DE2912226C2

DE2912226C2 - Optische Einrichtung

Info

Publication number: DE2912226C2
Application number: DE19792912226
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Dr. 8011 Kirchstockach Hofmann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE2912226A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung mit einem Objektiv gefolgt von mindestens einem Strahlenteiler und einem weiteren Abbildungselement in mindestens einem der Teilstrahlengänge zur Abbildung eines Objekts auf mehrere Bildebenen.

Derartige Einrichtungen, bei denen von einem Objekt mehrere Abbildungen erzeugt werden, kommen dann zur Anwendung, wenn die optischen Mitten der Abbildungen identisch sein sollen; nebeneinander angeordnete Eintrittsöffnungen würden ohne entsprechende Jusi'ermaßnahmen zu entfernungsabhängigen Parallaxen führen. Typische Anwendungsbeispiele derartiger Einrichtungen sind Zielfernrohre mit gekoppeltem Wärmebildgerät Abtastsysteme zur Erzeugung von elektrischen Bildsignalen mit gekoppelten Beobachtungseinrichtungen und dergl. (z. B. US-PS 40 74 930). Die Wahl des entsprechenden Eingangsobjektivs legt dabei das Abbildungsverhältnis auf den einzelnen Bildebenen fest. Wenn auf zumindest einem Bild eine Ziel- oder Meßmarke abgebildet werden soll, so besteht das Problem, daß bei einem Objektivwechsel durch unvermeidliche Verlagerungen, d. h. durch Abweichungen von der Sollage, eine Verschiebung zwischen den Marken- und den zugehörigen Bildkoordinaten auftritt

Aufgabe der Erfindung ist es, bei optischen Einrichtungen der oben genannten Art mittels eines Strahlungsteilers in mehreren Bildebenen Abbildungen zu erzeugen, deren Abbildungsmaßstab unabhängig voneinander wählbar ist und wofür eine möglichst geringe Anzahl von abbildenden optischen Elementen benötigt wird. Weiterhin soll verhindert werden, daß sich eine durch Verlagerung des Eingangsobjek*ivs ergebende Verschiebung der Bildmitte in den jeweiligen Bildebenen unterschiedlich auswirkt

Diese Aufgabe wird durch eine nach Patentanspruch 1 ausgebildete optische Einrichtung gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kommt also zur Erzeugung von Bildern mit unterschiedlichen Abbildungsverhältnissen nur ein Objektivsatz zur Anwendung, da aus den für die erste Abbildung nicht benötigten Objektiven ein weiteres zur Erzeugung der zweiten Abbildung herangezogen wird. Dies ist möglich, da durch das erste Objektiv und einen Strahlenteiler zwei Bilder mit identischen Abbildungsverhältnis entstehen. Das Bild der Zwischenbildebene wird dann durch eines der restlichen Objektive mit dem gewünschten Abbüdungsverhältnis auf der zweiten Bildebene abgebildet. Durch die Verwendung einer Zwischenabbildung in den jeweiligen Teilstrahlengängen wird bewirkt, daß sich eine eventuell auftretende Verlagerung des Eingangsobjektives in allen Abbildungen bezüglich der Verschiebung der Bildmitte gleich auswirkt. Bd Verwendung einer, in einer Zwischenbildebene angeordneten Zieloder Meßmarke stimmen dann trotz Verschiebung der Bildmitte die Koordinaten der Marke mit den zugehörigen Bildkoordinaten stets überein.

Bei der nach Anspruch 2 ausgebildeten Einrichtung entsteht von einem mit festem Abstand vor der ersten Bildebene angeordneten Objekt auf der ersten Bildebene eine Abbildung, deren Abbildungsverhältnis von dem jeweils verwendeten Objektiv abhängt. Dagegen weist das Bild auf der zweiten Bildebene stets ein konstantes Abbildungsverhältnis auf. Dies läßt sich folgendermaßen beweisen: Das Abbildungsverhältnis für das erste Bild sei bei den einzelnen Objektiven mit V; bezeichnet, wobei /die Laufzahl zwischen 1 und n, der Gesamtzahl der vorhandenen Objektive ist. Das Abbildungsverhältnis für die Abbildung des Zwischenbildes auf die zweite

Bildebene ist dann —, wobei k ebenfalls eine Laufzahl

zwischen 1 und η ist.

Die Bedingung ki läßt sich beispielsweise durch die Bedingung k = i + \ ersetzen, wobei i nunmehr ledig-

lieh zwischen 1 und π — 1 läuft; dann beträgt das eben genannte Abbildungsverhältnis stets . Das Ge-

Samtabbildungsverhältnis ν auf der zweiten Bildebene beträgt dann:

V=V₁

Werden nvn die Abbildungsverhältnisse entsprechend der Bedingung V,- = p,- gewählt so ergibt sich für das Gesamtabbildungsverhältnis:

Da ρ konstant ist, bleibt auch das Gesamtabbildungsveriiältnis auf der zweiten Bildebene konstant.

Einen besonders einfachen und problemlosen Objektivwechsel ermöglicht eine optische Einrichtung gemäß Anspruch 3. Der Objektivwechsel für beide Abbildungen erfolgt dann einfach durch Drehung der Revolverachse. Werden weiterhin die Objektive gemäß Anspruch 4 angeordnet, so wird auch auf mechanische einfache Weise erreicht, daß das Gesamtabbildungsverhältnis auf der zweiten Bildebene unabhängig von demjenigen auf der ersten Bildebene ist und stets konstant bleibt

Die Vorteile der optischen Einrichtung machen sich besonders dann bemerkbar, wenn gemäß Anspruch 5 in der Zwischenbildebene eine Meß- oder Zielmarke angeordnet ist. Da sich Verlagerungen des ersten Objektives auf die Abbildungen in der ersten Bildebene und in der Zwischenbildebene gleichermaßen auswirken, bleibt die Zuordnung zwischen den durch die Meß- oder Zielmarke markierten Bildpunkten auf der ersten Bildebene und der Zwischenbildebene erhalten, und, da die Abbildung auf der Zwischenbildebene zusammen mit der Meßoder Zielmarke abgebildet wird, verändert sich diese Zuordnung auch im Bild der zweiten Bildebene nicht mehr.

Bei einer nach Anspruch 6 ausgebildeten Einrichtung kann beispielsweise in der ersten Bildebene eine integrierte Photomatrix in Form einer selbstabtastenden Detektorzeile und dgl. angeordnet sein und in der zweiten Bildebene eine Mattscheibe oder ein Vidicon.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine optische Einrichtung zur rasterförmigen Flächenabtastung einer grafischen Vorlage mit Blickrichtung parallel zur Abtastebene und zu den Bildebenen;

F i g. 2 eine Ansicht der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung mit Blickrichtung senkrecht zur Abtastebene und zu den Bildebenen.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung befindet sich in der Abtastebene (Objektebene) 1 eine grafische Vorlage. Entsprechend der gewünschten Rasterauflösung wird ein Ausschnitt aus dieser Vorlage über eines der Objektive 9 bis 13 auf einen in einer ersten Bildebene 2 befindlichen Sensor 7 abgebildet. Zwischen den Objektiven und dem Sensor 7 ist ein Strahlenteiler 8 angeordnet, mit dem auf einer Ebene 3 ein Zwischenbild entsteht. In dieser Zwischenbildebene 3 befindet sich eine Meßmarke 5, die zusammen mit dem Zwischenbild über ein Prisma 6, ein weiteres der Objektive 9 bis 13 sowie weitere Prismen 16 und 17 auf eine zweite Bildebene 4 abgebildet wird. In der zweiten Bildebene befindet sich ein Vidicon. Die optischen Längen zwischen der Abtastebene 1 und dem Sensor 7 bzw. der Zwischenbildebene 3 und zwischen der Meßmarke 5 bz»*. der Zwischenbildebene 3 und der Bildebene 4 sind gleich und konstant Dazu ist die gesamte Einrichtung auf einem sog. Abtastwagen 15 angeordnet der sich mit konstantem Abstand über der Abtastebene bewegen läßt Durch den Strahlenteiler 8 und das Prisma 6 wird die optische Achse für

ίο die zweite Abbildung um 180° gedreht so daß sie zwischen den Prismen 6 und 16 parallel zur optischen Achse der Eintrittsöffnung verläuft. Die Objektive 9 bis 13 sind nun entsprechend ihrer Brennweite entlang einer, zu diesen parallelen Achsenstücken ebenfalls parallelen Revolverachse 14 angeordnet und in gleichen Winkelabständen um die Revolverachse verteilt (siehe F i g. 2). Bei entsprechender Winkelsteilung der Revolverachse sind jeweils zwei Objektive (im gezeigten Beispiel die Objektive 9 und 10) in die oben erwähnten parallel verlaufenden optischen Achsenstücke eingeschwenkt. Die Brennweiten und die Abstände der Objektive von der Abtastebene 1 bzw. von dem Sensor 7 sind so bemessen, daß bei den gewünschten Abbildungsverhältnissen Scharfabbildung erreicht wird. Da die optischen Weglängen von der Meßmarke 5 zur zweiten Bildebene 4 (Vidicon 18) unveränderlich und gleich der optischen Weglänge von der Meßmarke zur Abtastebene 1 ist, wird auch bei der Abbildung durch das jeweils zweite Objektiv (10) Schar !abbildung erreicht. Die Brennweiten der Objektive 9 bis 13 sind der Reihe nach so gewählt, daß die mit ihnen erzielten Abbildungsverhältnisse eine geometrische Reihe der Form V, = ρ bilden, wobei ρ das Abbildungsverhältnis des ersten Objektivs (9) dieser aus fünf Objektiven bestehenden Reihe ist.

Die Verteilung der Objektive um die Revolverachse ist so gewählt, daß zwischen den Prismen 6 und 16 stets das Objektiv mit einem Abbildungsverhältnis P¹⁺ ' eingeschwenkt ist, wenn sich zwischen der Abtastebene 1 und dem Sensor 7 ein Objektiv mit dem Abbildungsverhältnis/? befindet.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird bei diesem Anwendungsbeispiel erreicht, daß zwischen der Abtastebene 1 und der Bildebene 4 (Vicidon 18) stets das gleiche Abbildungsverhältnis und die gleiche BiIdfeldgröße entsteht, unabhängig davon, welches Objektivpaar gerade eingeschwenkt wird. Ebenfalls unabhängig davon, welches Objektiv gerade eingeschwenkt ist, und an welcher Stelle sich dieses Objektiv infolge unvermeidlicher kleiner mechanischer Ungenauigkeiten des Revolvers befindet, koinzidiert der Sensor 7 stets genau mit dem gleichen Bildpunkt der Abtastebene 1 wie die Meßmarke 6. Der in die Bildebene des Vidicons abgebildete Bildausschnitt mit der Meßmarke wird in bekannter Weise einem Bildschirm zugeführt, so daß durch Positionieren des Abtastwagens 15 die Meßmarke 5 auf jeden beliebigen Punkt der Vorlage genau eingestellt werden kann, wobei dieser Punkt stets mit der Mitte des Sensors 7 koinzidiert. Für die Abbildung der Meßmarke 5 auf die Bildebene des Vidicons wird bei

bo dieser Anordnung kein zusätzliches Objektiv benötigt

Das in der oben beschriebenen Einrichtung enthaltene Prinzip läßt sich mit entsprechenden, dem Fachmann geläutigen Änderungen auf andere Anwendungsbeispiele übertragen, bei denen von einem Objekt mindestens zwei Abbildungen mit unterschiedlichen, wechselnden Abbildungsverhältnissen erzeugt werden soll. Für jede zusätzliche Abbildung wäre dann beispielsweise vor der ersten Bildebene ein weiterer Strahlenteiler

sowie ein zusätzliches Umlenkprisma erforderlich, welches den Strahlengang durch eines der weiteren Objektive lenkt. Zur Beobachtung von Objekten in unterschiedlichen Entfernungen können die Objektive und/ oder die Bildebenen verstellbar sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Optische Einrichtung mit einem Objektiv gefolgt von mindestens einem Strahlenteiler und einem weiteren Abbildungselement in mindestens einem der Teilstrahlengänge zur Abbildung eines Objekts auf mehrere Bildebenen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt von unabhängig voneinander wählbaren Abbildungsverhältnissen in den jeweiligen Bildebenen das Objektiv (9) aus einem Satz von π Objektiven unterschiedlicher Brennweiten (9—13) auswählbar und in den Strahlengang (14) der Einrichtung einschiebbar ist so daß eine Abbildung des Objekts mit π wechselweise wählbaren, unterschiedlichen Abbildungsverhältnissen auf eine erste Bildebene (2) und auf eine Zwischenbildebene

(3) erfolgt und daß ein jeweils zweites Objsktiv (10) aus demselben Satz von Objektiven (9—13) das weitere Abbildungselement (10) bildet, welches das Bild in der Zwischenbildebene (3) auf eine zweite Bildebene abbildet

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die optischen Längen von der Objektebene (1) bis zur ersten Bildebene (2) und von der Zwischenbildebene (3) bis zur zweiten Bildebene

(4) gleich und konstant sind, daß die Abbildungsverhältnisse V, bei den einzelnen Objektiven (9 bis 13) eine geometrische Reihe der Form V, = p bilden, und daß als erstes Objektiv (9) das Objektiv; und als zweites Objektiv (10) das Objektiv / + 1 in dem entsprechenden Strahlengang der Einrichtung angeordnet ist, wobei ρ = konstant und; = 1... n— 1 ist.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die optischen Achsen zwischen der Objektebene (1) und der ersten Bildebene (2) sowie zwischen der Zwischenbildebene (3) und der zweiten Bildebene (4) zumindest teilweise parallel nebeneinander verlaufen und die Objektive (9 bis 13) entsprechend ihrer jeweiligen Brennweite an einer neben den parallelen Achsenstücken ebenfalls parallel verlaufenden Revolverachse (14) angeordnet sind.

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der optischen Achsen je zweier Objektive i und / + 1 den Abständen der parallelen Achsenstücke entspricht und durch Drehung der Revolverachse (14) jeweils zwei Objektive /' und / + 1 in die Bereiche der parallelen Achsenstücke einschwenkbar sind.

5. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß in der Zwischenbildebene (3) eine Meß- oder Zielmarke (5) angeordnet ist.

6. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Bildebene (2,4) optoelektrische Sensoren (7, 18) zur Erzeugung von elektrischen Bildsignalen angeordnet sind.

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