DE4396177C2

DE4396177C2 - Panoramaspiegelobjektiv

Info

Publication number: DE4396177C2
Application number: DE4396177A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kuroda; Akito Takeya; Kenichi Nishiguchi; Akira Ichikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2013-12-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Panoramaspiegelobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 .

Fig. 31 ist eine Schnittansicht eines bekannten Über weitwinkelobjektivs (Fischaugenobjektiv), das bei spielsweise in der JP 50-30457 A offenbart ist. In der Zeichnung ist eine optische Achse 1 eines von ei nem Gegenstand (nicht gezeigt), der in der Zeichnung links angeordnet ist, kommenden auftreffenden Strah lenbündels dargestellt. Das Objektiv bildet den Ge genstand auf eine Bildebene ab. Das Überweitwinkelob jektiv kann in einer einäugigen Kleinbild-Spiegel reflexkamera angeordnet sein, um ein Bildfeld von 180° in einer diagonalen Richtung aufzunehmen.

Weiterhin enthält Fig. 32 eine Schnittdarstellung, die reflektierende Spiegel eines Cassegrain-Reflek tors zeigt, der beispielsweise in "Telescopic Optics for Amateur of Astronomy/Reflection", Shotaro Yos hida, Seibundo Shinkosha, S. 55, (1988) offenbart ist als ein Beispiel eines optischen Systems mit einem engen Sichtwinkel, das jedoch die reflektierenden Spiegel verwendet. In der Zeichnung bedeuten die Be zugszeichen 3 einen Primärspiegel, 4 einen Sekundär spiegel, 5 die vom Gegenstand kommende auftreffende Strahlung (im folgenden auch als "Licht" bezeichnet), 6 den Brennpunkt des vom Primärspiegel 3 reflektier ten Lichts und 7 den Fokus des reflektierten Lichts, das vom Sekundärspiegel 4 reflektiert wird. In dem Cassegrain-Reflektor ist es möglich, den Gegenstand zu beobachten, indem ein auf einer Bildebene erzeug tes Bild am Brennpunkt 7 betrachtet wird.

Die bekannte Überweitwinkelobjektiv ist wie vorbe schrieben ausgebildet. Um dieses Überweitwinkelobjek tiv für ein Infrarot-Abbildungsgerät oder dergleichen mit einem niedrigen Kontrast verwenden zu können, muß es ein Objektiv mit großer, relativer Öffnung aufwei sen. Jedoch ist die Herstellung eines Objektivs mit großer relativer Öffnung schwierig, da dieses eine große Homogenität und Festigkeit der Gläser erfor dert. Weiterhin bestehen andere Probleme der schwie rigen Bearbeitung wie Polieren, das für beide Seiten der Linse erforderlich ist, und der erhöhten Kosten aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung und Bearbeitung der Linse.

Bei der Teleskopoptik nach Fig. 32 werden diese Pro bleme gelöst, indem die reflektierenden Spiegel wie der Primärspiegel 3 und der Sekundärspiegel 4 verwen det werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pan oramaspiegelobjektiv der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das die Hauptstrahlen der Öffnungs strahlenbündel in vorgebbarer Weise zum Betrachtungs punkt umgelenkt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des An spruches 1 bzw. des Anspruches 2 aufgeführten Merkma le gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteil hafte Ausführungsformen des Panoramaspiegelobjektivs nach der Erfindung gerichtet.

Der Primärspiegel und der Sekundärspiegel können aus einem Material wie Metall bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fi guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert. Dabei wird eine schematische Ansicht des er findungsgemäßen Panoramaspiegelobjektivs als struktu relle Ansicht, das Öffnungsstrahlbündel bzw. dessen Hauptstrahl auch als "Licht", der Objektfeldwinkel (das Sichtfeld) auch als Sichtwinkel, das Objektfeld auch als Sichtfeld, das erfindungsgemäße Panorama spiegelobjektiv als Apparat bzw. Sichtwinkel-Umwand lungsapparat vom Reflexionstyp, ein Objektiv am Beob achtungspunkt auch als Linse zu BS 20 bezeichnet. Es zeigen:

Fig. 1 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Konstruktionsverfahrens für den Se kundärspiegel,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Konstruktionsverfahrens für den Pri märspiegel,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung der radialen Krümmung und der tangentialen Krümmung (im folgenden auch als "Umfangs krümmung" bezeichnet) einer Spiegeloberflä che,

Fig. 5 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung linearer Bilder,

Fig. 6 eine Ansicht eines Rotationskörpers,

Fig. 7 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung der Umwandlung eines Koordinatensystems,

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Bildabstandes,

Fig. 9 eine Ansicht einer Position eines von der radialen Krümmung der Spiegeloberfläche er zeugten linearen Bildes,

Fig. 10 eine Ansicht einer Position eines durch die tangentiale Krümmung der Spiegeloberfläche erzeugten linearen Bildes,

Fig. 11 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 12 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Konstruktionsverfahrens für ein Aus führungsbeispiel des optischen Sichtwinkel- Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 13 eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Konstruktionsverfahrens für ein Aus führungsbeispiel des optischen Sichtwinkel- Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 14 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 15 eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 16 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 17 eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 18 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines optischen Sichtwinkel- Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 19 eine Draufsicht auf ein vom Objektiv nach Fig. 18 entworfenes Bild,

Fig. 20 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 21 eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 22 eine Draufsicht auf ein durch das Objektiv nach Fig. 21 entworfenes Bild,

Fig. 23 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 24 eine Draufsicht auf ein durch das Objektiv nach Fig. 23 entworfenes Bild,

Fig. 25 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 26 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 27 eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 28 eine Draufsicht auf ein durch das Objektiv nach Fig. 27 entworfenes Bild,

Fig. 29 eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 30 eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels des op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der Erfindung,

Fig. 31 eine Schnittansicht einer bekannten Über weitwinkelobjektiv, und

Fig. 32 eine Schnittansicht von reflektierenden Spiegeln eines bekannten Cassegrain-Reflek tors.

In Fig. 1 sind ein Primärspiegel 8 mit einer reflek tierenden Oberfläche, die rotationssymmetrisch zu ei ner Achse 9 ist, ein Sekundärspiegel 10 mit einer re flektierenden Oberfläche, die wie beim Primärspiegel 8 rotationssymmetrisch zur Achse 9 ist, der in bezug auf den Primärspiegel 8 auf der Seite eines (nicht gezeigten) Gegenstandes angeordnet ist, dargestellt. Eine durchsichtige Abdeckung 11 stützt den Primär spiegel und den Sekundärspiegel 10 und dient als Stützteil für den Durchlaß von dem Gegenstand auf treffendem Licht 12. Das Licht 12 wird vom Pri märspiegel 8 reflektiert (primär reflektiertes Licht 13) und vom Sekundärspiegel 10 reflektiert (sekundär reflektiertes Licht 14). Eine Linse 15 ist auf dem Primärspiegel 8 um die Achse 9 der Rotationssymmetrie fixiert und an einer CCD-Kamera befestigt.

Es folgt nun eine Beschreibung der Arbeitsweise. Das von dem Gegenstand kommende auftreffende Licht 12 hat einen großen Winkel gegen die obengenannte Achse und wird vom Primärspiegel 8 als das primär reflektierte Licht 13 zum Sekundärspiegel 10 reflektiert. Weiter hin wird das primär reflektierte Licht 13 durch den Sekundärspiegel 10 als sekundär reflektiertes Licht 14 auf die Linse 15 fokussiert. Zu dieser Zeit ist es möglich, ein Bild zu erhalten, in dem ein durch den Sekundärspiegel 10 fokussiertes Bild durch die CCD- Kamera 16 über die Linse 15 abgebildet wird.

Die Form des Primärspiegels 8 und des Sekundärspie gels 10 kann in der nachfolgend beschriebenen Weise konstruiert werden. Da der Primärspiegel 8 und der Sekundärspiegel 10 rotationssymmetrisch sind, kann die Gestalt durch Bestimmung jeder radialen Quer schnittsform bestimmt werden. Fig. 2 ist eine erläu ternde Darstellung zur Erklärung eines Konstruktions verfahrens für den Sekundärspiegel 10. In der Zeich nung bedeutet das Bezugszeichen 17 einen Betrach tungspunkt und der Ursprung der Koordinaten des Be trachtungspunktes 17 ist als Null definiert. Die Querachse definiert eine x-Achse und die Ordinate ei ne y-Achse. Der Betrachtungspunkt 17 ist die Position der Linse 15. Zusätzlich bedeuten S₁ einen Punkt auf der inneren Peripherie des Sekundärspiegels 10, S₂ einen Punkt auf der äußeren Peripherie des Sekundär spiegels 10 und M₁, auf der inneren Peripherie des Primärspiegels 8. Fig. 3 zeigt eine erläuternde An sicht zum Erklären eines Konstruktionsverfahrens für den Primärspiegel 8. In der Zeichnung sind P₁ ein Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Primär spiegels 8, P₂ ein Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Sekundärspiegels 10, θ der Einfalls winkel des auftreffenden Lichts 12 in den Apparat und ϕ der Einfallswinkel des sekundär reflektierten Lichts 14 in die Linse 15.

Hier wird der Primärspiegel 8 durch Beachtung der folgenden Bedingungen konstruiert:
Bedingung 1: "Die Querschnittsform der reflektieren den Oberfläche des Sekundärspiegels 10'';
Bedingung 2: "Die Position des Punktes M, auf der in neren Peripherie des Primärspiegels 8''; und
Bedingung 3: "Die Beziehung zwischen dem Einfallwin kel θ des auftreffenden Lichts 12 und dem Einfallwin kel ϕ des sekundär reflektierten Lichts 14 in die Linse".

Die Bedingung 1, das heißt, die Querschnittsform der reflektierenden Oberfläche des Sekundärspiegels 10 wird nicht willkürlich eingestellt, sondern wird in Abhängigkeit von der Bedingung 2 und der Richtung des auf den Punkt S₂ auf der äußeren Peripherie des Se kundärspiegels 10 auftreffenden primär reflektierten Lichts 13 eingestellt. Das primär reflektierte Licht 13 ist Licht, welches von Punkten auf der äußeren Pe ripherie des Primärspiegels 8 reflektiert wird. In Fig. 2 hat die reflektierende Oberfläche des Sekun därspiegels 10 eine solche Neigung am Punkt S₁, daß das vom Punkt M₁ kommende primär reflektierte Licht 13 Betrachtungspunkt 17 reflektiert wird, und sie hat eine derartige Neigung am Punkt S₂, daß das primär reflektierte Licht 13 mit der eingestellten Neigung ebenfalls zum Betrachtungspunkt 17 reflektiert wird. Für die reflektierende Oberfläche des Sekundärspie gels 10 werden die Gestalt, die Position und die Grö ße so eingestellt, daß sie den vorgenannten Bedingun gen genügen. Hier wird angenommen, daß die vorgenann ten Bedingungen durch die Querschnittsform der Refle xionsfläche (reflektierenden Oberfläche) des Sekun därspiegels 10 erfüllt werden können, die durch y = f₂(x) definiert sei.

Der Primärspiegel 8 wird entsprechend den vorgenann ten Bedingungen konstruiert. Die Querschnittsform des Primärspiegels sei durch y = f₁(x) ausgedrückt. Zu erst erfolgt eine Beschreibung der Reflexion am Punkt P₁ (M_x, M_y) der reflektierenden Oberfläche des Primär spiegels 8 (s. Fig. 3). Es wird angenommen, daß der Vektor A den Vektor des auftreffenden Lichts 12 mit der Einheitslänge anzeigt, der Vektor B der Vektor des primär reflektierten Lichts 13 und der Vektor N₁ der Normalenvektor ist. Dann können diese Komponenten wie folgt ausgedrückt werden:

A = (-sinθ, -cosθ)

B = (S_x - M_x, S_y - M_y) (1)

N₁ = (-f₁'(M_x), 1)

worin f₁'(M_x) die Ableitung erster Ordnung von f₁ (x) bei x = M_x bezeichnet.

Durch das Reflexionsgesetz ergibt sich die folgende Beziehung zwischen diesen Vektoren:

Das heißt, es ist

Als nächstes wird eine Beschreibung der Reflexion am Punkt P₂ (S_x, S_y) auf der reflektierenden Oberfläche des Sekundärspiegels 10 gegeben. Es wird angenommen, daß der Vektor C der Vektor des sekundär reflek tierten Lichts 14, und der Vektor N₂ der Normalenvek tor ist. Somit können diese Vektoren wie folgt ausge drückt werden:

C = (-S_x, -S_y)

N₂ = (f₂'(S_x), -1) (4)

worin f₂'(S_x) die Ableitung erster Ordnung von f₂ (x) bei x = S_x bezeichnet. Durch das Reflexionsgesetz er gibt sich die folgende Beziehung zwischen diesen Vek toren.

Das heißt, es ist

Da weiterhin P₂ auf der reflektierenden Oberfläche des Sekundärspiegels 10 liegt, ergibt sich der fol gende Ausdruck:

S_y= f₂ (S_x) (7)

Mit D als Abstand zwischen 0 und P₂ gilt

S_x = Dsinϕ

S_y = Dcosϕ (8).

Wenn diese Ausdrücke in die Gleichungen (3), (6) und (7) eingesetzt werden, werden die folgenden Gleichun gen erhalten:

Die Beziehung zwischen ϕ und θ ist wie folgt defi niert:

θ = g(ϕ) (12).

Durch Verwendung der Gleichungen (10) und (11) wird ϕ als eine Funktion der Koordinaten von P₁ auf der Spiegelfläche (reflektierenden Oberfläche) des Pri märspiegels 8 ausgedrückt und θ entsprechend ϕ wird nachfolgend erhalten durch Verwendung der Gleichung (12). Somit ist es möglich die Koordinaten der re flektierenden Oberfläche zu bestimmen, das heißt, die Gestalt der reflektierenden Oberfläche des Primär spiegels 8 durch Einsetzen der Werte in die Gleichung (9) und Durchführen der numerischen Integration vom Punkt M₁ aus.

Wenn die Gleichung (12) für eine Konstruktion als ei ne Funktion bestimmt ist, in der θ mit dem Bereich von 0° bis 90° ϕ mit dem Bereich von ϕ_min bis ϕ_max ent spricht, kann ein Sichtwinkel von 180° (Fischauge) vorgesehen werden. Wenn sie als eine andere Funktion bestimmt ist, in der θ mit dem Bereich von 0° bis 120° ϕ mit dem Bereich von ϕ_min bis ϕ_max entspricht, ist es in gleicher Weise möglich, so zu konstruieren, daß ein größerer Sichtwinkel vorgesehen wird.

Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Berech nungsverfahrens für die Aberration beim optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparat vom Reflexionstyp, das heißt, eines Verfahrens zum Berechnen linearer Bil der, die durch die Schnittkrümmung in radialer Rich tung und in Umfangsrichtung der Spiegeloberfläche er zeugt werden. Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht zum Erklären der radialen Krümmung der Spiegeloberfläche und der tangentialen Krümmung (Umfangskrümmung) der Spiegeloberfläche. In der Zeichnung bedeuten die Be zugszeichen 18 die Normale der Spiegeloberfläche an einem lichtreflektierenden Punkt, 19 die Ebene, die die Achse 9 der Rotationssymmetrie und das auftref fende Licht 12 enthält, 20 die Ebene, die die Normale 18 enthält und sich senkrecht zur Ebene 19 erstreckt, 21 die Kurve, in der die Ebene 19 die Spiegeloberflä che schneidet, und 22 die Kurve, in der die Ebene 20 die Spiegeloberfläche schneidet. Hier ist die Krüm mung der Kurve 21 die radiale Krümmung der Spie geloberfläche und die Krümmung der Kurve 22 ist die Umfangskrümmung der Spiegeloberfläche. Fig. 5 ist ei ne erläuternde Darstellung zum Erklären linearer Bil der, die in "Telescopic Optics for Amateur of Astro nomy/Reflection" Shotaro Yoshida, Seibundo Shin kosha, S. 104 (1988) gezeigt sind. In der Zeichnung bedeutet das Bezugszeichen 23 das Bild mit einer li nearen Form, das heißt, das lineare Bild. Im Falle des Apparates sind die radiale Krümmung und die Krüm mung in Umfangsrichtung der Spiegeloberfläche vonein ander verschieden, und der Bildabstand (der Abstand zwischen der Spiegeloberfläche und dem Bild) in der Ebene 19 ist unterschiedlich gegenüber dem Bildab stand in der Ebene 20. Hierdurch werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, zwei lineare Bilder 23 erzeugt. Es ist möglich, den Astigmatismus und die Krümmung einer Bildoberfläche auszuwerten, indem die Positionen der zwei linearen Bilder berechnet werden. Es folgt nun eine Beschreibung eines Berechnungsverfahrens für die Krümmung einer rotationssymmetrischen Oberfläche. Es wird angenommen, daß die in Fig. 6 gezeigte Oberflä che wie folgt ausgedrückt werden kann:

Z = f(√X² + Y²) (13)

An dem Punkt P = (x_p, 0, z_p) auf der Oberfläche wird die Krümmung gefunden. Zu diesem Zweck wird der fol gende Umstand ausgenutzt. Das heißt, wenn ein Koor dinatensystem (x, y, z) gedreht wird, so daß eine Tangentialebene am Punkt P sich parallel zur (x₁, x₂)- Ebene im neuen Koordinatensystem (x₁, x₂, x₃) er streckt, ist die radiale Krümmung gleich der Ablei tung zweiter Ordnung von x₁ mit Bezug auf x₃ am Punkt P, und die tangentiale Krümmung (Umfangskrümmung) ist gleich der Ableitung zweiter Ordnung von x₂ mit Bezug x₃. Ein Krümmungsradius ist der Reziprokwert der Krümmung. Wenn die Neigung der Tangentialebene am Punkt P als ψ definiert ist, kann die folgende Be ziehung erhalten werden:

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, können die x-Achse, die y- Achse und die Z-Achse um die y-Achse um y gedreht werden, um die (x, y)-Ebene in die (x₁, x₂)-Ebene zu transformieren, die sich parallel zu der Tangentiale bene im Punkt P erstreckt. Das heißt, es ist

Wenn dieser Ausdruck in die Gleichung (13) eingesetzt wird und die Differentiation zweiter Ordnung von X₃ durch x₁ durchgeführt wird, folgt

Am Punkt P sind x = x_p und y = 0, und die Gleichung (17) führt zu folgender Gleichung:

Daher ist

Wenn die Gleichungen (14) und (16) in die Gleichung (20) eingesetzt werden, wird die folgende Gleichung erhalten:

Dies ist die radiale Krümmung. Da der Reziprokwert hiervon gleich dem Radius r_r der Krümmung in radialer Richtung ist, folgt

In gleicher Weise wird, wenn die Gleichung (17) in die Gleichung (13) eingesetzt wird, und die Differen tiation zweiter Ordnung von X₃ durch x₁ durchgeführt wird,

Durch die Gleichung (17) folgen

Demgemäß wird durch Verwendung der Gleichung (14) wie im obigen Fall

Dies ist die Umfangskrümmung. Da der Reziprokwert hiervon gleich dem Radius r_c der Krümmung in Umfangs richtung ist, ergibt sich

Als nächstes wird eine Beschreibung eines Berech nungsverfahrens für den Bildabstand gegeben. Fig. 8(A) und 8(B) sind erläuternde Darstellungen zum Er klären des Bildabstandes. Fig. 8(A) zeigt einen Fall, bei dem die Spiegeloberfläche konkav ist, und Fig. 8(B) zeigt einen Fall, bei dem die Spiegeloberfläche konvex ist. In den Zeichnungen bedeutet T die Posi tion eines zu beobachtenden Gegenstands, Q ist der Reflexionspunkt, F ist die Position eines erzeugten Bildes, q ist der Bildabstand vom Reflexionspunkt Q zur Position F des Bildes und 1 ist der Abstand vom Gegenstand T zum Reflexionspunkt Q.

Hier wird die gekrümmte Oberfläche (gezeigt als eine Kurve) des Spiegels wie folgt definiert:

Q_Y = f(Q_x) (28)

und die Ableitung erster Ordnung sowie die Ableitung zweiter Ordnung von Q, werden wie folgt ausgedrückt:

α = f'(Qx) (29)

β = f"(Q_x) (30)

In diesem Fall können der Tangentenvektor, der Nor malvektor, die Krümmung und der Krümmungsradius je weils wie folgt ausgedrückt werden:

Wenn die Neigung des reflektierten Lichts als k defi niert wird, kann die Gleichung für den reflektierten Lichtstrahl wie folgt geschrieben werden:

y - Q_y = k(x - Q_x) (35).

Da das erzeugte Bild F = (F_x, F_y) auf der geraden Li nie existiert, gilt die folgende Gleichung:

F_y + Q_y = k(F_x - Q_x) (36).

Weiterhin wird die Position des erzeugten Bildes F nicht verändert, selbst wenn das auftreffende Licht um einen geringen Betrag bewegt wird. Somit ist, wenn die Gleichung (36) nach Q_x differenziert wird.

Das heißt, es ist

Wenn dieser Ausdruck in die Gleichung (33) eingesetzt wird, ist

Wenn der Reflexionspunkt als Q = (Q_x, Q_y) definiert wird, wird demgemäß der Bildabstand q durch die fol gende Gleichung erhalten:

Unterdessen kann der Vektor in der Richtung des re flektierten Lichts erhalten werden, indem einfach der Vektor (-α, 1) in Richtung der Normalen um γ gedreht wird. Das heißt, es ist

Dies führt wie folgt zu der Neigung k:

Weiterhin sind

Um k in der Gleichung (42) nach Q_x zu differenzieren, ist es erforderlich, α und γ als eine Funktion von Q_x zu betrachten. Mit Bezug auf a führt die Definition zu der folgenden Gleichung:

Nachfolgend wird der Vektor vom Reflexionspunkt Q zum Gegenstand T als ein Vektor L definiert, um eine Gleichung in bezug auf γ zu erhalten.

L = (L_x, L_y) = T - Q (46).

Dann werden Projektionen in Tangentenrichtung des Vektors L jeweils wie folgt ausgedrückt:

Wenn die Gleichungen (47) und (48) in die Gleichung (42) eingesetzt werden, wird die folgende Gleichung erhalten:

Die Differentiation von L_x und L_y nach Q_x wird gemäß der Definition der Gleichung (46) wie folgt geschrie ben werden:

Wenn die Gleichungen (50) und (51) verwendet werden, um die Gleichung (49) nach Q_x zu differenzieren, er hält man

Wenn die Gleichungen (43), (44) und (52) in die Glei chung (40) eingesetzt werden, wird weiterhin die fol gende Gleichung erhalten:

Dies ist der Bildabstand q vom Reflexionspunkt Q des Strahls zur Bildposition F. Im Fall des konvexen Spiegels, für q < 0, wird das Bild auf der Rückseite des Spiegels erzeugt, und im Fall des konkaven Spie gels für q < 0, wird das Bild vor dem Spiegel er zeugt. Es ist festzustellen, daß im Fall des konvexen Spiegels r, k < 0 sind im Fall des konkaven Spiegels r, k < 0 sind und im Fall eines ebenen Spiegels r, k = 0 sind.

Schließlich folgt eine Beschreibung eines Berech nungsverfahrens für Positionen der linearen Bilder 23, die jeweils durch die radiale Krümmung und die Umfangskrümmung der Spiegeloberfläche erzeugt werden, indem das Berechnungsverfahren für die Krümmung der Rotationskörperoberfläche und das Berechnungsverfah ren für den Bildabstand verwendet werden. Fig. 9 stellt die Position des linearen Bildes 23 dar, das durch die radiale Krümmung der Spiegeloberfläche er halten wird. In der Figur bedeuten das Bezugszeichen 23a ein lineares Bild, das durch die Krümmung des Primärspiegels 8 erhalten wird, das Bezugszeichen 23b ein lineares Bild, das durch die Krümmung des Sekun därspiegels 10 erhalten wird, Q_m den Reflexionspunkt auf dem Primärspiegel, Q_s den zugehörigen Reflexions punkt auf dem Sekundärspiegel, q_m den Bildabstand des linearen Bildes 23a zum Reflexionspunkt Q_m, q_rs den Abstand des linearen Bildes 23b zum Reflexionspunkt Q_s, γ_m den Einfallswinkel des auf den Primärspiegel 8 auftreffenden Lichts 12 in der radialen Richtung, γ_s den Einfallswinkel des primär reflektierten Lichts 13 auf den Sekundärspiegel 10 in radialer Richtung, E den Abstand des Reflexionspunktes Q_m zu der Position T des zu beobachtenden Gegenstandes und H den Abstand des Reflexionspunktes Q_s zum Reflexionspunkt Q_m. Zu erst wird die Position des durch die radiale Krümmung der Spiegeloberfläche erzeugten linearen Bildes 23 gefunden. Die Gleichung (22) kann zu einem Krümmungs radius r_rm in radialer Richtung der Spiegeloberfläche des Primärspiegels 8 wie folgt führen:

Demgemäß kann der Bildabstand q_rm durch die Gleichung (53) gefunden werden:

Als nächstes kann das auf den Sekundärspiegel 10 auf treffende Licht als Licht betrachtet werden, das von einer Lichtquelle im Abstand (H + q_rm) emittiert wird. Daher kann der Krümmungsradius r_rs in radialer Richtung des Sekundärspiegels 10 mittels der Glei chung (22) wie folgt geschrieben werden:

Somit kann der Bildabstand q_rs wie folgt aus der Gleichung (53) abgeleitet werden:

In gleicher Weise ist es möglich, die Position des linearen Bildes 23, das durch die Umfangskrümmung der Spiegeloberfläche erzeugt wird, zu finden. Fig. 10 ist eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Berechnungsverfahrens für die Position des linearen Bildes 23, das durch die Umfangskrümmung der Spiege loberfläche erzeugt wird. In der Figur bedeuten das Bezugszeichen 23c das lineare Bild, das von der Krüm mung des Primärspiegels 8 erzeugt wird, 23d das li neare Bild, das von der Krümmung des Sekundärspiegels 10 erzeugt wird, q_cm den Bildabstand vom Re flexionspunkt Q_m zum linearen Bild 23c und q_cs den Abstand vom Reflexionspunkt Q_s zum linearen Bild 23d. Der Lichtstrahl kann nicht in einer Beobachtungsrich tung reflektiert werden, sofern der Lichtstrahl nicht in einer Richtung senkrecht zur Umfangsrichtung ein tritt. Daher ist der Einfallwinkel des Lichtstrahls auf den Primärspiegel/Sekundärspiegel gleich null. Ein Krümmungsradius r_cm in Umfangsrichtung der Spie geloberfläche des Primärspiegels 8 kann wie folgt aus der Gleichung (27) abgeleitet werden:

Demgemäß kann der Bildabstand q_cm wie folgt aus der Gleichung (53) abgeleitet werden:

Als nächstes kann das auf den Sekundärspiegel 10 auf treffende Licht als Licht betrachtet werden, das von einer Lichtquelle im Abstand (H + q_cm) emittiert wird. Daher kann ein Krümmungsradius r_sc in Umfangs richtung des Sekundärspiegels 10 aus der Gleichung (27) wie folgt abgeleitet werden:

Daher kann der Bildabstand q_cs aus der Gleichung (53) wie folgt abgeleitet werden:

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 11 zeigt eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin bedeutet das Bezugszeichen 24 das Sichtfeld der Linse 15. Es ist möglich, die Rückseite eines Sekundärspiegels 10 in das Sichtfeld zu legen, indem die Gleichung (12) für die Konstruktion als eine Funktion definiert wird, in welcher θ im Bereich von -10° bis 90° ϕ im Bereich von ϕ_min bis ϕ_max im Ausführungsbeispiel 1 entspricht.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 12 zeigt eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Es ist möglich, eine Panoramasicht zu erhalten, indem die Gleichung (12) für die Konstruktion als eine Funktion definiert wird, in welcher θ im Bereich von 70° bis 110° ϕ im Bereich von ϕ_min bis ϕ_maxim ersten Ausführungsbeispiel entspricht.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 13 ist eine erläuternde Darstellung zum Erklären eines Konstruktionsverfahrens für ein Ausführungsbei spiel des optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Erfindung. In dem Ausführungsbeispiel wird die Projektionsart in äquidistante Projektion geändert, indem die Gleichung (12) beim Ausführungsbeispiel 1 folgendermaßen defi niert wird:

Wie vorstehend dargestellt ist, ist es möglich, ein äquidistantes Projektionsbild zu erhalten, das einen gleichen Abstand in bezug auf einen Winkel θ des auf treffenden Lichts 12 aufweist. Daher kann eine genaue und wirksame Beobachtung beispielsweise der Position eines Sterns bei einer astronomischen Beobachtung er folgen.

Ausführungsbeispiel 5

Alternativ kann die Projektionsart in eine äquidi stante Raumwinkelposition geändert werden, indem die Gleichung (12) beim Ausführungsbeispiel 1 folgender maßen definiert wird:

Wie vorstehend ausgeführt ist, ist es möglich, ein äquidistantes Raumwinkel-Projektionsbild zu erhalten, das in einem Bereich projiziert wird, der proportio nal einem Raumwinkel des auftreffenden Lichts 12 ist. Daher kann eine genaue Beobachtung erfolgen, bei spielsweise der Helligkeit von Sternen bei einer astronomischen Beobachtung. Weiterhin ist es möglich, eine Wolkenmenge oder dergleichen in einem Bereichs verhältnis zu beobachten.

Ausführungsbeispiel 6

Alternativ kann die Projektionsart in eine orthogo nale Projektion geändert werden, indem die Gleichung (12) im Ausführungsbeispiel 1 folgendermaßen defi niert wird:

Ausführungsbeispiel 7

Alternativ kann die Projektionsart in eine stereogra phische Projektion geändert werden, indem die Glei chung (12) beim Ausführungsbeispiel 1 als folgende Gleichung definiert wird:

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 14 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 8a den Primärspiegel. Der Primärspiegel 8a hat eine rotationssymmetrische Form und weist Teilspiegel 8aa, 8ab auf, die konzentrisch so angeordnet sind, daß jeder einen unterschiedlichen Sichtwinkel hat. Der Primärspiegel 8a ist durch ein Stütz/Bewegungsteil (nicht gezeigt) in Richtung der Achse 9 der Rotationssymmetrie gleitbar gelagert, um auftreffendes Licht durchzulassen. Der Primärspiegel 8a kann in einer dargestellten Position A oder B fi xiert werden. Das Bezugszeichen 24a bedeutet das Sichtfeld, das durch Reflexion des Teilspiegels 8aa erhalten wird, wenn der Primärspiegel 8a sich in der Position A befindet, und das Bezugszeichen 24b das Sichtfeld, das durch Reflexion des Teilspiegels 8ab erhalten wird, wenn sich der Primärspiegel 8a in der Position B befindet. Somit kann eine CCD-Kamera 16 ein Bild abbilden, das durch die Reflexion des Teil spiegels 8aa erzeugt wird, wenn sich der Primärspie gel 8a in der Position A befindet, und sie kann ein Bild abbilden, das durch die Reflexion des Teilspie gels 8ab erzeugt wird, wenn sich der Primärspiegel 8a in der Position B befindet, wodurch sich ergibt, daß das Bild unter zwei Arten von Sichtwinkeln erhalten wird. Alternativ kann der Primärspiegel 8a drei oder mehr Teilspiegel aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, Sichtwinkel vorzusehen, deren Arten der An zahl der Teilspiegel entsprechen.

Ausführungsbeispiel 9

Die Fig. 15(A), (B) und (C) enthalten strukturelle Ansichten, teilweise im Schnitt, eines Ausführungs beispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsap parates vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Er findung. Hierin bedeuten Bezugszeichen 10a und 10b jeweils Sekundärspiegel mit reflektierenden Oberflä chen in rotationssymmetrischer Form. Die Sekundär spiegel 10a und 10b werden durch das Stütz/Drehteil 11a um eine (nicht gezeigte) Drehachse, die sich senkrecht zu der Achse 9 der Rotationssymmetrie des Primärspiegels 8 erstreckt, drehbar gelagert, um von einem Gegenstand auftreffendes Licht hindurchzulas sen. Es ist möglich, einen beliebigen der Sekundär spiegel 10a und 10b selektiv mit dem Primärspiegel 8 zu kombinieren, indem das Stütz/Drehteil 11a so ge dreht wird, daß die Achse der Rotationssymmetrie des Sekundärspiegels 10a oder 10b und die Achse der Rota tionssymmetrie 9 des Primärspiegels 8 übereinstimmen. Weiterhin haben die reflektierenden Oberflächen der Sekundärspiegel 10a und 10b jeweils eine unterschied liche Form. Zusätzlich ist eine Teleobjektiv 15a an einer CCD-Kamera 16 befestigt. Dieser Apparat kann ein weites Sichtfeld 24 beobachten, indem der Sekun därspiegel 10a gemäß dem Zustand nach Fig. 15(A) ver wendet wird, und er kann ein nur durch das Teleobjek tiv 15a vergrößertes Bild beobachten, indem das Stütz/Drehteil 11a unabhängig vom Primärspiegel 8 und vom Sekundärspiegel 10 in den Zustand gemäß Fig. 15(B) gedreht wird. Weiterhin ist es möglich, in ei nem Sichtfeld 24, das gegenüber dem Sichtfeld bei Verwendung des Sekundärspiegels 10a unterschiedlich ist) zu beobachten, indem durch Drehen des Stütz/ Drehteils 11a der Sekundärspiegel 10b verwendet wird. Das heißt, das Stütz/Drehteil 11a kann so betätigt werden, daß drei Sichtwinkel ausgewählt werden. Al ternativ können vier oder mehr Sichtwinkel vorgesehen sein, indem drei oder mehr Sekundärspiegel verwendet werden. Weiterhin ist festzustellen, daß dieselbe Wirkung erhalten werden kann, indem mehrere Primär spiegel am Stütz/Drehteil befestigt werden anstatt die mehreren Sekundärspiegel vorzusehen.

Ausführungsbeispiel 10

Die Fig. 16(A) und (B) enthalten strukturelle An sichten, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbei spiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsappara tes vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Erfin dung. Hierin bedeuten Bezugszeichen 8b und 8c jeweils Primärspiegel mit reflektierenden Oberflächen in ro tationssymmetrischer Form. Die Primärspiegel 8b und 8c sind durch ein Stütz/Bewegungsteil 11b senkrecht zur Achse 9 der Rotationssymmetrie gleitend gelagert.

Es ist möglich, einen beliebigen der Primärspiegel 8b oder 8c selektiv in einer Position gegenüberliegend einem Sekundärspiegel 10 anzuordnen, so daß die Achse der Rotationssymmetrie des Primärspiegels 8b oder 8c und die Achse 9 der Rotationssymmetrie des Sekundär spiegels übereinstimmen. Weiterhin haben die reflek tierenden Oberflächen der Primärspiegel 8b und 8c je weils eine unterschiedliche Form. Dieser Apparat kann in einem weiten Sichtfeld 24 beobachten, indem der Primärspiegel 8b in dem Zustand nach Fig. 16(A) ver wendet wird, und er kann in einem Sichtfeld (das ge genüber dem Sichtfeld bei Verwendung des Primär spiegels 8b unterschiedlich ist) beobachten, indem der Primärspiegel 8c in dem Zustand nach Fig. 16(B) verwendet wird, wobei die Primärspiegel durch eine Gleitbewegung des Stütz/Bewegungsteils 11b ausgewech selt werden. Das heißt, es ist möglich, zwei Arten von Sichtwinkeln auszuwählen. Alternativ können drei oder mehr Sichtwinkel vorgesehen werden, indem drei oder mehr Primärspiegel verwendet werden. Weiterhin ist festzustellen, daß dieselbe Wirkung erhalten wer den kann, indem mehrere Sekundärspiegel am Stütz/Be wegungsteil befestigt werden anstatt die mehreren Primärspiegel vorzusehen.

Ausführungsbeispiel 11

Fig. 17 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be zeichnet das Bezugszeichen 8d den Primärspiegel. Der Primärspiegel 8d ist durch ein Stütz/Bewegungsteil (nicht gezeigt) in Richtung der Achse 9 der Rota tionssymmetrie gleitend gelagert. Weiterhin ist die reflektierende Oberfläche des Primärspiegels 8d so ausgebildet, daß eine Beziehung zwischen dem auftref fenden Licht 12 und dem sekundär reflektierten Licht 14 entsprechend dem Abstand zwischen dem gleitbaren Primärspiegel 8d und dem Sekundärspiegel 10 verändert werden kann. Da der Primärspiegel 8d in einer ge wünschten Position zwischen den Positionen A und B fixiert werden kann, kann somit das Sichtfeld 24 ei ner CCD-Kamera 16 durch Bewegung des Primärspiegels 8d aufeinanderfolgend verändert werden.

Ausführungsbeispiel 12

Fig. 18 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be zeichnet das Bezugszeichen 10c den Sekundärspiegel, der einen Durchlaßbereich 25 zum Durchlassen des auf treffenden Lichts 12 aufweist. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 15a ein Teleobjektiv. Fig. 19 zeigt ein von dem Apparat nach diesem Ausführungsbeispiel erhaltenes Bild. Das Bezugszeichen 26 bedeutet das Bild, das vom sekundär reflektierten Licht 14, wel ches vom Sekundärspiegel 10c reflektiert wird, gebil det ist, und das Bezugszeichen 27 bedeutet das Bild, das vom direkt durch den Durchlaßbereich 25 des Se kundärspiegels 10c hindurchgehenden auftreffenden Licht 12 gebildet ist. Auf diese Weise ist es mög lich, gleichzeitig ein Weitwinkelbild und ein direk tes vergrößertes Bild durch Befestigung des Teleob jektivs 15a an der CCD-Kamera 16 zu beobachten.

Ausführungsbeispiel 13

Die Fig. 20(A) und (B) enthalten strukturelle An sichten, teilweise im schnitt, eines Beispiels eines optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 28 einen Planspiegel, der in einem oberen Bereich eines Sekundärspiegels 10c befe stigt ist. wie im Fall des Ausführungsbeispiels 12 ist der Sekundärspiegel 10c mit einem Durchlaßbereich 25 zum Durchlassen des auftreffenden Lichts 12 ver sehen, ein Teleobjektiv 15a ist an der CCD-Kamera 16 befestigt und die beiden Planspiegel 28 sind im obe ren Bereich des Durchlaßbereichs 25 des Sekundärspie gels 10c kombiniert. In diesem Fall ist es in dem in Fig. 20(A) gezeigten Zustand möglich, gleichzeitig ein Weitwinkelbild durch den Primärspiegel 8 und den Sekundärspiegel 10c und ein direktes Bild unabhängig von beiden Spiegeln zu beobachten, wie in Fig. 19 ge zeigt ist. Weiterhin ist es gemäß dem Zustand nach Fig. 20(B) möglich, die Richtung des mittleren Sicht feldes 24 frei zu ändern, indem die Positionen oder Winkel der Planspiegel 28 geeignet geändert werden. Das heißt, es ist möglich, gleichzeitig nur einen ge wünschten Bereich für die Beobachtung zu vergrößern, während das Weitwinkelbild beobachtet wird. Es ist festzustellen, daß die Anzahl oder die Anordnung der Planspiegel nicht eingeschränkt werden sollten.

Ausführungsbeispiel 14

Fig. 21 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierin be deuten die Bezugszeichen 8e und 8f Primärspiegel, die in Umfangsrichtung einer Achse der Rotationssymmetrie (nicht gezeigt) geteilt sind. Die reflektierenden Oberflächen der Primärspiegel 8e und 8f sind so ge bildet, daß sie jeweils unterschiedliche Beziehungen zwischen dem Winkel des auftreffenden Lichts 12 und dem Winkel des sekundär reflektierten Lichts 14 lie fern. Weiterhin zeigt Fig. 22 ein Bild, das mit dem Apparat nach diesem Ausführungsbeispiel erhalten wird. Hierin bedeuten das Bezugszeichen 29 das vom Primärspiegel 8e erhaltene Bild und 30 das vom Pri märspiegel 8f erhaltene Bild. Die Formen der reflek tierenden Oberflächen der Primärspiegel 8e und 8f er möglichen die Beobachtung eines Gegenstandes in einem Sichtfeld 24 um die Achse der Rotationssymmetrie un ter zwei Sichtwinkeln. Weiterhin können die Primär spiegel 8e und 8f durch ein Stütz/Dreh-Antriebsteil (nicht gezeigt) gedreht werden, um Bilder vor und nach dem Drehen der Primärspiegel 8e und 8f um die Achse der Rotationssymmetrie um 180° in einem Spei cherabschnitt oder dergleichen zu speichern. Danach können die gespeicherten Bilder zusammengesetzt wer den, um ein Bild über den ganzen Umfang um die Achse der Rotationssymmetrie für die jeweiligen Sichtwinkel zu erhalten. Obgleich der Primärspiegel 8 in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Stücke geteilt ist, ist es möglich, unter drei oder mehr Sichtwinkeln zu be obachten, indem der Primärspiegel 8 in drei oder mehr Stücke unterteilt wird. Alternativ kann anstelle der Teilung des Primärspiegels der Sekundärspiegel 10 in Umfangsrichtung in gleicher Weise geteilt werden, um dieselbe Wirkung zu erzielen.

Ausführungsbeispiel 15

Fig. 23 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 8g den Primärspiegel. Der Primärspiegel 8g ist in zwei unterschiedliche Teil spiegel 8ga, 8gb unterteilt, die konzentrisch ange ordnet sind. Die geteilten reflektierenden Oberflä chen sind so ausgebildet, daß sie unterschiedliche Beziehungen zwischen einem Winkel des auftreffenden Lichts 12 und einem Winkel des sekundär reflektierten Lichts liefern. Weiterhin zeigt Fig. 24 ein Bild, das von dem Apparat nach diesem Ausführungsbeispiel er halten wird. Hierin bedeuten die Bezugszeichen 31 ein vom Teilspiegel 8ga erhaltenes Bild und 32 ein vom Teilspiegel 8gb erhaltenes Bild. Die Formen der re flektierenden Oberflächen der Teilspiegel 8ga und 8gb ermöglichen die gleichzeitige Beobachtung eines Ge genstandes in zwei Arten von Sichtfeldern 24 um die Achse 9 der Rotationssymmetrie. obgleich der Primär spiegel 8g in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Stücke unterteilt ist, ist es möglich, unter drei oder mehr Sichtwinkeln zu beobachten, indem der Pri märspiegel in drei oder mehr Stücke unterteilt wird. Weiterhin kann anstelle des Primärspiegels 8g der Se kundärspiegel 10 unterteilt werden, um dieselbe Wir kung zu erzielen.

Ausführungsbeispiel 16

Fig. 25 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 8h den Primärspiegel, der aus flexiblem Material besteht. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 33 ein Betätigungsglied (eine An triebseinheit), das an der Rückseite der reflektie renden Oberfläche des Primärspiegels 8h befestigt ist. Daher wird die reflektierende Oberfläche des Primärspiegels 8h durch das Betätigungsglied 33 ver formt, um die Beziehung zwischen dem auftreffenden Licht 12 und dem sekundär reflektierten Licht 14 zu ändern, wodurch unendlich viele Arten von Sichtwin keln eingestellt werden können. Es ist festzustellen, daß anstelle des Primärspiegels der Sekundärspiegel aus flexiblem Material bestehen kann, um vom Betäti gungsglied in eine gewünschte Form verformt zu wer den.

Ausführungsbeispiel 17

Fig. 26 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 11 eine durchsichtige Ab deckung, die als Stützteil dient. Die durchsichtige Abdeckung 11 ist so gebildet, daß sich eine Tangenti alebene an einem Durchlaßpunkt der transparenten Ab deckung 11 senkrecht zu jedem auftreffenden Licht 12 erstreckt, das in einem Betrachtungspunkt 17 gesam melt wird. Da demgemäß das auftreffende Licht 12 ohne Brechung durch die transparente Abdeckung 11 hin durchgeht, wird der Einfallwinkel des auftreffenden Lichts nicht verändert.

Ausführungsbeispiel 18

Fig. 27 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deutet das Bezugszeichen 8f den Primärspiegel, der eine konkave reflektierende Oberfläche aufweist. Dem gemäß werden in dem erhaltenen Bild ein Gegenstand in einer Frontrichtung des Apparates und ein Gegenstand in einer Seitenflächenrichtung hiervon jeweils auf entgegengesetzten Positionen projiziert. Das heißt, daß, wie in Fig. 28 gezeigt ist, der Gegenstand in einer Richtung mit einem Einfallwinkel θ von 80° in den mittleren Bereich des Bildes projiziert wird, und der Gegenstand in einer Richtung mit einem Einfall winkel θ von 10° in den Umfangsbereich des Bildes projiziert wird. Selbstverständlich kann ein konkaver Primärspiegel oder ein konkaver Sekundärspiegel wie in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 19

Die Fig. 29(A) und (B) sind strukturelle Ansichten, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispiels ei nes optischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Reflexionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin bedeuten die Bezugszeichen 8j und 8k Primärspiegel, die aus einem dünnen Material mit einer spiegelglei chen Oberfläche bestehen. Das Bezugszeichen 34 bedeu tet eine Primärspiegel-Absorptionsplatte, die mit den Primärspiegeln 8j und 8k am Außenumfang und am Innen umfang verbunden ist. Weiterhin bedeuten das Bezugs zeichen 35 eine als Antriebseinheit dienende Pumpe und das Bezugszeichen 36 eine Leitung zum Verbinden der Primärspiegel-Absorptionsplatte 34 mit der Pumpe 35. Im Zustand nach Fig. 29(A) wird Luft von der Pum pe 35 zur Primärspiegel-Absorptionsplatte 34 geführt, um den Primärspiegel 8j zu expandieren, wodurch sich eine konvexe reflektierende Oberfläche des Primär spiegels 8j ergibt. In einem erhaltenen Bild wird ein Gegenstand in einer Frontrichtung des Apparates auf einen Zwischenbereich des Bildes projiziert und ein Gegenstand in einer Seitenflächenrichtung wird in ei nen Umfangsbereich des Bildes projiziert. In dem Zu stand nach Fig. 29(B) hat, da der Primärspiegel 8k durch die Pumpe 35 auf die Primärspiegel-Absorptions platte 34 absorbiert ist, der Primärspiegel 8k eine konkave reflektierende Oberfläche. In einem erhalte nen Bild wird wie im Fall des Ausführungsbeispiels 18 der Gegenstand in der Frontrichtung des Apparates in den peripheren Bereich des Bildes projiziert und der Gegenstand in der Seitenflächenrichtung hiervon wird in einen mittleren Bereich des Bildes projiziert. Das heißt, es kann eine Umschaltung zwischen zwei Projek tionsarten durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiel 20

Der Primärspiegel und der Sekundärspiegel werden bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 19 von einem Stütz teil, einem Stütz/Drehteil, einem Stütz/Bewegungsteil oder eine Stütz/Dreh-Antriebsteil gestützt. Jedoch können im Ausführungsbeispiel 20 der Primärspiegel und der Sekundärspiegel entfernbar oder durch eine Gleitbewegung umschaltbar sein. In letzterem Falle ist es möglich, unendlich viele Arten von Sichtwin keln einzustellen.

Ausführungsbeispiel 21

Fig. 30 enthält eine strukturelle Ansicht, teilweise im schnitt, eines Ausführungsbeispiels eines opti schen Sichtwinkel-Umwandlungsapparates vom Refle xionstyp nach der vorliegenden Erfindung. Hierin be deuten die Bezugszeichen 15b eine Linse für sichtba res Licht, 15c eine Infrarotlinse, 16a eine CCD-Kame ra für sichtbares Licht und 16b eine CCD-Kamera für Infrarotlicht. Der Apparat kann für Infrarotstrahlung und andere elektromagnetische Wellen sowie für sicht bares Licht verwendet werden. Die CCD-Kamera 16a für sichtbares Licht und die CCD-Kamera 16b für Infrarot licht können umgeschaltet werden, indem ein drehbar gelagerter Planspiegel 28 gedreht wird, um den Weg des sekundär reflektierten Lichtes 14 zu ändern. Es ist festzustellen, daß alternativ die die CCD-Kamera 16a für sichtbares Licht und die CCD-Kamera 16b für Infrarotlicht verwendende Struktur und so weiter bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann.

Ausführungsbeispiel 22

Der Apparat nach der vorliegenden Erfindung kann in einem Projektor verwendet werden, indem eine Licht quelle oder dergleichen an die Stelle der CCD-Kamera 16 in den Ausführungsbeispielen gesetzt wird.

Da, wie vorstehend ausgeführt ist, der Primärspiegel und der Sekundärspiegel aus einem Material wie Metall bestehen können, ist es möglich, eine ausreichende Festigkeit zu erhalten und das Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Zusätzlich ist es möglich, einen op tischen Sichtwinkel-Umwandlungsapparat vom Refle xionstyp ohne chromatische Aberration und Absorption zu erhalten.

Claims

1. Panorama-Spiegelobjektiv mit einem Primärspiegel (8) mit einer in Richtung der einfallenden Strahlen konvexen Spiegelfläche in achsensymme trischer Form um eine Symmetrieachse (9), wel cher als ringförmiges Teil mit einer inneren und einer äußeren Peripherie ausgebildet ist, wobei die innere Peripherie eine Öffnung um die Symme trieachse (9) bildet, durch die hindurch die Strahlung reflektiert wird,
einem Sekundärspiegel (10) mit einer Spiegelflä che in achsensymmetrischer Form um die Symme trieachse (9), welcher so ausgebildet und ange ordnet ist, daß er die auf seine Spiegelfläche auftreffende Strahlung (14) auf einen auf der Symmetrieachse (9) liegenden Betrachtungspunkt (0) fokussiert,
einer optisch transparenten Abdeckung (11), die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie so wohl den Primärspiegel (8) als auch den Sekun därspiegel haltert,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei vorgegebener Form y = f₂(x) der Schnitt linie des Sekundärspiegels mit der Meridional ebene und vorgegebener Beziehung θ = g(Φ) zwi schen dem Winkel Φ, den der Hauptstrahl des je weiligen aus dem Spiegelobjektiv tretenden Öff nungsstrahlenbündel mit der Symmetrieachse ein schließt und dem Winkel θ, den der Hauptstrahl des in das Spiegelobjektiv eintretenden Öff nungsstrahlenbündels mit der Symmetrieachse ein schließt, die Form der Schnittlinie der Spie gelfläche des Primärspiegels mit der Meridiona lebene durch folgende Bedingungen vorgegeben ist:

a) Jedem Auftreffpunkt (P₁) eines einfallenden Hauptstrahls auf den Primärspiegel ent spricht genau ein Auftreffpunkt (P₂) des vom Primärspiegel (8) reflektierten Strahls auf dem Sekundärspiegel (10)
b) einem vorgegebenen Punkt M_I auf dem inneren Rand des Primärspiegels (8) entspricht der Punkt des Sekundärspiegels (10) auf dessen innerem Rand bzw. auf der Symmetrieachse des Spiegelobjektivs.

2. Panorama-Spiegelobjektiv mit einem Primärspiegel (8) mit einer in Richtung der einfallenden Strahlen konvexen Spiegelfläche in achsensymme trischer Form um eine Symmetrieachse (9), wel cher als ringförmiges Teil mit einer inneren und einer äußeren Peripherie ausgebildet ist, wobei die innere Peripherie eine Öffnung um die Symme trieachse (9) bildet, durch die hindurch die Strahlung reflektiert wird,
einem Sekundärspiegel (10) mit einer Spiegelflä che in achsensymmetrischer Form um die Symme trieachse (9), welcher so ausgebildet und ange ordnet ist, daß er die auf seine Spiegelfläche auftreffende Strahlung (14) auf einen auf der Symmetrieachse (9) liegenden Betrachtungspunkt (0) fokussiert,
einer optisch transparenten Abdeckung (11), die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie so wohl den Primärspiegel (8) als auch den Sekun därspiegel haltert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spiegelflächen des Primärspiegels (8) und des Sekundärspiegels (10) dieselbe Anzahl zur Symmetrieachse des Spiegelobjektivs konzen trischer Zonen aufweisen, jeweils die auf eine bestimmte Zone des Primärspiegels (8) treffenden Hauptstrahlenbündel auf eine bestimmte Zone des Sekundärspiegels (10) reflektiert werden und auf verschiedene Zonen des Primärspiegels (8) tref fende Hauptstrahlenbündel jeweils in verschiede ne Zonen des Sekundärspiegels (10) treffen, wo durch gleichzeitig mehrere, zueinander konzen trische Objektfelder beobachtbar sind,
bei vorgegebener Form der Schnittlinie des Se kundärspiegels (10) mit der Meridionalebene und für jede Zone des Sekundärspiegels und der ent sprechenden Zone des Primärspiegels vorgegebener Beziehung θ = g(Φ) zwischen dem Winkel Φ, den der Hauptstrahl des jeweiligen aus dem Spie gelobjektiv tretende und durch den Beobachtungs punkt verlaufende Hauptstrahl mit der Symmetrie achse des Spiegelobjektivs einschließt, und dem Winkel θ, den der zugehörige in das Spiegelob jektiv eintretende Hauptstrahl mit der Symme trieachse des Spiegelobjektivs einschließt, die Form des Primärspiegels mit der Meridionalebene durch folgende Bedingungen vorgegeben ist:

a) Jedem Auftreffpunkt (P₁) eines auf eine Zo ne des Primärspiegels fallenden Haupt strahls entspricht genau ein Auftreffpunkt (P₂) des vom Primärspiegel (8) reflektier ten Strahls auf der entsprechenden Zone des Sekundärspiegels (10),
b) einem vorgegebenen Auftreffpunkt M_I eines Hauptstrahls auf den inneren Rand einer Zo ne des Primärspiegels (8) entspricht genau ein Auftreffpunkt (P₂) des vom Primärspie gel (8) reflektierten Hauptstrahls auf dem inneren Rand der entsprechenden Zone des Sekundärspiegels (10) bzw., ggf. bei der innersten Zone des Sekundärspiegels: auf der Symmetrieachse (9).

3. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche des Primär spiegels und/oder die Spiegelfläche des Sekundär spiegels eine erste Form haben, und daß die Spie gelfläche des Primärspiegels und/oder die Spie gelfläche des Sekundärspiegels gegen eine Spie gelfläche mit einer zweiten Form, die gegenüber der ersten Form unterschiedlich ist, vertauschbar ist.

4. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspiegel (8) und/oder der Sekundärspiegel (10) durch ein Stützteil (11), ein drehbares Stützteil (11a), ein verschiebbares Stützteil (11b) oder ein dreh bares Stützantriebsteil gehaltert werden.

5. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspiegel (8) und/oder der Sekundärspiegel (10) in einer kon zentrischen Weise in mehrere Teilspiegel (8ga, 8gb) geteilt sind, wobei die mehreren Teilspiegel (8ga, 8gb) reflektierende Oberflächen aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie unterschiedliche Beziehungen zwischen dem Auftreffwinkel θ zwi schen der Rotations-Symmetrieachse (9) und dem auftreffenden Licht und dem Auftreffwinkel Φ zwi schen der Rotations-Symmetrieachse (9) und dem sekundären reflektierten Licht (14) ergeben.

6. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (11b) ver schiebbar ist.

7. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (11a) drehbar ist.

8. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch ein Objektiv (15), das an dem Pri märspiegel (8) befestigt und in dem Betrachtungs punkt positioniert ist, um das vom Sekundärspie gel reflektierte Licht (14) zu empfangen.

9. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 8, gekenn zeichnet durch eine an dem Objektiv (15) befe stigte Kamera (16).

10. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche des Sekun därspiegels relativ zu der darauf auftreffenden Strahlung konvex ist.

11. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (11) so ausge bildet und angeordnet ist, daß sie das auftref fende Licht über ein Objektfeld von mindestens 180 Grad durchläßt.

12. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (11) als eine halbkugelige Haube ausgebildet ist.

13. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche des Sekun därspiegels konisch ist.

14. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärspiegel (10) eine äußere Peripherie aufweist, deren Durchmesser mit dem Durchmesser der Öffnung der inneren Periphe rie des Primärspiegels vergleichbar ist.

15. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspiegel (8) eine Basisebene hat und die Spiegelfläche des Primär spiegels auf einer Seite der Basisebene und der Betrachtungspunkt auf der entgegengesetzten Seite der Basisebene des Primärspiegels liegen.

16. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (11) eine er sten Oberflächenbereich aufweist, durch den auf treffendes Licht zu der Spiegelfläche des Primär spiegels durchgelassen werden kann, und einen zweiten Oberflächenbereich, durch den auftreffen des Licht nicht zu der Spiegelfläche des Primär spiegels durchgelassen werden kann, wobei der er ste Oberflächenbereich wesentlich größer als der zweite Oberflächenbereich ist.

17. Panoramaspiegelobjektiv nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärspiegel (10) eine äußere Peripherie aufweist und der zweite Ober flächenbereich der Abdeckung (11) durch die äuße re Peripherie des Sekundärspiegels (10) bestimmt ist.