DE68913256T2

DE68913256T2 - Reflektierendes, kontinuierliches optisches Zoomsystem.

Info

Publication number: DE68913256T2
Application number: DE1989613256
Authority: DE
Inventors: Lacy G Cook
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2009-10-18
Also published as: EP0364951A2; EP0364951B1; EP0364951A3; JP2598528B2; JPH02198407A; DE68913256D1

Description

1. Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein reflektierendes Teleskopsystem und insbesondere auf ein reflektierendes, kontinuierliches optisches Zoom-System.

2. Diskussion des Standes der Technik

Die Leistungsfähigkeit von herkömmlichen Teleskopen mit hoher Qualität bei Verwendung auf der Erde zur Himmelsbetrachtung ist in erster Linie nicht durch die Konstruktion der Teleskope, sondern durch die Erdatmosphäre eingeschränkt. Atmosphärische Effekte schränken nicht nur die Auflösung eines Teleskops ein, sondern absorbieren auch groBe Teile des elektromagnetischen Spektralbereichs. Während in der Vergangenheit nicht viel gegen diese Beschränkung unternommen werden konnte, ist es heutzutage mit Hilfe von Erdsatelliten und anderen Raumgefährten möglich, ein Teleskop über der Atmosphäre anzuordnen und extraterrestrische Beobachtungen ohne Störung durch diese durchzuführen. Als Ergebnis stellte sich ein Bedarf nach einem Teleskop ein, das aus dieser neuen Umgebung vollen Nutzen ziehen kann. Es sollte auch verständlich sein, daß die vorliegende Erfindung für andere Anwendungen in der Luftfahrt oder auf dem Boden einsetzbar ist, welche die Betrachtung entfernter Objekte erfordern.
Ein solches Teleskop ist das im US-Patent Nr. 4,101,195 beschriebene, welches für Korsch erteilt wurde. Diese Druckschrift beschreibt ein anastigmatisches Drei-Spiegel-Teleskop. Dieses Teleskop weist eine Primär- und eine Sekundärkonfiguration ähnlich einem "Cassegrain-Entwurf" auf, welche dicht hinter dem Primärspiegel eine reale Abbildung erstellt. Die Abbildung wird dann durch einen Tertiärspiegel mit etwa 1:1-Vergrößerung weitergegeben oder neu auf einer flachen Betrachtungsebene abgebildet, wobei die Ebene parallel zu den Achsen des Priinär- und Sekundärspiegels oder von diesen versetzt ist.
Auch sind die Vorteile von optischen Zoom-Systemen dem Fachmann wohlbekannt. Praktisch alle der bekannten optischen Zoom-Systeme verwenden jedoch insgesamt oder teilweise optische Brechungselemente bzw. optisch brechende Elemente. Optische Brechungselemente weisen im allgemeinen ein oder mehrere der folgenden Nachteile auf. Brechungssysteme weisen im allgemeinen spektrale Beschränkungen und chromatische Aberrationen auf. Brechungssysteme sind in ihrer Größe beschränkt und weisen eine mangelhafte Strahlungswiderstandsfähigkeit auf. Ferner sind die Brechungssysteme empfindlich gegen Temperaturveränderungen und außergewöhnlich schwergewichtig.

Kurzfassung der Erfindung

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist ein System vorgesehen, das die Vielseitigkeit und die Vorteile von optischen Zoom-Systemen beibehält, während es die Nachteile von optischen Brechungssystemen beseitigt. Die vorliegende Erfindung stellt ein kontinuierliches ref lektierendes Zoom-System zur Verfügung, das aus einem Drei-Spiegel-Anastigmat besteht, wobei einer der Spiegel bewegt wird, um eine Veränderung der Brennweite oder des Bildfeldes oder von beiden herbeizuführen. Die schnellere Geschwindigkeit, die gröbere Auflösung und das breitere Extrembildfeld bzw. das größere maximale Bildfeld des Zoombereichs ermöglichen Such- und Erfassungsfunktionen während des Betriebs des Systems. Die geringere Geschwindigkeit, die feinere Auflösung und das kleinere Bildfeld ermöglichen eine Nachführung und eine detaillierte Abbildung während des Betriebs des Systems.
Ein reflektierendes kontinuierliches optisches Zoom-System gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht der GB-A-2197 490.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vielfältigen Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann nach dem Studium der folgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ansicht in Längsabstastrichtung einer Vorrichtung gemäß der Lehre der vorliegende Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Ansicht von Fig. 1 in in Querabtastrichtung;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Ansicht in Längsabtastrichtung einer weiteren Vorrichtung gemäß der Lehre der vorliegende Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Ansicht von Fig. 3 in Querabtastrichtung; und
Fig. 5 eine vertikale Querschnittsansicht eines optomechanischen Schemas, welches Ausführungen eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Ansicht in Längsabtastrichtung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer Ansicht von Fig. 6 in Querabtastrichtung des Systems;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm der seitlichen oder querliegenden Anordnung der Brennpunktebene des Systems von Fig. 6 und 7.
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der seitlichen oder querliegendene Anordnung des Systems von Fig. 6 und 7.
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines schematischen Diagramms einer Ansicht in Längsabtastrichtung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ein schematisches Diagramm einer Ansicht von Fig. 10 in Querabtastrichtung des Systems.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist ein anastigmatisches optisches System mit einem Primärspiegel 10, einem Sekundärspiegel 12 und einem Tertiärspiegel 14 gezeigt. Das System weist auch eine Blende bzw. ein Apertur-Stop 16 und eine Brennpunktebene 18 auf.
Der Primärspiegel 10 weist eine zentrale Öffnung 20 und eine die optische Achse des Systems def inierende Mittelachse 22 auf. Der Primärspiegel 10 ist ein Spiegel mit positivem Vergrößerungsfaktor und kann ein asphärischer, mit ellipsoidisch-konischer Form ausgebildeter oder mit höheren Ordnungen arbeitender Spiegel sein.
Der Sekundärspiegel 12 ist ein Spiegel mit negativem Vergrößerungsfaktor und im wesentlichen symmetrisch zu der Mittelachse 22 des Primärspiegels 10 angeordnet. Der Sekundärspiegel 12 besitzt einen kleineren Durchmesser als der Primärspiegel 10 und kann ein asphärischer, mit hyberbolisch-konischer Form ausgebildeter oder mit höheren Ordnungen arbeitender Spiegel sein.
Der Tertiärspiegel 14 ist ein Spiegel mit positivem Vergrößerungsfaktor und kann ein asphärischer mit ellipsoidischkonischer Form ausgebildeter oder mit höheren Ordnungen arbeitender Spiegel sein. Es kann ein einzelner Tertiärspiegel 14 oder eine Mehrzahl von Tertiärspiegeln vorhanden sein, wodurch im Hinblick auf die Fig. 1 bis 5 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, welche einen einzelnen Tertiärspiegel 14 verwendet.
Der Tertiärspiegel 14 ist gewöhnlich mindestens einem Paar von planaren Klappspiegeln bzw. Faltspiegeln zugeordnet, wie am besten in Fig. 5 zu sehen ist. Die Klappspiegel sind im allgemeinen die beweglichen Spiegel und bewegen sich bezüglich des Tertiärspiegels 14, der die Lichtstrahlen reflektiert, auf den Tertiärspiegel 14 zu oder von ihm weg. Während sich die Klappspiegel bewegen, ändert sich der Brennpunktabstand oder das Bildfeld oder beide in dem System.
Im Betrieb wird ein zu betrachtendes Objekt von dem Primärspiegel 10 reflektiert. Die Lichtstrahlen von dem zu betrachtenden Objekt werden von dem Primärspiegel 10 empfangen und zu dem Sekundärspiegel 12 reflektiert. Die Lichtstrahlen 30 werden von dem Sekundärspiegel 12 empfangen und durch die zentrale Öf fnung 20 im Primärspiegel 10 reflektiert. Vor oder nach dem Durchgang der Strahlen 30 durch die zentrale Öffnung 20 wird ein Zwischenbild des betrachteten Objekts von Primärspiegel und Sekundärspiegel bei 31 gebildet. Das von den Strahlen 30 gebildete Zwischenbild wird durch den Rest des Systems reflektiert und letztendlich als reales Bild an der Brennpunktebene 18 wieder abgebildet.
Nach Durchgang durch die zentrale Öffnung 20 werden die Strahlen 30 im allgemeinen von einem ortsfesten Planarspiegel 32 auf ein erstes Paar von beweglichen Klappspiegeln 34 reflektiert. Das erste Paar von beweglichen Klappspiegeln 34 bewegt sich auf den Tertiärspiegel 14 zu und von ihm weg, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt ist. Die Strahlen 30 werden von dem ersten Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 34 empfangen und auf den Tertiärspiegel 14 reflektiert. Der Tertiärspiegel 14 empfängt und reflektiert die Strahlen 30 zu einem zweiten Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 36. Das zweite Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 36 bewegt sich auf den Tertiärspiegel 14 zu und von ihm weg. Das zweite Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 36 empfängt und reflektiert die Strahlen 30 durch die Blende 16 zu einer elektronischen Erfassungsvorrichtung bzw. Sensorvorrichtung 38 in der Brennpunktebene 18. Die elektronische Erfassungsvorrichtung kann eine Detektorenanordnung oder dergleichen sein.
Die beweglichen planaren Klappspiegel 34 und 36 und der Tertiärspiegel 14 beeinflussen den Brennpunktabstand bzw. die Brennweite oder das Bildfeld oder beide der über den Primärspiegel 10 und den Sekundärspiegel 12 betrachteten Abbildung. Somit stellt das System einen Zoombereich zur Verfügung, der für Such- und Erfassungsfunktionen geeignet ist sowie auch für Nachführungs- und Detailabbildungsfunktionen. Bei dem System ist der Abstand vom Tertiärspiegel 14 zur Blende 16 im wesentlichen konstant, während das Zoom eine Mehrzahl von Positionen durchläuft. Auch ist es in praktischer Hinsicht vorteilhaft, wenn die leistungstragenden bzw. die die Vergrößerung hervorrufenden Spiegel, die Blende und die Brennpunktebene ortsfest bleiben.
In Fig. 1 und 2 sind die endgültigen Abbildungen in der Brennpunktebene 18 um einen gemeinsamen Betrag von der optischen Achse versetzt. Aufgrund variierender Vergrößerungsmaß stäbe des Tertiärspiegels 14 sind die entsprechenden Zwischenabbildungen 31 jedoch um unterschiedliche Beträge von der optischen Achse versetzt. Infolgedessen ergibt sich eine Verschiebung der Visierlinie beim Zoombetrieb. Diese Verschiebung der Viesierlinie hat jedoch keine negativen Auswirkungen auf das System.
In Fig. 3 und 4 ist die Umkehrung der Fig. 1 und 2 dargestellt. Die endgültigen Abbildungen an der Brennpunktebene 18 weisen unterschiedliche Versetzungsbeträge auf. Die Versetzungen entsprechen den unterschiedlichen Vergrößerungsmaßstäben des Tertiärspiegels, so daß sich Zwischenabbildungen 31 mit einer konstanten oder gemeinsamen Versetzung ergeben. Somit liegt beim Zoom-Betrieb keine Verschiebung der Visierlinie vor. Es sollte angemerkt sein, daß jede der oben erwähnten Versetzungen so gut wie die andere arbeitet.
Wie am besten in Fig. 5 zu sehen ist, weist das System im allgemeinen ein Gehäuse oder eine Röhre 40 auf, welche den Primärspiegel 10 und den Sekundärspiegel 12 enthält. Ein zweiter Abschnitt des Gehäuses 42 ist mit der Röhre 40 gekoppelt. Ein Getriebekasten 44 ist mit dem ersten Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 34 durch einen Schlitten 46 gekoppelt, um das erste Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 34 anzutreiben. Ein zweiter Getriebekasten 48 ist mit dem zweiten Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 36 durch einen Schlitten 50 gekoppelt, um das zweite Paar von beweglichen planaren Klappspiegeln 36 anzutreiben. Auch kann eine Kühlvorrichtung mit den Gehäusen gekoppelt sein, um die elektronische Erfassungsvorrichtung zu kühlen, was bei einer Abbildung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums erforderlich sein könnte. Es sollte verständlich sein, daß der Tertiärspiegel nach vorne und hinten bewegt werden könnte, um den Bedarf an den beweglichen Klappspiegeln zu beseitigen.
Unter Bezug auf die Fig. 6 bis 11 ist ein anastigmatisches optisches System mit einem Primärspiegel 110, einem Sekundärspiegel 112 und zwei oder mehrere Tertiärspiegeln 114 und 116 dargestellt. Das Drei-Spiegel-System weist auch zwei oder mehrere Blenden 118 und 120 und zwei oder mehrere Brennpunktebenen 122 und 124 auf. Auch würde das System eine Mehrzahl von (nicht dargestellten) planaren Klappspiegeln umfassen, welche die Lichtstrahlen empfangen und zu den gewünschten Tertiärspiegeln oder von ihnen weg reflektieren würden.
Der Primärspiegel 110 definiert eine Mittelachse 126 und kann eine zentrale Öffnung 128 aufweisen. Der Primärspiegel 110 ist ein Spiegel mit positivem Vergrößerungsfaktor und ist im allgemeinen ein ellipsoidischer Spiegel, obwohl er auch ein asphärischer, mit höheren Ordnungen arbeitender Spiegel sein könnte.
Der Sekundärspiegel 112 weist einen kleineren Durchmesser als der Prirmärspiegel 110 auf und ist im wesentlich symmetrisch auf der Mittelachse 126 angeordnet. Der Sekundärspiegel 112 ist ein Spiegel mit negativem Vergrößerungsfaktor und ist im allgemeinen ein hyperboloidisch-konischer Spiegel, obwohl er ein asphärischer, mit höheren Ordnungen arbeitender Spiegel sein könnte.
Die Tertiärspiegel 114 und 116 sind Spiegel mit positivem Vergrößerungsfaktor. Die Tertiärspiegel 114 und 116 können ellipsoidisch-konische Spiegel sein, obwohl sie auch asphärische, mit höheren Ordnungen arbeitenden Spiegeln sein könnten. Im allgemeinen sind die Basisradien der Tertiärspiegel 114 und 116 im wesentlichen gleich. Ablenkungen von höheren Ordnungen oder asphärische Figuren höherer Ordnungen können jedoch unterschiedlich sein, um die Eigenschaften des Systems zu modifizieren. Da ihre Basisradien im wesentlichen gleich sind, kann die "Petzval-Summe" des Systems so manipuliert werden, daß sie an beiden Brennpunktebenen im wesentlichen Null ist.
In den Fig. 6 und 7 übertragen die Lichtstrahlen 130 eine Abbildung eines zu betrachtenden Objekts auf den Primärspiegel 110. Die Strahlen 130 werden von dem Primärspiegel 110 auf den Sekundärspiegel 112 reflektiert. Der Sekundärspiegel 112 empfängt die Lichtstrahlen 130 und reflektiert sie auf die Tertiärspiegel 114 und 116. Die Lichtstrahlen 130 können von den planaren Klappspiege1n empfangen und reflektiert werden, bevor sie zu den Tertiärspiegeln 114 und 116 reflektiert werden. Auch können die planaren K1appspiegel die Lichtstrahlen empfangen und reflektieren, nachdem die Strahlen von den Tertiärspiegeln 114 und 116 reflektiert werden.
Während die Lichtstrahlen 130 sich auf die Tertiärspiegel 114 und 116 hinbewegen, wird eine Zwischenabbildung bei 132 gebildet. Die Zwischenabbildung der Lichtstrahlen 130 wird von den Tertiärspiegeln 114 und 116 durch die Blende 118 bzw. 120 reflektiert und bildet die Zwischenabbildung an den Brennpunktebenen 122 und 124 wieder ab. Eine (nicht dargestellte) elektronische Erfassungsvorrichtung bzw. Sensoreinrichtung, beispielsweise eine elektronische Detektorenanordnung oder dergleichen, sind in jeder der Brennpunktebenen 122 und 124 angeordnet, um die realen Abbildungen zu empfangen bzw. aufzunehmen. Jede Brennpunktebene empfängt eine Abbildung mit einem anderen Brennpunktabstand. Auch weist jede Brennpunktebene ein anderes Bildfeld auf. Aus diesem Grund können an jeder Brennpunktebene unterschiedliche elektronische Erfassungsvorrichtungen angeordnet sein, so daß an jeder Brennpunktebene eine andere Abbildung erfaßt werden kann. Beispielsweise können Infrarotdetektoren als die elektronischen Erfassungsvorrichtungen verwendet werden und eine weite Szene bzw. ein großes Bild mit einer groben Auflösung des betrachteten Objekts zur Verfügung stellen. Gleichzeitig kann ein kleiner Ausschnitt der gleichen Szene von einem sichtbaren Detektor mit feiner bzw. hoher Auflösung betrachtet werden. Somit stellt das System eine gleichzeitige Betrachtung eines Objekts bei unterschiedlichen Brennpunktabständen, Auflösungen und Bildfeldern zur Verfügung, und an jeder Brennpunktebene können unterschiedliche Detektoren verwendet werden.
Die Fig. 6 und 7 stellen Ansichten in Längs- bzw. in Querabtastrichtung einer F/22-Ausführung und einer F/14-Ausführung mit einer jeweiligen Bildfeldlinie von 0,15º bzw. 0,5º dar. Wie in Fig. 8 und 9 zu sehen ist, kann sich die Bildfeldlinie wie in Fig. 8 auf unterschiedlichen Seiten der optischen Achse oder wie in Fig. 9 auf der gleichen Seite der optischen Achse befinden. Je nach dem jeweiligen System und der jeweiligen Ausführung kann sich das Bildfeld entweder auf der gleichen Seite oder auf entgegengesetzten Seiten der optischen Achse befinden.
Bei der F/22-Ausführung mit einer Bildfeldlinie von 0,150 ist der Tertiärspiegel 114 links vom Scheitelpunkt des Primärspiegels 110 angeordnet. Dieser Tertiärspiegel arbeitet mit einer Vergrößerung von ca. 2:1. Die geometrischen 80% -Unschärfedurchmesser über das Bildfeld sind auf annehmbare Weise gleichförmig und betragen im Mittel ca. 0,1 bis 0,2 Mikroradianten.
Bei der F/14-Ausführung mit einer Bildfeldlinie von 0,50 ist der Tertiärspiegel 116 rechts vom Scheitelpunkt des Primärspiegels 110 angeordnet. Dieser Tertiärspiegel arbeitet mit einer Vergrößerung von ca. 1:1. Restaberrationen, wie sie von den geometrischen 80%-Unschärfedurchmessern dargestellt werden, betragen im Mittel ca. 1,0 bis 2,0 Mikroradianten über die Bildfeldlinie.
Um die endgültige Abbildung von der Zwischenabbildung wegzubewegen und einen Zugang zu den Blenden zu gewähren, ist es nötig, das Bildfeld in der Längsabtastrichtung zu versetzen. In den Fig. 6 und 7 ist die Brennpunktebene 122 um ca. 0Aº versetzt, während die Brennpunktebene 124 um ca. 0Bº versetzt ist. Dieser Unterschied in der Feldversetzung gewährleistet eine vollständige Trennung der beiden Linienbildfelder im Bereich der bei 132 dargestellten Zwischenabbildung. Die Trennung der Abbildungen erlaubt des weiteren die Verwendung einer Mehrzahl von Klappspiegeln, um die darauffolgenden Abschnitte der beiden optischen Systeme zu trennen und sie nach Wunsch zu bündeln bzw. zusammenzuführen. Wenn am Primärund Sekundärspiegel keine Kippungen oder Dezentrierungen angewendet werden, können die beiden Felder entweder auf der gleichen oder auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse betrieben werden, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Die Winkeltrennung kann bis zu OAº + OBº oder auch nur OBº -OAº betragen. Die Einschränkungen aufgrund der Brauchbarkeit und/oder der Bündelung bzw. des Zusammenführens schreiben die eine oder andere Konfiguration vor.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 und 11 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 10 und 11 sind der Primärspiegel 110 und der Sekundärspiegel 112 im wesentlichen gleich. Es ist jedoch eine Mehrzahl von Tertiärspiegeln 140, 142, 144 und 146 dargestellt. Das System weist die Blenden 148, 150, 152 und 154 und die Brennpunktebenen 156, 158, 160 und 162 auf. Diese Ausführung veranschaulicht die Verwendung von mindestens vier Tertiärspiegeln. Wie oben erwähnt wurde, können gleiche oder unterschiedliche elektronische Erfassungsvorrichtungen an jeder der Brennpunktebenen angeordnet werden, um unterschiedliche Bildfelder bei unterschiedlichen Brennpunktabständen zu betrachten.
Das vorliegende System stellt ein Teleskop mit einer Mehrzahl von ortsfesten Tertiärspiegeln zur Verfügung, welche ein 1 Meter großes Target in einer Entfernung von 1 Million bis 10 Millionen Meter auflösen können. Somit ist das System nicht in der Bildqualität beschränkt, kann aber durch die elektronischen Sensoren oder die Beugungsverhältnisse der Eingangsapertur eingeschränkt sein.
Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem betriebsfähigen Luft- und Raumfahrtsystem kann folgendermaßen aussehen. Beispielsweise könnte es wünschenswert sein, eine große Szene bzw. ein großes Bild mit grober Auflösung in einer Infrarotabbildung zu betrachten. Somit kann ein Infrarotdetektor an einer Brennpunktebene angeordnet werden, welche einem Tertiärspiegel mit einem breiteren Bildfeld und einem kürzeren Brennpunktabstand entspricht. Gleichzeitig kann eine Ansicht eines kleinen Ausschnitts bei einer völlig unterschiedlichen Wellenlänge mit einer völlig unterschiedlichen Abbildungsvorrichtung wünschenswert sein. Die zweite Abbildungsvorrichtung kann eine Vorrichtung für den sichtbaren Bereich sein. Der "sichtbare" Detektor wäre an einer Brennpunktebene angeordnet, welche einem Tertiärspiegel mit einem längeren Brennpunktabstand und einem engeren Bildfeld entspricht. Somit würden von dem gleichen Teleskop sowohl ein Infrarotbild als auch ein sichtbares Bild gleichzeitig auf einen Bildschirm oder dergleichen übertragen.
Spezifische Maße und Daten für das System gemäß der vorliegenden Erfindung lauten wie folgt: TABELLE 1: OPTISCHE VORGABE EINER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORM DES OPTISCHEN SYSTEMS DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG Nr. Beschreibung Radius Konische Konstante Dicke Primär-spiegel Sekundärspiegel Tertiärspiegel Brennpunktebene [(+) Dicken sind nach rechts; (+) Radien haben rechts Mittelpunkte] * Abweichungen asphärischer Figuren höherer Ordnungen folgen der Gleichung:
bei der:
z = Oberfläche Biegung
c = 1/Radius
k = cc = konische Konstante = -(Exzentrizität)²
p² = x² + y²
d = 0,32497 × 10&supmin;&sup5;
e = 0,36639 × 10&supmin;&sup8;
Zoom-Konfiguration (A) : 30 Durchmesser Eingangsöffnung 154,2 effektiver Brennpunktabstand F/5,14 optische Geschwindigkeit 3º Linienbildfeld
Zoom-Konfiguration (B) : 30 Durchmesser Eingangsöffnung 225,0 effektiver Brennpunktabstand F/7,50 optische Geschwindigkeit 2,25º Linienbildfeld
Zoom-Konfiguration (C) : 30 Durchmesser Eingangsöffnung 305,5 effektiver Brennpunktab stand F/10,2 optische Geschwindigkeit 1,5º Linienbildfeld
Eine weitere spezifische Vorgabe für das System gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der dieser Druckschrift beigefügten Druckschrift PD-87359 beschrieben.
Während das oben Gesagte eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt, ist es verständlich, daß die Vorgabe modifiziert oder verändert werden kann, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung weist mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Linsen vom Zoom-Typ auf. Die vorliegende Erfindung verwendet ein ref lektierendes System, um ein optisches Zoom-System zur Verfügung zu stellen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine schnelle optische Zeit-Blendenkupplung eine grobe Auflösung und ein weites Extrembildfeld des Zoombereichs, welches für Such- und Erfassungsfunktionen geeignet ist. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine niedrigere optische Zeit-Blendenkupplung, eine feinere Auflösung und ein kleineres Extrembildfeld zur Verfügung, welches Nachführ- und detaillierte Abbildungsfunktionen ermöglicht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung eines Cassegrain-Voroptiksystems ("Cassegrain foreoptic system") mit einem Tertiärspiegel, der über einen kontinuierlichen Bereich von konjugierten Spiegeln ("conjugates") arbeitet und somit Bilder mit höherer Auflösung auf einer flachen Fokusfläche ergibt.
Es sollte verständlich sein, daß diese Erfindung zwar in Verbindung mit einem besonderen Beispiel beschrieben wurde, es können aber unterschiedliche Modifikationen, Änderungen und Variationen der offenbarten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt werden, nachdem der Vorteil eines Studiums der Beschreibung, Zeichnung und den daran anhängenden Ansprüchen zugute gekommen ist.

Claims

1. Ein reflektierendes kontinuierliches optisches Zoom-System mit:

einem Primärspiegel (10; 110), der eine zentrale Öffnung (20; 128) aufweist;

einem Sekundärspiegel (12; 112), der dem Primärspiegel (10; 110) gegenüberliegt, wobei der Sekundärspiegel (12; 112) einen kleineren Durchmesser aufweist als der Primärspiegel (10; 110) und im wesentlichen symmetrisch im Hinblick auf die Achse (22; 126) des Primärspiegels (10; 110) positioniert ist, so daß Licht (30; 130) von einem beobachteten Object um den Sekundärspiegel (12; 112) herum und an ihm vorbeigeht und durch die zentrale Öffnung (20; 120) in den Primärspiegel (10; 110) reflektiert wird;

einer Vorrichtung (14, 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) zum Reflektieren des Lichtes (30; 130) von dem beobachteten Objekt zu einer Bildebene (18; 122, 124; 148, 150, 152, 154) und zum Bilden eines Bildes, das betrachtet werden kann, wobei sie positioniert wird, um das Licht (30; 130) von dem Sekundärspiegel (12; 112) zu empfangen; dadurch gekennzeichnet, daß

der Primär-(10; 110) und der Sekundär-(12, 112) Spiegel angeordnet ist, um ein reales Zwischenbild des beobachteten Objektes zu bilden, das mittels der Reflexionsvorrichtung (14, 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) auf die Bildebene zum Betrachten (18; 122, 124; 148, 150, 152, 154) reflektiert und abgebildet wird; und durch

eine Vorrichtung (44, 46, 48) zum Ändern der Brennweite und/oder des Bildfeldes des Systemes, indem die Reflexionsvorrichtung (14, 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) über eine Vielzahl von Positionen hinweg relativ zu dem Primär-(10; 110) und dem Sekundär-(12; 112) Spiegel bewegt wird.

2. Das System nach Anspruch 1, worin der Primärspiegel (10; 110) eine positive Leistung aufweist.

3. Das System nach Anspruch 1, worin der Sekundärspiegel (12; 112) eine negative Leistung aufweist.

4. Das System nach Anspruch 1, worin die Reflexionsvorrichtung (14, 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) eine oder mehrere Tertiärspiegel (14; 114, 116; 140, 142, 144, 146) enthält.

5. Das System nach Anspruch 4, worin der eine oder die mehreren Tertiärspiegel (14; 114, 116; 140, 142, 144, 146) Spiegel mit positiver Leistung sind.

6. Das System nach Anspruch 4, worin die Reflexionsvorrichtung (14, 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) ein Paar oder mehrere Paare aus beweglichen ebenen Faltspiegeln (34, 36) enthält, die Licht empfangen und reflektieren, und zwar von oder zu einem der tertiären Spiegel (14; 114, 116; 140, 142, 144, 146), so daß sofern sich die Paare aus den ebenen Faltspiegeln (34, 30 36) bewegen, die Brennweite und/oder das Bildfeld des Systemes sich ändert.

7. Das System nach Anspruch 1, welches des weiteren ein elektronisches Tastsystem (38) umf aßt, das benachbart zu der Betrachtungsebene (18; 122, 124; 148, 150, 152, 154) positioniert ist, um Licht von der Reflexionsvorrichtung (14; 34, 36; 114, 116; 140, 142, 144, 146) zu empfangen.

8. Das System nach Anspruch 4 oder 5, worin der eine oder die mehreren Tertiärspiegel (14; 114, 116; 140, 142, 144, 146) im wesentlichen den gleichen Basisradius aufweisen.

9. Das System nach Anspruch 8, worin der eine oder die mehreren Tertiärspiegel (14; 114, 116; 140, 142, 144, 146) asphärisch sind.