DE3402847C2

DE3402847C2 - Abbildendes System für zentrale Aufnahme und Wiedergabe von Umgebungsräumen

Info

Publication number: DE3402847C2
Application number: DE3402847A
Authority: DE
Inventors: Pál Budapest Greguss
Original assignee: BUDAPESTI MUESZAKI EGYETEM BUDAPEST HU
Current assignee: BUDAPESTI MUESZAKI EGYETEM BUDAPEST HU
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1986-02-13
Also published as: JPS59192220A; US4566763A; DD219595A5; HU192125B; FR2540642A1; FR2540642B1; JPH0685019B2; DE3402847A1

Abstract

Abbildungsblock für zentrale Aufnahme und Wiedergabe von Umgebungsräumen, der mit mindestens vier die Wellenausbreitung beeinflussenden Oberflächen versehen ist, die als von einem annähernd rotationssymmetrischen Raum rings der Symmetrieachse des Abbildungsblockes ein ringförmiges Bild herstellende, gleichzahlige, asphärische Spiegelflächen und Refraktionsflächen ausgestaltet sind.

Description

Da die Herstellung der mit der obigen mathematischen Funktion beschreibbaren asphärischen Oberflächen in der Praxis als sehr aufwendig erscheint, ist es zweckmäBig, diese Oberflächen durch eine Oberfläche mit einem Krümmungsradius

3/

r = 2 Vl6y^A _max/k Λ
zu ersetzen, wobei bedeutet:

ynaa den größten Halbmesser der Spiegelflächen i, 2, Ic eine von dem Material des abbildenden Systems abhängige und experimentiell bestimmte Konstante,

Δ die von der gegebenen Aufgabe abhängige Abweichung von einer idealen asphärischen Oberfläche.

ein vorteilhafter Anwendungsfall dargestellt, bei welcher das System mit einer Videokamera verbunden ist Das zwei Spiegelflächen 1, 2 und zwei Refraktionsflächen 4,5 aufweisende abbildende System gibt ein ringförnjges Bild in einer »Breite« von 360° und in einer Höhe in einem bestimmten Raumwinkel, und dieses ringförmige Bild 6 ist über eins linse 7 an einen Target 9 einer Videokamera 8 projiziert und ist auch auf einen; Bildschirm 10 eines Monitors sichtbar.

Bei der Planung von Refraktionsflächen 4,5 des das abbildende System bildenden Körpers soll immer beachtet werden, ob die Ausbreitungsgeschwindigkeit der das SignaJmuster tragenden Welle innerhalb des Körpers niedriger oder höher als außerhalb des Körpers ist Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des Körpers höher ist, dann sollen die Refraktionsflächen 4, 5 konvex (F i g. 2) gestaltet sein, und wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen innerhalb des Körpers niedriger ist, wie es bei der Anwendung des abbildenden Systems im akustischen, bevorzugt im Ultraschallbereich der Fall ist, dann sollen die Refraktionsflächen 4,5 konkav ausgestaltet werden.

Wie aus den Figuren der Zeichnung ersichtlich, sind die Spiegelflächen 1, 2 und die Refraktionsflächen 4,5 bezüglich der optischen Achse des abbildenden Systems rotationssymmetrisch angeordnet Bei den dargestellten Ausführungsformen weist der das abbildende System bildende Körper zwei Spiegelflächen 1,2 und zwei Refraktionsflächen 4,5 auf, wobei im Axialschnitt gesehen am Umfang des Körpers jeweils eine Spiegelfläche 1,2 und eine Refraktionsfläche 4, 5 einander abwechseln. Bei den dargestellten Ausführungsformen des linsenförmigen Körpers ist daher die eine Scheitelfläche desselben eine Spiegelfläche, die von einer als Refraktionsfläche ausgebildeten Ringfläche umgrenzt ist, von welcher die andere, als Refraktionsfläche ausgebildete Scheitelfläche des Körpers umgrenzt ist

Die Krümmungsradien r der Spiegelflächen 1,2 und der Refraktionsfiächen 4,5 sowie die Entfernung dieser Oberflächen voneinander bestimmen die effektive Brennweite /des abbildenden Systems bei einer gegebenen Brechungszahl. In dem so hergestellten ringiörmigen Bild — das aufgrund der bekannten Gesetze der geometrischen Optik leicht aufgetragen werden kann — stellen radiale Geraden die mit der Symmetrieachse des Systems parallelen Geraden dar, während die in konzentrischen Kreisen liegenden Punkte die in einer zu der Symmetrieachse des Systems senkrechten Ebene liegenden Kreislinien darstellen.

Es folgt aus dem Gesetz der Reversibilität des Strahlenganges, daß, wenn das ringförmige Bild über dasselbe System auf einen Zylindermantel projiziert wird, ein verzerrungsfreies Bild an der Innenseite dieses Zvlindermantels erscheint.

Es ergibt sich aus dem Strahlengang innerhalb des abbildenden Systems, daß die Abmessung des von dem das System umgebenden Raum hergestellten Bildes nicht vergrößert werden kanu, und dies soll bei der Anwendung des Systems immer beachtet werden. Von den verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten ist in F i g. 4

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 6 20 538, 6 72 393 und mit der HU-PS 1 43 538 weiter- Patentansprüche: entwickelt Ferner sind abbildende optische Systeme ge mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus der DE-AS

1. Abbildendes System für die zentrale Aufnahme 11 2t 465 und dem DE-GM 7819 433 bekannt

und Wiedergabe von Umgebungsräumen, mit mit 5 Bekannte, eine Kombination von Spiegelflächen und einer mathematischen Funktion beschreibbaren, ein Refraktionsflächen enthaltende Systeme für zentrale ringförmiges Bild von einem annähernd rotations- Aufnahme und Wiedergabe von Umgebungsräumen symmetrischen Raum rings der Symmetrieachse des weisen den Nachteil auf, daß sie entweder zu kompli-Systems erzeugenden Spiegelflächen und Refrak- ziert sind oder einige, aus Konstruktionsgründen gegetionsflächen, dadurch gekennzeichnet, 10 bene und schwer korrigierbare Fehler aufweisen. Hier daß als das ringförmige Bild erzeugend: Flächen will die Erfindung Abhilfe schaffen, mindestens vier gleichzahlige asphärische Spiegel- Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein abflachen (i, 2) und Refraktionsflächen (4,5) vorgese- bildendes System der im Oberbegriff des Anspruchs 1 hen sind. angegebenen Art so auszubilden, daß der Herstellungs-

2. Abbildendes System nach Anspruch 1 dadurch 15 aufwand gering ist und das abbildende System sich für gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (1, 2) und/ die Anwendung auch im akustischen, bevorzugt im Ul- oder die Refraktionsflächen (4,5) mit der mathema- traschallbereich, eignet

tischen Funktion x-flAf beschreibbare asphäri- Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale

sehe Oberflächen sind. im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht Be-

3. Abbildendes System nach Anspruch 1 oder 2, 20 vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (1, aus den Unteransprüchen.

2) einen Krümmungsradius Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ab-

₃ bildungsfehler eines abbildenden Systems vermindert

τ = 2 ^I6y*_max/k Λ werden können und das abbildende System in breiterem

25 Wellenbereich angewendet werden kann, wsnn bei der

haben. Ausbildung seiner asphärischen Oberflächen und bei

4. Abbildendes System nach einem der Ansprüche der Bestimmung seiner Form beachtet wird, ob die Aus-1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des breitungsgeschwindigkeit der das Signoknuster tragen-Krümmungsradius der Refraktionsflächen (4,5) mit den Welle innerhalb oder außerhalb des Körpers des dem Wert des Krümmungsradius der den Refrak- 30 abbildenden Systems größer ist und wenn Bildqualitätstionsflächen (4,5) jeweils gegenüberliegenden Spie- Zugeständnisse bei einer zentralen Abbildung beachtet gelflächen (1,2) gleich ist werden.

5. Abbildendes System nach einem der Ansprüche Die Ausführungsform aus Anspruch 2 hat den Vorteil, 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Refrak- daß sie eine fast fehlerlose Abbildung ermöglicht Bei tionsflächen (4, 5) als konvexe Oberflächen ausge- 35 der Ausführungsform aus Anspruch 3 ist die Qualität staltet sind. der Abbildung noch ausreichend, und das abbildende

6. Abbildendes System nach eJnem der Ansprüche System kann wesentlich einfacher hergestellt werden.

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Refrak- Im weiteren wird die Erfindung anhand von lediglich

tionsflächen (4, 5) als konkave Oberflächen au^ge- mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen staltet sind 40 näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 die Deutung der mathematischen Funktionen,

die die asphärischen Flächen einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems beschreiben,

Die Erfindung betrifft ein abbildendes System für 45 F i g. 2 einen Schnitt durch ein abbildendes System, zentrale Aufnahme und Wiedergabe von Umgebungs- wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit 4er das Signalräumen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. muster tragenden Welle innerhalb des Körpers des Sy-Unter zentraler Abbildung von Umgebungsräumen stems niedriger als außerhalb des Körpers des Systems versteht man einen Vorgang, bei dem sich ein Beobach- ist,

ter im Mittelpunkt eines das Bild beschreibenden Polar- 50 F i g. 3 einen Schnitt durch ein abbildendes System, koordinatensystems statt an dessen Peripherie befindet bei dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der das Sid. h. wenn das gewonnene Bild den in erster Annähe- gnalmuster tragenden Welle innerhalb des Körpers des rung rotationssymmetrischen Raum in einer »Breite« Systems höher als außerhalb des Körpers des Systems von 360° und in einer Höhe mit einem durch das System ist und

bestimmten Raumwinkel darstellt Als Beispiel für die 55 F i g. 4 das erfindungsgemäße und mit einer Videokazentrale Abbildung kann ein bei der Drehung eines Pe- mera verbundene abbildende System und das ringförmiriskops erhaltener Bildstreifen, und als Beispiel für die ge Bild des durch diese Vorrichtung abgebildeten Umperipherische Abbildung kann die ortsfeste Fotogra- gebungsraumes, schematisch dargestellt phie, einschließlich der Anwendung von Fischaugenop- Wie aus F i g. 1 ersichtlich, können die asphärischen

tiken, erwähnt werden. 60 Spiegelflächen 1, 2 des abbildenden Systems mit einer

Das erste zentral abbildende optische System, das mathematischen Funktion A'=jⁱ/4/beschrieben werden, weder eine Drehung der optischen Elemente noch die wobei bedeutet: gleichzeitige Verwendung mehrerer optischer Systeme

benötigte, war ein Ansatzobjektiv für Astronomiezwek- χ die Entfernung der Spiegelflächen 1, 2 des abbilke, das in der GB-PS 2 25 398 beschrieben ist Diese 65 denden Systems von den Fußpunkten 3,3', Vorrichtung ist geeignet, ein zentrales Bild in einer y die Entfernung der Oberflächenpunkte von der »Breite« von 360° und in einer Höhe von 150° zu erzeu- Symmetrieachse des Systems und

gen. Diese Lösung wurde dann mit den DE-PSen / die Brennweite der Spiegelflächen 1,2.