	27.43
4	218.	637.5	273.62
5	214.	-396.9	27.43

224.
232.
233.

-348.3 0.95

732.0 27.43

17341.2 (asphärisch) 791.65

wie bei der gebräuchlichen Übereinkunft bedeutet ein negativer Radius eine Krümmung um einen Punkt links von der Oberfläche. Sonst liegt der Krümmungsmittelpunkt der Oberfläche auf der rechten Seite.

Der Brechungsindex jeder der Linsen 12, 13, 14 und 15 dieses Systems ist der gleiche, nämlich 1,5.

Dieses System ist so korrigiert, daß es eine stigjnatische Abbildung in einem ringförmigen Feld AF von Punkten erzeugt, welche einen Feldwinkel FA von 10° haben. Die Länge des Systems ist ungefähr 0,4mal seine Brennweite. Der Abstand von seinem vorderen Scheitel zu seinem Brennpunkt ist ungefähr l,3ma! seine Brennweite.

Fig.2 ist eine graphische Darstellung der Aberrationskurven des Linsensystems von Fig. 1. Wie durch die graphische Darstellung gezeigt wird, führt eine kleine Änderung des Asigmatismus zu einer Wellenfront ähnlich zu der Charakteristik von etwa 1/8 Welle zonaler sphärischer Aberration. Das System ist so monochromatisch beugungsbegrenzt bei /75 über ein effektives Gesamtfeld von mehr als 15°.

Optische Systeme, die ringförmige Felder von stigmatischer Abbildung nach dieser Erfindung erzeugen, können dioptrisch, catoptrisch oder catadioptrisch sein.

F i g. 3 zeigt die Art und Weise, wie eine ringförmige Zone von guter Abbildungsqualität bei der Bildfeldabtastung verwendet wird. Wie in F i g. 3 dargestellt ist, ist das ringförmige Feld AF von Punkten, die bis zur Erzeugung stigmatischer Abbildung korrigiert sind, ein Kreis, der um die Systemachse OA herum zentriert ist. Die Zone guter Abbildungsqualität ist eine Ringzone 20 mit dem ringförmigen Feld, welches durch die Linie AF bestimmt wird und sich nach beiden Seiten erstreckt Die inneren und äußeren radialen Grenzen der Zone 20 sind die Abstände auf beiden Seiten der ringförmigen Feldlinie AF, bis zu denen die Bildqualität noch innerhalb zulässiger Grenzen für brauchbare Abbildungen liegt. Eine Platte 21, die vor und parallel zu einem Teil der Zone 20 angebracht ist, hat einen Spalt 22, durch welchen ein Segment der Zone belichtet wird. Der Spalt kann jede geeignete Gestalt haben. Um jedoch die Stärkstmögliche Belichtung bei guter Abbildung zu erhalten, ist ein bogenförmiges Segment geeignet, welches der Krümmung und Breite des darunterliegenden Segments der Zone 20 entspricht, wie in der Abbildung dargestellt Ein gewünschtes Gesichtsfeld wird dann durch Bewegung des optischen Systems zusammen mit der Platte 21 relativ über die Gesichtsfeldfläche in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung abgetastet, so daß das Feld nacheinander durch den Spalt belichtet wird.

Systeme mit ringförmigen Feldern nach der vorliegenden Erfindung können auch bei optischen Systemen verwendet werden, die mit unendlichen oder endlichen konjugierten Ebenen arbeiten. In dem letzteren Fall würde eine Platte 21 mit einem Spalt 22 in der Nähe des Objekts oder in der Nähe des Bildes angeordnet werden, oder es kann eine an jeder Stelle sein.

Ein besonderer Vorteil einer rineförmieen Zone von

guter Abbildungsqualität im Vergleich zu der Abtastung eines achsnahen korrigierten Bildes besteht darin, daß eine ringförmige Zone gleichförmig gute Bildqualität längs der gesamten Länge des gewählten bogenförmigen Segments liefert, während mil einem achsnahen Bild die beste Abbildung in einem mittleren Punkt stattfindet und das Bild stärker verzerr) wird nach Maßgabe des Abstandes von diesem Punkt. Infolgedessen liefert die ringförmige Zone von korrigierter Abbildung von Haus aus einen breiteren ausnutzbaren Abtastweg als ein achsnah korrigiertes Bild. Eine brauchbare Abtastbahn kann mit einem einfacheren optischen System erreicht werden.

Die F i g. 4 und 5 zeigen die Art und Weise, wie eine ringförmige Zotre 20 guter Abbüdsngsqualitäi, die durch ein Linsensystem 24 nach der Erfindung gebildet wird, bei der Abtastung zur Erzeugung einer stereoskopischen Abbildung wie in einer einfachen Stereostreifen-

kamera verwendet wird. In diesem Falle sind zwei Spalte 22a und 22b in einer geeigneten Platte, die mit 21' bezeichnet ist, über diametral einander gegenüberliegenden Segmenten der ringförmigen Zone 20 angeordnet. Das Linsensystem 24 zusammen mit der Platte 21 bewegen sich in der Richtung des Pfeils 25 über das nacheinander abzubildende Gesichtsfeld. Zur Aufzeichnung der Teile des von den Spalten 22a und 226 abgebildeten Feldes werden Streifen von photographischem Film 26a und 26b von gelrennten Vorratsspulen jeweils über die Spalte in Richtung der Pfeile 27 zu getrennten Aufnahmespulen bewegt, um die durch die Spalte hindurch belichteten Bilder des Feldes aufzuzeichnen.

Die Spalte 22a und 22b können auch an anderen Stellen zueinander angeordnet werden, je nach den zu erreichenden Wirkungen, und es können mehr als /wci Spalte verwendet werden.

HiiT/ii 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Außeraxiales optisches System, enthaltend wenigstens zwei getrennte optische Glieder, die in gleichachsiger Anordnung miteinander kombiniert sind, so daß sie Rotationssymmetrie in bezug auf eine Referenzachse besitzen, dadurchgekennzeichnet, daß

(a) das System an zueinander optisch konjugierten Stellen, die beide im Abstand von der Referenzachse (OA) liegen, einen Objekiort in einer zur Referenzachse senkrechten Ebene und einen Bildort ebenfalls in einer zur Referenzachse senkrechten Ebene besitzt,

(b) Mittel (21) zum Begrenzen des Bild- oder Objektfeldes auf einen im wesentlichen zu der Referenzachse zentrierten bogenförmigen Bereich oder einen Teil desselben vorgesehen sind,

(c) die Charakteristiken und Abstände der optischen Glieder so sind, daß an einer der beiden optisch konjugierten Stellen ein im wesentlichen abbildungsfehlerfreies Bild eines Objekts an der anderen der optisch konjugierten Stellen ungeachtet der Abbildungsfehler außerhalb des Bildfeldbereiches erzeugt wird, und

(d) Mittel zur Bewegung einer bildaufnehmenden Oberfläche relativ zu dem Bildfeldbereich vorgesehen sind.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21) zum Begrenzen des Bild- und Objektfeldes von einem Schlitz (22) gebildet sind, der an dem Bildort angeordnet oder auf diesen abgebildet ist.

3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche das von dem Objektort erzeugte Bild über der Zeit aufgezeichnet wird.

4. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Glieder brechende Glieder sind.