DE2229735C3 - Außeraxiales optisches System mit wenigstens zwei getrennten, gleichachsig angeordneten optischen Gliedern - Google Patents
Außeraxiales optisches System mit wenigstens zwei getrennten, gleichachsig angeordneten optischen GliedernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein außeraxiales optisches System nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das abbildende optische System kann ein dioptrischcs
.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 Flächenbercichen 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 Biklfcldflächc, clic 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 fiber 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 Ober die jeweils erfaßte Fläche
ίο hinweg gleichförmig ist
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten
Maßnahmen gelöst
Nach der vorliegenden Erfindung werden also die i>
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 Wiederge-Λ» ben 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 2> ringförmigen Feldes zusammenfällt und dieses freiläßt
Dadurch, daß ein Spalt vorgesehen wird, der mit einem bogenförmigen Segment der gut abgebildeten Zone
zusammenfällt, ist das Bild, welches über die von dem
Spalt bestimmte Fläche belichtet wird, von gleichförmi-K) ger 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. i> 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 beispielswei-K) se 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 4>
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
liegt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Untcransprflchc.
Die Erfindung ist nachstehend an Ausfiihrungsbcispielcn
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:
Fig.! ist eine schematischc Darstellung eines
einfachen optischen Systems nach der vorliegenden Erfindung;
F i g. 2 ist eine Darstellung der Aberrationskurven des
Systems nach F i g. I;
F i g. i ist eine Darstellung eines ringförmigen Feldes
von sligmatischer Abbildung, die nach der Erfindung
erzeugt wird, und veranschaulicht die Verwendung eines Spaltes zur Benutzung des Systems bei der
Bildfeldabtastung:
F i g. 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 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 erzeugt,
ein optisches System, welches symmetrisch um 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, dal} es eine stigmatische
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 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. I 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
OA. Die Gruppe IO besteht aus einer bikonvexen Linse 12 und einer bikonkaven Linse 1.1. Gruppe II besteht
aus einer konkavkonvexen Linse 14 :ind einer bikonvexen Linse 15. Die Linsenoberflächen s;nd 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:
Linsen- CA
oberlläche
oberlläche
Radius
Abstand
Linsen- Cl
oberfläche
136.
136.
218.
214.
444.97 (asphärisch) 27.43
980.3 1.83
-824.7 27.43
037.5 273.62
396.9 27.43
6 | 224. | -3483 | 0.95 |
7 | 232. | 732.0 | 27.43 |
8 | 233. | 17 341.2 (asphärisch) | 791.65 |
wie bei der gebräuchlichen Obereinkunft 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 stigmatische 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,3mal 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 f/5 über ein
effektives Gesamtfeld von mehr als 15°.
jo 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
F i g. 3 zeigt die Art und Weise, wie eine ringförmige
Γι Zone von guter Abbildungsqualität bei der Bildfeldabtastung
verwendet wird. Wie in Fig.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.
in 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
r, 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
,Ii kann jede geeignete Gestalt haben. Um jedoch die
starkstmögliche 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 Gcsichtsfeldfläche in der durch den Pfeil angedeuteten
Richtung abgetastet, so daß das Feld nacheinander
,Ii 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 mit einem achsnahen
Bild die beste Abbildung in einem mittleren Punkt stattfindet und das Bild stärker verzerrt 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 Zone 20 guter Abbildungsqualität, 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 22b
abgebildeten Feldes werden Streifen von photographi
schem Film 26a und 266 von getrennten 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 zwei Spalte verwendet werden.
Claims (4)
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, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) das System an zueinander optisch konjugierten Stellen, die beide im Abstand von der
Referenzachse (OA) liegen, einen Objektort 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 I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Glieder
brechende Glieder sind.
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Non-Patent Citations (1)
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