DE2954333C2

DE2954333C2 - Optisches Abbildungssystem

Info

Publication number: DE2954333C2
Application number: DE19792954333
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Phys. 8899 Aresing Nißl; Hans 8068 Pfaffenhofen Spies
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1985-07-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Abbildungssystem gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2.

Aus dem Technical Memorandum TG 853, Sept. 1966 der Johns Hopkins University: Line Scan Television for Earth Observations Satellites, ist ein derartiges opti- w> sches Abbildungssystem bekannt, das in einen Erdsatelliten eingebaut ist und dazu dient, ein Bild der überflogenen Erdoberfläche Zeile für Zeile zu erhalten. Die Kugellinse ist hierbei nur eine scheibenförmige Kugelschicht, mit der lediglich eine Zeile der Erdoberfläche abgebildet wird. Das von dieser Kugelscheibe entworfene Zeilenbild wird mit Hilfe von zylindrischen Lichtleitfasern auf den Schirm einer Abtaströhre abgebildet. Die von den Lichtleitfasern aufgenommenen und weitertransportierten Lichtsignale werden in der Abtaströhre direkt in elektrische Signale umgesetzt, die anschließend in geordnete Bildsignale zurückentwickelt werden.

Ein besonderes Problem derartiger optischer Abbildungssysteme mit einer Kugellinse liegt darin, die Stirnseiten der Lichtleitfaser genauestens in der Bildfläche der Kugellinse zu positionieren. Hierzu sind in der Regel separate Halterungen außerhalb der Kugeloberfläche notwendig. In dem erwähnten Technical Memoran dum TG 853 sind hinsichtlich der Positionierung der Stirnseiten der Lichtleitfasern keine Angaben enthalten. Hinzu kommt, daß bei dem bekannten optischen Abbildungssystem die Stirnseiten der Lichtleitfasern nicht sämtlich in der Bildfläche der Kugellinsenscheibe angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird einmal die Verzerrung ausgeglichen, die dadurch zusiandekomrnt, daß eine gekrümmte Fläche, nämlich die Oberfläche der Erde aufgenommen werden solL Außerdem wird durch diese Anordnung die von den einzelnen Lichtleitfasern aufgenommene, aufgrund der Verzerrung unterschiedliche Lichtmenge gleich großer Gebiete auf der Erdoberfläche ausgeglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Abbildungssystem der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der die Stirnseiten der Lichtleitfasern in der Bildfläche der KugeUinse einfach und sicher positioniert werden können.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. durch die im kennzeichnenden Teil des dem Anspruch 1 nebengeordneten Anspruchs 4 angegebenen Merkmale gelöst. ■ Durch diese Lösungen können die Stirnseiten aller Lichtleitfasern auf Seiten der Kugellinse direkt auf eine feste Oberfläche z. B. mit Hilfe eines Immersionsklebers aufgeklebt werden, der einen quasi verlustlosen Übergang des Lichtes von der Kugellinse in die Lichtleitfasern erlaubt So ist es entweder möglich, die Kugellinse so auszubilden, daß deren Bildfläche mit der Oberfläche der Kugellinse zusammenfällt, z. B. indem der Brechungsindex der Kugellinse längs des Strahlenweges von der Einfallseite in Richtung auf die Stirnseiten der Lichtleitfasern verringert wird. Die Kugellinse kann z. B. aus zwei Halbkugeln gefertigt sein, wobei die der Bildfläche zugewandte Halbkugel einen kleineren Brechungsindex als die obere Halbkugel aufweist

Vorzugsweise ist hierbei zwischen den beiden Halbkugeln der Kugellinse eine Blende und/oder ein optisches Filter angeordnet Durch diese Maßnahme kann die Abbildungsqualität der LinseivATordnung merklich gesteigert werden.

Wird die Kugellinse aus einem Material mit homogenem Brechungsindex gefertigt, so liegt die Bildfläche außerhalb der Kugeloberfläche. Hier kann zwischen der Kugellinse und der Bildfläche eine Kugelschale angeordnet werden, auf deren Oberfläche dann die Stirnseiten der Lichtleitfasern z. B. mit einem Immersionskleber befestigt werden.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt dar

F i g. 1 schematisch eine Seitenansicht eines optischen Abbildungssystems gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform eines optischen Abbildungssystems gemäß der Erfindung.

Ein hier als Kugeloptik bezeichnetes optisches Abbildungssystem 1 gemäß F i g. 1 weist eine Kugellinse 2 sowie ein Lichtleitfaserbündel 3 auf. Die Kugellinse besteht aus einer oberen und einer unteren Kugelhälfte 2| bzw. 2₂. Die äußeren Ränder der Kugelhälften sind so ausgebildet, daß sie in einem hier nur angedeuteten Träger 4 aufgenommen werden können. Zwischen die beiden Kugelhälften ist eine Blende 5 eingesetzt, die die öffnung der Kugellinse auf einen symmetrisch um deren Mittelpunkt liegenden Kreisbereich mit einem Durchmesser begrenzt, der dem Radius r der Kugellinse entspricht. Die öffnung der Blende kann, wie hier angedeutet, auch ein optisches Filter 6 aufnehmen, um dann, wenn nur in einem bestimmten Wellenbereich gearbei-

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tet wird, Störlicht auszuschalten. Dieses optische Filter ist in die Kugellinse immergiert, d. h. der Brechungsindex der beiden Materialien ist angepaßt Auch die Grenzschichten sind z. B. mit einem Immersionskleber verbunden. -

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist mit einer derartigen Kugeloptik ein Bereich von etwa 90° zu erfassen.

Die Bildfläche der KugelHnse 2 liegt auf einer zur Kugeloberfläche konzentrischen Kugelfläche 7 mit dem Radius R; zwischen der Oberfläche der Kugellinse und to der Bildfläche 7 ist ein Kugelschalensektor 8 eingefügt, der mit der Oberfläche der Kugellinse 2 und der Oberfläche des Lichtleiterbündels 3 durch Immersionskieber verklebt ist Wie für zwei Strahlen in F i g. 1 angedeutet, liegen sämtliche Bildpunkte der Kugellinse 2 auf der Bildfläche 7. In dieser Bildfläche sind die Stirnseiten der Lichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels 3 angeordnet, von denen hier nur drei, und zwar die Fasern 3|, 32 und 33 gezeigt sind. In der ersten Hälfte ihrer Länge verbreitern sich die Lichtleitfasern etwa konisch (bis M) und verjüngen sich danach ebenfalls etwa konisch. Bei einer Optik mit einer KugelHnse von 20 mm Radius «-/eisen die Lichtleitfasern an der Stirnseite S einen Durchmesser von etwa 160 μητ, an der dicksten Stelle bei M etwa 240 μπι und am Ende an der Ausgangsseite bei A einen Durchmesser von etwa 40 μπι auf. Die jenseitigen Stirnseiten aller Lichtleitfasern sind mit einem Immersionskleber 9 auf einen als ladungsgekoppelten Speicher ausgebildeten Empfänger 10 aufgeklebt

In F i g. 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer Kugeloptik Γ dargestellt, die wiederum aus zwei Halbkugeln 2\' und 22' zusammengesetzt ist, wobei in die Mitte zwischen diese seitlich begrenzten Halbkugeln eine Blende 5' und ein optisches Filter 6' eingefügt sind. Ebenso wie beim ersten Beispiel haben die beiden Halbkugeln einen gemeinsamen Mittelpunkt Die Brechungsindizes der Halbkugeln sind jedoch so aufeinander abgestimmt, daß die Bildfläche T mit der Kugeloberfläche der unteren Halbkugeln 2₂' zusammenfällt Hierzu ist entweder nur der Brechungsindex der unteren Halbkugel geringer als derjenige der oberen oder beide Brechungsindizes sind gleich und dementsprechend klein gewählt um das Ergebnis zu erzielen. Auf die Kugeloberfläche der unteren Halbkugeln 2/ ist mittels eines Immersionsklebers 11 das Lichtleitfaserbündel 3' geklebt Die Lichtleitfasern des Bündels sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel zunächst etwa linear konisch erweitert und verjüngen sich dann, bis deren Ausgangsseiten über einen Immersionskiebei 9 mit einem Empfänger 10' verbunden sind.

Die Kugeloptik gemäß F i g. 2 hat wiederum ein Auffaßbereich von etwa 90°; die Kugelschalen sind als Kugelschichten ausgebildet.

Bei Kugeloptiken mit den oben angegebenen Maßen wird bei einem Bildwinkel von 90° eine Winkelauflösung von mindestens 0,8° für eine Wellenlänge erreicht, wodurch auch der Winkelabstand zweier eindeutig aufzulösender Bildpunkte angegeben ist. Da dieser Wert von 0,8° den schlechtesten Wert darstellt, kann mit einer derartigen Kugeloptik mit den angegebenen Maßen das Bildfeld linear durch mindestens 130 Punkte aufgelöst werden. Durch eine Anordnung von vier derartigen Kugeloptiken mit einem Auffaßwinkel /on 90° kann z. B. ein kompakter Rundum-Sensor konstruiert werden, der inklusive Elektronik uiH Gehäuse in einem Zylinder von h5 etwa 1? crn Durchmesser und 8 cm Höhe untergebracht werden kann. Sollte ein de.artiger Rundum-Sensor ctwa mit herkömmlichen Onlikeii erstellt werden, so wäre weder die Einfachheit noch die kleine Baugröße zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

29 53 Patentansprüche:

1. Optisches Abbildungssystem mit einer Kugellin-

se als Eingangsoptik, einem optischen Empfänger und einer Vielzah! von Lichtleitfasern zwischen Kugellinse und Empfänger zur Auflösung des mit dem Abbildungssystem aufgenommenen Bildes in einzelne Bildpunkte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellinse (2') einen Brechungsindex aufweist, der sich von der Lichteinfallseite in Richtung auf die Stirnseite der Lichtleitfasern (3') so ändert, daß die Bildfläche (T) mit der hinteren Oberfläche der Kugellinse (2*) zusammenfällt, und daß die Lichtleitfasern (3') mit ihren einen Stirnseiten alle auf der i> Oberfläche der Kugellinse angeordnet sind.

2. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellinse (2") aus zwei Halbkugeln (2i\ 2₂') zusammengesetzt ist und die der Bildfläche (7') zugewandte Halbkugel (2₂') einen kleineren Brechungsindex als die obere Halbkugel (2i^r) aufweist, derart, daß die Bildfläche (7') der Kugellinse (2') mit der hinteren Kugeloberfläche zusammenfällt

3. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Halbkugeln (2,', 2₂') eine Blende (5') und/oder ein optisches Filter (6') angeordnet ist

4. Optisches Abbildungssystem mit einer Kugellinse als Eingangsoptik, einem optischen Empfänger und einer Vielzahl von Lichtleitfasern zwischen Kugellinse uno Empfänger zur Auflösung des mit dem Abbildungssystem au/genomenen Bildes in einzelne Bildpunkte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellinse (2) aus zwei Halbkugel > (2,, 2₂) besteht, zwi- sehen denen eine Blende (5) eingesetzt ist, und daß zwischen der hinteren Oberfläche der Kugellinse (2) und deren Bildfläche (7) eine Kugelschale (8) angeordnet ist, auf deren Oberfläche die einen Stirnseiten aller Lichtleitfasern (3) angeordnet sind.