DE102008027518B3 - Mirror lens e.g. observation lens for use in e.g. spatial spectrometer in field monitoring, has four mirrors, where first and fourth mirrors are deformed to allow position of image plane of lens to remain unchanged in range of focus depth - Google Patents
Mirror lens e.g. observation lens for use in e.g. spatial spectrometer in field monitoring, has four mirrors, where first and fourth mirrors are deformed to allow position of image plane of lens to remain unchanged in range of focus depth Download PDFInfo
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Abstract
Description
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel, das zumindest vier Spiegel umfasst, von denen zwei Spiegel als deformierbare Spiegel ausgelegt sind.embodiments according to the invention refer to a central shading-free mirror objective with a variable angle of view comprising at least four mirrors, of which two mirrors are designed as deformable mirrors.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv. Der Begriff „Zoomen” bedeutet dabei eine veränderbare Einstellung des Bildwinkels und damit auch der Systembrennweite.Some embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens. The term "zooming" means doing a changeable Adjusting the image angle and thus also the system focal length.
Die Möglichkeit den Bildwinkel und damit die Vergrößerung einer optischen Abbildung gezielt einstellen zu können, hat zu einem breiten Einsatz solcher Systeme geführt. In der technischen und nicht technischen Fotografie über die Automatisierungstechnik und Bildverarbeitung bis hin zur Feldüberwachung und Fernerkundung werden Objektive dieses Typs eingesetzt.The possibility the angle of view and thus the magnification of an optical image to be able to adjust has led to widespread use of such systems. In the technical and not technical photography about Automation technology and image processing up to field monitoring and Remote Sensing use lenses of this type.
Die unterschiedlichen Anwendungen sind dabei in einem weiten Spektralbereich anzutreffen. Er erstreckt sich vom Ultravioletten (UV) über das Sichtbare (VIS) bis in den infraroten Bereich (IR). Während normale Fotografie und Automatisierungstechnik oft das VIS verwenden, sind Feldüberwachung und Fernerkundung häufig auch im IR üblich.The different applications are in a wide spectral range encountered. It extends from the ultraviolet (UV) over the Visible (VIS) to the infrared range (IR). While normal Photography and automation often use the VIS are field monitoring and remote sensing often also common in the IR.
Die Einstellungen des Bildwinkels und damit auch der Systembrennweite (das so genannte „Zoomen”) kann grundsätzlich durch Verschieben optischer Funktionselemente im Objektiv oder durch Änderung ihrer Eigenschaften, wie z. B. die Brechkraft einer Linse, erreicht werden.The Adjust the angle of view and thus also the system focal length (the so-called "zooming") can in principle by moving optical function elements in the lens or by changing their properties, such. As the refractive power of a lens achieved become.
Der Bildwinkel bzw. Objektivwinkel gibt den Raumbereich an, aus dem Strahlung entlang eines Strahlengangs durch das Objektiv auf eine Bildebene fällt. Eine kleine Systembrennweite hat einen großen Bildwinkel und eine große Systembrennweite einen kleinen Bildwinkel zur Folge.Of the Image angle or lens angle indicates the area of space from which Radiation along a beam path through the lens on a Image plane drops. A small system focal length has a large field of view and a large system focal length a small angle.
Spiegelobjektive mit festen Brennweiten, also festem Bildwinkel, sind seit langem bekannt und finden vor allem als langbrennweitige Ausführungen als Bildaufnahme- und Beobachtungsobjektive in der Fotografie und Astronomie Anwendung.mirror lenses with fixed focal lengths, so fixed angle of view, have long been known and find especially as langbrennweitige versions as picture-taking and observation lenses in photography and Astronomy application.
Optische Systeme, deren Funktionselemente nur auf Reflexion basieren, haben den Vorteil, keine chromatischen Aberrationen zu erzeugen und damit für einen breiten Spektralbereich (UV über VIS bis IR) anwendbar zu sein. Durch den Wegfall chromatischer Aberration wird hier häufig eine höhere Bildgüte im Vergleich zu refraktiven Systemen erzielt. Zudem besitzen sie gegenüber letztgenannten den Vorteil einer geringeren Masse und oftmals auch kostengünstigerer Herstellung.optical Systems whose functional elements are based only on reflection have the advantage of producing no chromatic aberrations and thus for one broad spectral range (UV over VIS to IR) to be applicable. By eliminating chromatic aberration becomes common here a higher one image quality achieved in comparison to refractive systems. They also own across from the latter have the advantage of a lower mass and often also cheaper Production.
Grundsätzlich können Objektive nach ihrem Aufbau beispielsweise als On-Axis-Systeme bzw. axiale Systeme, Off-Axis-Systeme bzw. außeraxiale Systeme oder Schiefspiegler unterschieden werden.Basically, lenses can after their construction, for example as on-axis systems or axial systems, Off-axis systems or extra-axial Systems or Schiefspiegler can be distinguished.
Bei einer zentrierten Folge aus Rotationsflächen können deren Krümmungsmittelpunkte auf einer Geraden liegen, die die optische Achse der Flächenfolge darstellt. Solche Systeme werden auch als On-Axis-Systeme bzw. axiale Systeme genannt.at a centered sequence of surfaces of revolution can their centers of curvature lie on a straight line which is the optical axis of the surface sequence represents. Such systems are also called on-axis systems or axial Called systems.
Spiegelsysteme, deren Funktionselemente zwar eine gemeinsame optische Achse besitzen, jedoch zumindest teilweise asymmetrische und damit außeraxiale Flächenstücke der Funktionselemente nutzen, werden auch Off-Axis-Systeme bzw. außeraxiale Systeme genannt.Mirror systems, whose functional elements have a common optical axis, however, at least partially asymmetric and thus extraaxial Patches of the Functional elements are also used off-axis systems or extra-axial Called systems.
Objektive, bei denen zumindest zwei der optischen Funktionselemente keine gemeinsame optische Achse aufweisen, werden als Schiefspiegler bezeichnet.lenses in which at least two of the optical functional elements no common have optical axis, are referred to as Schiefspiegler.
Die
oben genannten Spiegelobjektive, insbesondere für astronomische Anwendungen,
sind meist rotationssymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieachse,
die, wie z. B. in „Heinz
Haferkorn, Optik – Physikalisch-technische
Grundlagen und Anwendungen, 3., bearbeitete und erweiterte Auflage,
Leipzig; Berlin; Heidelberg; Barth, 1994” näher erläutert, als optische Achse bezeichnet
wird („On-Axis-Systeme”, axiale Systeme).
Daraus resultiert eine Zentralabschattung des Strahlengangs, die
sich konstrastmindernd und damit negativ auf die Bildgüte auswirkt.
Ein zentriertes Spiegelobjektiv mit Zentralabschattung ist beispielsweise
in der
Unter zentralabschattungsfrei versteht man, dass die Elemente eines Objektivs so angeordnet sind, dass ein zentral einfallendes Strahlenbündel entlang des Strahlengangs ungehindert die Bildebene erreicht.Under Zentralabschattungsfrei one understands that the elements of a lens are arranged so that a centrally incident beam of rays along the beam path unhindered reaches the image plane.
Seltener
sind Spiegelsysteme, deren Funktionselemente zwar eine gemeinsame
optische Achse besitzen, jedoch zumindest teilweise asymmetrische
und damit außeraxiale
Flächenstücke der
Funktionselemente nutzen („Off-Axis-Systeme”, außeraxiale
Systeme, beispielsweise gezeigt in der
Eine
weitere Klasse von Spiegeloptiken stellen die so genannten Schiefspiegler
dar, wie beispielsweise die
Um in solchen Systemen die prinzipbedingten großen geometrischen Abbildungsfehler, insbesondere den Astigmatismus, korrigieren zu können, haben Schiefspiegler oft nur geringe Öffnungen bzw. Blendenzahlen bzw. Anfangsöffnungen (definiert als Quotient von Systembrennweite und Durchmesser der Eintrittspupille) von etwa 8 bis 20 und sind deshalb lichtschwach. Die Korrektur von Abbildungsfehlern in diesen Schiefspiegelsystemen erfordert oft noch zusätzliche Maßnahmen. Speziell ein als Yolo-Schiefspiegler bekannter Aufbau benutzt zusätzlich zur Korrektur von axialem Astigmatismus einen torisch geformten Sekundärspiegel, wie bei „Herwin G. Ziegler, Das Yolo-System, URL: http://www.astronomie.info/sag/yolo, Zugriff: 1/2008” gezeigt.Around in such systems the inherent large geometric aberrations, In particular, the astigmatism to be able to correct have Schiefspiegler often only small openings or aperture numbers or initial openings (defined as the quotient of the system focal length and the diameter of the Entrance pupil) of about 8 to 20 and are therefore faint. The correction of aberrations in these oblique mirror systems often requires additional Activities. In particular, a construction known as Yolo-Schiefspiegler uses in addition to Correction of axial astigmatism a toric secondary mirror, as in "Herwin G. Ziegler, The Yolo System, URL: http://www.astronomie.info/sag/yolo, Access: 1/2008 "shown.
Ein
Off-Axis-System mit großem
Bildwinkel und einer Blendenzahl von 4 ist beispielsweise in der
Neben
den Systemen mit fester Brennweite sind auch einige Systeme mit
variabler Brennweite (Zoomsysteme) bekannt. Zu diesen gehören beispielsweise
langbrennweitige Spiegelzoom objektive, bei denen die Zoomwirkung
durch eine Verschiebung einzelner Spiegel bzw. Spiegelgruppen erreicht
wird, wie z. B. in der
Zoomobjektive,
die optische Elemente mit veränderbaren
Brechkräften
enthalten, basieren oftmals auf der Verwendung von so genannten
Flüssiglinsen
und stellen somit keine rein reflektiven Systeme dar. Diese optischen
Funktionselemente bestehen im Wesentlichen aus zwei nicht mischbaren,
in einem Hohlraum eingeschlossenen Flüssigkeiten, deren Grenzfläche brechende
Wirkung hat und sich in ihrer Krümmung
und damit der Brechkraft gezielt verändern lässt. Es ist grundsätzlich zu
unterscheiden zwischen Hybridsystemen (Mischsystemen), bei denen
Flüssiglinsen
und verschiebbare Gruppen kombiniert werden, wie beispielsweise in
der
Weiterhin
ist eine geringe Anzahl von ausschließlich auf Reflexion basierenden
Zoomsystemen unter Verwendung deformierbarer Spiegel zur Änderung
der Brennweite aus der Literatur bekannt, wie beispielsweise in
der
In
der
Aufwändigere
optische Anordnungen, welche mindestens zwei aktive optische Elemente
aufweisen, sind beispielsweise in der
Die im oben genannten Patent verwendeten aktiven oder adaptiven Spiegel weisen gegenüber Spiegel, bei denen lediglich die Krümmung geändert werden kann, eine zusätzliche Funktionalität auf. Mit Hilfe einer Vielzahl mikromechanischer Aktuatoren kann das Spiegelprofil gezielt auch in höheren Ortsfrequenzen verändert werden und somit eine Korrektur der vom Zoomzustand abhängigen Abbildungsfehler durchgeführt werden. Mit diesem Ansatz ist es grundsätzlich möglich, die Bildgüte in einem Schiefspiegelzoomsystem deutlich zu steigern. Der gravierende Nachteil besteht jedoch darin, dass die hierfür benötigen adaptiven Spiegel sehr kompliziert und deshalb kostenintensiv in der Herstellung sind und eine komplexe elektronische Ansteuerung erforderlich ist. Spiegel mit segmentierten Aktuatoren besitzen meist eine Auslenkung von wenigen Mikrometern und sind sehr aufwendig in der Ansteuerung. Der Füllfaktor der Spiegel lässt meist keinen stark gefalteten Strahlengang zu. Somit sind mit diesen Bauelementen kostengünstige Systeme mit moderatem Bauvolumen und einem weiten Bereich der Brennweitenänderung nicht realisierbar.The used in the above patent active or adaptive mirror opposite Mirrors in which only the curvature can be changed, an additional functionality on. With the help of a variety of micromechanical actuators can the mirror profile can be changed specifically in higher spatial frequencies and thus a correction of the zoom state-dependent aberrations are performed. With this approach, it is basically possible, the picture quality significantly increase in a Schiefspiegelzoomsystem. The serious one The disadvantage, however, is that the adaptive mirrors required for this very complicated and therefore costly to manufacture and are a complex electronic control is required. mirror with segmented actuators usually have a deflection of a few micrometers and are very expensive to control. The fill factor the mirror lets usually not a strong folded beam path too. Thus, with these Components cost-effective Systems with a moderate volume and a wide range of focal length change not feasible.
Weitere
Beispiele von Zoomsystemen auf Basis deformierbarer Spiegel sind
in der
Des
Weiteren beschreiben beispielsweise die
Neben
der bereits beschriebenen Vielzahl an Systemen sind auch unterschiedlichste
makroskopische Ansätze
für deformierbare
Spiegel und deren Aktuation bekannt. In der
In
der
Schließlich findet man in „W. Greger u. a., Low-cost deformable mirror for laser focusing, Proc. of SPIE Bd. 6.374, 2006” eine Beschreibung von elektromagnetisch aktuierbaren Polymerspiegeln.Finally finds one in "W. Greger u. a., Low-cost deformable mirror for laser focusing, Proc. of SPIE vol. 6.374, 2006 "one Description of Electromagnetically Actuatable Polymer Levels.
Weitere
Beispiele sind in den Patentschriften
Die
Die deformierbaren Spiegel haben in diesem Lithographiesystem die Aufgabe, Abbildungsfehler möglichst gut zu kompensieren.The deformable mirrors have the task in this lithography system Aberrations possible good to compensate.
Des
Weitern zeigt die
Zusätzlich zeigt
die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontrastreiches Zoomobjektiv mit hoher Bildqualität zu schaffen, das für einen großen Wellenlängenbereich ausgelegt ist und dabei kompakt und/oder kostengünstig herstellbar ist.The The object of the present invention is a high-contrast zoom lens with high picture quality too create that for a big Wavelength range is designed and thereby compact and / or inexpensive to produce.
Diese Aufgabe wird durch ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß Anspruch 1 gelöst.These The task is performed by a mirror shadow lens free of shading solved with a variable angle of view according to claim 1.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schafft ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel, das einen ersten Spiegel, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, einen zweiten Spiegel, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, einen dritten Spiegel, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, und einen vierten Spiegel, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, umfasst. Dabei ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet, dass zumindest zwei Spiegel der ersten bis vierten Spiegel eine unterschiedliche opti sche Achse aufweisen, und dass sich ein gefalteter Strahlengang von dem ersten Spiegel über den zweiten Spiegel und über den dritten Spiegel zu dem vierten Spiegel erstreckt. Des Weiteren ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet und geformt, dass sich in dem Strahlengang zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel keine Zwischenbildebene befindet. Zusätzlich ist der erste und der vierte Spiegel so deformierbar, dass durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels der Bildwinkel des Objektivs verändert wird und dabei eine Position einer Bildebene des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs in einem Bereich einer Schärfentiefe unverändert bleibt.One embodiment according to the invention creates a central shading-free mirror lens with a variable angle of view, which is a first mirror that is considered deformable Mirror is designed, a second mirror whose mirror surface a aspherical Form, a third mirror whose mirror surface a aspherical Form, and a fourth mirror, as deformable Mirror is designed includes. It is the first to fourth mirror arranged so that at least two mirrors the first to fourth Mirror have a different optical cal axis, and that a folded beam path from the first mirror over the second mirror and over extending the third mirror to the fourth mirror. Furthermore the first to fourth mirrors are arranged and shaped so that in the beam path between the first mirror and the fourth Mirror is not an intermediate image plane. In addition, the first and the fourth mirror so deformable that by deformation of the mirror surface of the first mirror combined with a deformation of the mirror surface of the mirror fourth mirror the angle of view of the lens is changed and thereby a position of an image plane of the central shading-free Mirror lens in an area of a depth of field remains unchanged.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung basieren auf dem Kerngedanken, ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel unter Verwendung von vier Spiegeln zu schaffen, wobei zur Veränderung des Bildwinkels zwei der vier Spiegel als deformierbare Spiegel ausgebildet sind. Die Spiegel sind dabei so angeordnet, dass zumindest zwei der vier Spiegel des Spiegelobjektivs eine unterschiedliche optische Achse aufweisen, was einem Schiefspiegleraufbau entspricht. Dadurch können der erste bis vierte Spiegel so angeordnet werden, dass das Spiegelobjektiv zentralabschattungsfrei und somit viel kontrastreicher als Systeme mit Zentralabschattung ist.Embodiments according to the invention are based on the core idea of providing a central shading-free mirror objective with a variable image angle using four mirrors, two of the four mirrors being designed as deformable mirrors for changing the angle of view. The mirrors are arranged so that at least two of the four mirrors of the mirror objective have a different optical axis, which corresponds to a Schiefspiegleraufbau. As a result, the first to fourth mirror can be arranged so that the mirror lens central shading free and thus much kon richer in quality than systems with Zentralabschattung.
Die Verwendung von reflektiven optischen Elementen ermöglicht es wellenabhängige Abbildungsfehler bzw. eine chromatische Aberration zu verhindern. Das Spiegelobjektiv ist daher in einem großen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.The Use of reflective optical elements allows it wave dependent To prevent aberrations or a chromatic aberration. The mirror objective is therefore in a wide wavelength range of the electromagnetic Spectrum applicable.
Eine Reduktion des Bauvolumens kann dadurch erreicht werden, dass der erste bis vierte Spiegel so angeordnet und geformt ist, dass sich in dem Strahlengang zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel keine Zwischenbild ebene befindet. Eine Zwischenbildebene würde den optischen Weg zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel vergrößern und die Spiegel müssten somit in einem größeren Abstand voneinander angeordnet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des ersten bis vierten Spiegels, die keine Zwischenbildebene aufweist, kann somit ein kompaktes Spiegelobjektiv geschaffen werden.A Reduction of the construction volume can be achieved by the first to fourth mirror is arranged and shaped so that in the beam path between the first mirror and the fourth mirror no intermediate image level is located. An intermediate image plane would be the optical path between the first mirror and the fourth mirror enlarge and the mirrors would have to thus at a greater distance from each other to be ordered. The inventive arrangement of the first to fourth mirror, which has no intermediate image plane, thus can a compact mirror lens can be created.
Durch die Verwendung eines asphärischen zweiten Spiegels und eines asphärischen dritten Spiegels können Abbildungsfehler, wie beispielsweise der Astigmatismus, über den gesamten Brennweitenbereich bzw. über den Variationsbereich des Bildwinkels ausreichend korrigiert werden und somit eine für die Kameratechnik übliche Bildqualität geliefert werden.By the use of an aspherical second mirror and an aspherical third mirror can Aberrations, such as astigmatism, over the entire focal length range or over the variation range of Corrected angle of view sufficient and thus delivered a usual image quality for camera technology become.
Auf Reflexion basierende optische Systeme haben im Vergleich zu Systemen, die brechende optische Funktionselemente, wie z. B. Linsen, aufweisen, den Vorteil keine chromatischen Bildfehler zu erzeugen. Deshalb sind sie in der Regel für einen sehr viel breiteren Spektralbereich, der sich von dem Ultravioletten (UV) über das Sichtbare (VIS) bis ins Infrarote (IR) erstrecken kann, einsetzbar. Für viele Anwendungen, insbesondere solche mit multispektralen und spektral breitbandigen Anforderungen, sind Spiegeloptiken refraktiven Systemen deshalb überlegen.On Reflection-based optical systems have, compared to systems, the refractive optical functional elements, such. B. lenses, the advantage of producing no chromatic aberrations. Therefore they are usually for a much wider spectral range, different from the ultraviolet (UV) over the visible (VIS) can extend to the infrared (IR) can be used. For many Applications, especially those with multispectral and spectral broadband requirements, mirror optics are refractive systems therefore superior.
Weiterhin haben Spiegelobjektive oft eine geringere Masse als Linsenobjektive und sind zudem auch kostengünstiger zu fertigen.Farther mirror lenses often have less mass than lens lenses and are also cheaper to manufacture.
Des Weiteren sind bei Spiegelobjektiven keine aufwändigen Entspiegelungsschichten notwendig.Of Further, mirror lenses do not require complex antireflection coatings necessary.
In Verbindung mit wenigen optischen Flächen und einem Schiefspiegleransatz können störende Reflexe, wie sie häufig in refraktiven Systemen auftreten, vollständig vermieden werden. Damit eignet sich das Spiegelzoomobjektiv beispielsweise zur Bildaufnahme in Verbindung mit hochdynamischen, logarithmisch arbeitenden Bildsensoren.In Connection with few optical surfaces and a Schiefspiegler approach can disturbing Reflexes, as they often do to be completely avoided in refractive systems. In order to For example, the mirror zoom lens is suitable for taking pictures in connection with highly dynamic, logarithmic image sensors.
Des Weiteren wird mit diesem Ansatz beispielsweise der so genannte Narcissus Effekt beseitigt. Der Narcissus Effekt tritt hauptsächlich bei Infrarotobjektiven auf und wird durch vom Bildwinkel abhängige störende Rückreflexe verursacht, wobei dadurch Geisterbilder auf dem Detektor entstehen können.Of Further, with this approach, for example, the so-called Narcissus Effect eliminated. The narcissus effect mainly occurs Infrared lenses on and is dependent on the angle of the image disturbing back-reflexes causing ghosting on the detector can.
Das Schiefspiegelzoomobjektiv vereint somit unter anderem die oben genannten Vorteile einer Spiegeloptik gegenüber refraktiven Systemen mit der Verwendung deformierbarer Spiegel zur gezielten Einstellung des Bildwinkels.The Schiefspiegelzoomobjektiv thus combines, among others, the above Advantages of mirror optics over refractive systems with the use of deformable mirrors for the targeted adjustment of the Picture angle.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung weisen die deformierbaren Spiegel rotationssymmetrische Spiegelflächen auf. Trotz der Verwendung von rotationssymmetrischen deformierbaren Spiegel weist das Spiegelobjektiv im Gegensatz zu einer Vielzahl bestehender Systemansätze einen außerordentlich hohen optischen Korrektionsgrad und damit eine hohe Bildgüte über den gesamten Brennweitenbereich bzw. Bildwinkelbereich auf. Der Einsatz von rotationssymmetrisch deformierbaren Spiegeln hat zusätzlich den Vorteil, dass diese Spiegel mit wenigen Aktuatoren auskommen und somit einen einfachen Aufbau und eine einfache Ansteuerung aufweisen. Dadurch kann das Bauvolumen verringert und die Kosten gesenkt werden.at some embodiments according to the invention the deformable mirrors have rotationally symmetric mirror surfaces. Despite the use of rotationally symmetric deformable mirror points the mirror lens in contrast to a variety of existing system approaches one extraordinarily high optical degree of correction and thus a high image quality over the entire focal length range or image angle range. The use of rotationally symmetrical deformable mirrors additionally has the Advantage that these mirrors with few actuators and get along thus have a simple structure and a simple control. This can reduce the volume of construction and reduce costs.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein abschattungsfreies Spiegelzoomobjektiv, welches mit insgesamt vier Spiegeln, zwei davon deformierbar, eine über den gesamten Brennweitenbereich für die Kameratechnik übliche Bildqualität liefert.Some embodiments according to the invention refer to a shading-free mirror zoom lens, which with a total of four mirrors, two of them deformable, one over the entire focal length range for the camera technology usual picture quality supplies.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird durch die Verwendung von deformierbaren Spiegeln als ersten Spiegel und als vierten Spiegel ein veränderbarer Bildwin kel und somit eine einstellbare Systembrennweite ermöglicht. Diese Veränderung des Bildwinkels erfolgt durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels. Die Position der Bildebene des Spiegelobjektivs bleibt dabei in einem Bereich der Schärfentiefe unverändert. Die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur gezielten Einstellung des Bildwinkels hat den Vorteil, dass aufwändig zu konstruierende makroskopische Präzisionslager und Präzisionsstellelemente, die für ein Objektiv, bei dem der Bildwinkel durch Verschiebung eines Teils seiner optischen Komponenten eingestellt wird, entfallen können. Deshalb weist das Objektiv gegenüber Lösungen mit verschiebbaren Spiegeln eine deutlich größere Stabilität und Robustheit beispielsweise gegenüber Vibrationen und äußeren Einflüssen auf. Zusätzlich beanspruchen Aufbauten mit verschiebbaren Spiegeln meist viel Bauraum, da die Verfahrwege oftmals beträchtlich sind. Die Verwendung von deformierbaren Spiegeln gestattet somit eine deutliche Reduktion des Bauvolumens, da hier die Bewegung der Spiegelflächen als nahezu vernachlässigbar gegenüber den Abmessungen des Systems bestimmenden Komponenten betrachtet werden kann. Da beispielsweise keine makroskopische Mechanik notwendig ist und das Bauvolumen geringer ist, können auch die Kosten bei der Herstellung des Objektivs gesenkt werden.In some embodiments according to the invention, the use of deformable mirrors as the first mirror and as the fourth mirror enables a variable image angle and thus an adjustable system focal length. This change in the angle of view is achieved by a deformation of the mirror surface of the first mirror combined with a deformation of the mirror surface of the fourth mirror. The position of the image plane of the mirror objective remains unchanged in a region of the depth of field. The use of deformable mirrors for the purpose of setting the angle of view has the advantage that complex macroscopic precision bearings and precision positioning elements which can be constructed costly and which are set for an objective in which the image angle is adjusted by displacing part of its optical components. Therefore, the lens compared to solutions with sliding mirrors a much greater stability and robustness, for example, to vibration and external influences. In addition, superstructures with displaceable mirrors usually require a large amount of installation space, since the travel paths are often considerable. The use of deformable mirrors thus allows a significant reduction in the volume of construction, since here the movement of the mirror surfaces can be considered as almost negligible relative to the dimensions of the system determining components. For example, since no macroscopic mechanics is necessary and the volume of construction is lower, the cost of producing the lens can be reduced.
Einige weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein einfaches, kompaktes, in der Herstellung kostengünstiges und optisch hoch qualitatives Spiegelzoomobjektiv zur Bildaufnahme, dessen Zoomwirkung auf einer Brennweitenänderung eines Teils seiner optischen Komponenten beruht. Das System weist dabei einen beispielsweise dreifachen Variationsbereich der Gesamtbrennweite auf. Es weist einen zentralabschattungsfreien Strahlengang auf, der beispielsweise das Erreichen einer hohen Bildgüte ermöglicht. Verschiedene Bildwinkelbereiche, z. B. einem Kleinbild äquivalenten Brennweitenbereich von 35 mm bis 105 mm, werden dabei von unterschiedlichen Ausführungsvarianten des Spiegelzoomobjektivs abgedeckt. Das Spiegelzoomobjektiv hat dabei eine für Schiefspiegler große Anfangsöffnung von beispielsweise 4,5 für das oben erwähnte Beispiel bzw. den oben erwähnten Brennweitenbereich. Unter Ausnutzung eines ausschließlich auf Reflexion basierenden Aufbaus und zum Beispiel der daraus resultierenden Freiheit von wellenlängenabhängigen Abbildungsfehlern ist das Spiegelzoomobjektiv in einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.Some further embodiments according to the invention refer to a simple, compact, inexpensive to manufacture and optically high quality mirror zoom lens for image acquisition, the Zoom effect on a focal length change of a part of his based on optical components. The system has an example three times the variation range of the total focal length. It points a central shading-free beam path, for example the achievement of a high image quality allows. Different image angle ranges, z. B. equivalent to a small picture Focal length range from 35 mm to 105 mm, thereby being different variants covered by the mirror zoom lens. The mirror zoom lens has doing one for Schiefspiegler big maximum aperture for example 4.5 for that mentioned above Example or the above Zoom range. Taking advantage of an exclusively on Reflection-based structure and, for example, the resulting Freedom from wavelength-dependent aberrations The mirror zoom lens is in a wide range of electromagnetic Spectrum applicable.
In Kombination mit modernen Bildsensoren, wie z. B. CCD-Sensoren („CCD”: „charge coupled device”, ladungsgekoppelter Sensor) oder CMOS-Sensoren („CMOS”: „complementary metal-Oxide-semiconductor”, komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Sensoren), stellt das Spiegelobjektiv ein Kamerasystem mit variablem Bildwinkel und hoher Bildgüte über dem gesamten Zoombereich dar.In Combination with modern image sensors, such. B. CCD sensors ("CCD": "charge coupled device ", charge-coupled sensor) or CMOS sensors ("CMOS": complementary metal-oxide-semiconductor, complementary metal oxide semiconductor sensors), The mirror lens provides a camera system with variable angle of view and high picture quality over that entire zoom range.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung handelt es sich um ein System zur optischen Bilderzeugung und Bildaufnahme mit veränderbarem bzw. einstellbarem Bildwinkel, einem so genannten Zoomobjektiv, welches als Spiegeloptik ausgeführt ist.at some embodiments according to the invention it is a system for optical imaging and image acquisition with changeable or adjustable angle of view, a so-called zoom lens, which is designed as a mirror look is.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung haben den Vorteil, dass sie sich aufgrund der Ausführung als Spiegeloptik für den gesamten Spektralbereich von UV bis IR eignen. Rein auf Reflexion basierende Systeme haben keine wellenlängenabhängigen Abbildungsfehler und erreichen damit eine hohe Bildgüte. Ein solcher wellenlängenabhängiger Abbildungsfelder (chromatische Aberration) ist im Gegensatz dazu in allen auf Brechung beruhenden Objektiven (Linsenobjektive), wenn auch mehr oder weniger korrigiert, stets vorhanden. Unter anderem deshalb sind Linsenobjektive im Gegensatz zur Spiegeloptik nur innerhalb eines eingeschränkten Spektralbereichs einsetzbar.Some embodiments according to the invention have the advantage that they are due to the execution as Mirror optics for the entire spectral range from UV to IR are suitable. Pure on reflection based systems have no wavelength dependent aberrations and achieve a high image quality. One such wavelength-dependent imaging fields (chromatic aberration) is in contrast to refraction in all based lenses (lens lenses), though more or less corrected, always available. Among other things, lens lenses in contrast to the mirror optics only within a limited spectral range used.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann durch den Schiefspiegelansatz eine Zentralabschattung vermieden werden, wodurch keine dadurch verursachten kontrastmindernden Beugungseffekte auftreten.at some embodiments according to the invention can be avoided by the Schiefspiegelansatz a central shading whereby no contrast reducing diffraction effects caused thereby occur.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung verwenden deformierbare Spiegel zur Einstellung des Bildwinkels. Die Deformation wird genutzt, um eine Änderung des Krümmungsradius der Spiegel und somit der Brennweite herbeizuführen. Die Zoomwirkung wird mit einer geeigneten Kombination mehrerer solcher Spiegel erreicht.Further embodiments according to the invention use deformable mirrors to adjust the angle of view. The deformation is used to change the radius of curvature the mirror and thus bring the focal length. The zoom effect is achieved with a suitable combination of several such mirrors.
Das Erreichen einer hohen Bildgüte über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums wird durch die Verwendung reflektiver optischer Funktionselemente ermöglicht. Dementsprechend weisen einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ausschließlich Spiegel als optisch abbildende oder ablenkende Funktionselemente auf. Weiterhin ermöglicht der zentralabschattungsfreie Designansatz bzw. Aufbau eine Steigerung der Bildauflösung über dem gesamten Zoombereich des Objektivs.The Achieving a high image quality over a wide range of the electromagnetic spectrum is due to the Use of reflective optical functional elements allows. Accordingly, some embodiments according to the invention exclusively Mirror as optically imaging or distracting functional elements on. Furthermore possible the central shading-free design approach or construction an increase the image resolution above the entire zoom range of the lens.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird ein hoher Korrektionsgrad (der Abbildungsfehler) des optischen Systems durch die Verwendung nichtsphärischer Spiegelflächen erreicht. Hier spielen beispielsweise konische und bikonische Flächen eine Rolle. Damit die Komplexität des Systems einfach gehalten werden kann, können zum Beispiel die deformierbaren Spiegel als rotationssymmetrische Elemente ausgeführt werden.In further embodiments according to the invention, a high degree of correction (aberration) of the optical system is achieved through the use of non-spherical mirror surfaces. For example, conical and biconical surfaces play a role here. So that the complexity of the system For example, the deformable mirrors can be designed as rotationally symmetrical elements.
Eine große mechanische Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems in Kombination mit einem kleinen Bauvolumen kann durch den Einsatz deformierbarer Spiegel anstelle verschiebbarer Funktionselemente zur Einstellung des Bildwinkels erreicht werden. Die Fertigbarkeit des Systems und seiner Komponenten wird durch den Einsatz heute üblicher Präzisionsbearbeitungsmaschinen sichergestellt.A size mechanical stability and reliability of the system in combination with a small volume of construction can through the use of deformable mirrors instead of sliding functional elements to adjust the angle of view. The manufacturability The system and its components are becoming more common today Precision machinery ensured.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:embodiments according to the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. It demonstrate:
Des
Weiteren ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet, dass sich
ein gefalteter Strahlengang
Des
Weiteren sind der erste Spiegel
Zusätzlich ist
vor dem ersten Spiegel
Die Verwendung von reflektiven optischen Elementen ermöglicht es wellenabhängige Abbildungsfehler bzw. eine chromatische Aberration zu verhindern. Das Spiegelobjektiv ist daher in einem großen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.The Use of reflective optical elements allows it wave dependent To prevent aberrations or a chromatic aberration. The mirror objective is therefore in a wide wavelength range of the electromagnetic Spectrum applicable.
Entsprechend
dem Reflexionsgesetz führt
der Strahlengang
Nach
der Reflexion an dem zweiten Spiegel
Nach
einer Umlenkung um den zweifachen Einfallswinkel α3 führt der
Strahlengang
Entlang
einer fünften
Konstruktionsachse e4, die mit der vierten
Konstruktionsachse e3 den zweifachen Winkel α4 einschließt, führt der
Strahlengang
Die Längen der ersten bis fünften Konstruktionsachse (e0 bis e4) legen den Abstand zwischen den optischen Funktionselementen fest.The lengths of the first to fifth construction axis (e 0 to e 4 ) determine the distance between the optical functional elements.
Des
Weiteren zeigen die gestrichelten Linien
Der
zweite Spiegel
Die Durchmesser des ersten bis vierten Spiegels sind entsprechend der Spiegelnummern mit D1, D2, D3 und D4 gekennzeichnet.The diameters of the first to fourth mirrors are labeled with D 1 , D 2 , D 3 and D 4 according to the mirror numbers.
Das
Spiegelobjektiv
Die
gewölbten
Flächen
bei dem ersten und vierten Spiegel
Der
Begriff Einfallslot bezieht sich entsprechend dem Reflexionsgesetz
auf die winkelhalbierende Symmetrieachse zwischen den beiden Konstruktionsachsen
die entlang des Strahlengangs auf einen Spiegel treffen. Im Fall
eines dezentrierten Spiegels, wie beispielsweise dem zweiten Spiegel
Durch
eine dezentrierte Nutzung von Spiegelflächen, wie es in
Da
ein großer
Abstand von dem vierten Spiegel
Die
Hauptsymmetrierichtung der Winkelverkippung der einzelnen Spiegel
wird durch die eingezeichneten Achsen e0,
e1, e2, e3 und e4 festgelegt.
Die Verkippungswinkel α1, α2, α3 und α4 sind dem jeweils entsprechenden Spiegel
zugeordnet und bestimmen die Verkippung relativ zu den Achsen e0 bis e4. α5 bezeichnet
den Verkippungswinkel der Bildebene
Die
in der Anordnung zusätzlich
auftretenden Lateralverschiebungen zwischen dem Auftreffpunkt der Achsen
e1 bis e4 auf den
zweiten Spiegel
Die
abschattungsfreie Anordnung wird durch einen Kompromiss von Verdrehungswinkel α1 bis α5 und den
Abständen
zwischen den optischen Komponenten, gemessen als Länge der
Achsen e1 bis e4,
erreicht. Die Drehungen erfolgen für den ersten Spiegel
Der
zweite Spiegel
Da
der vierte Spiegel
Die Änderung
der Brennweite wird beispielsweise durch eine definierte Änderung
der Krümmungsradien
des ersten Spiegels
Zusätzliche
Abbildungsfehler, hauptsächlich
prinzipbedingter Astigmatismus und Bildfeldwölbung, können mit dem zweiten Spiegel
In
der Berechnung des in
Dabei bezeichnet D den Durchmesser des Rands, R den Krümmungsradius und κ die konische Konstante.there D denotes the diameter of the rim, R the radius of curvature and κ the conical Constant.
Das
zentralabschattungsfreie Spiegelzoomobjektiv
Die
vollständige
optische Charakterisierung des in
Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 1 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deck glases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The Data in the last field of the line with the specified intervals in Table 1 gives 0.6 mm the thickness of the deck glass and 0.7 mm the distance between the coverslip and the image sensor or the image plane at.
Die
Länge der
Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung
d5 und der Winkel α5 beziehen
sich auf die Lage des Deckglases
Das
Deckglas
In
Zusätzlich ist
in jedem der drei Felder ein Kreis
Des
Weiteren ist in jedem der drei Felder ein IMA Parameter
Zusätzlich sind
für die
drei Felder Werte für
einen RMS Radius
Das
Spotdiagramm
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Die
Das
Spiegelzoomobjektiv umfasst wiederum vier Spiegel, wobei der erste
Spiegel
Des
Weiteren unterscheidet sich das Spiegelzoomobjektiv
Die
vollständige
optische Charakterisierung des Spiegelzoomobjektivs
Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 3 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deckglases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The data in the last field of the line with the specified distances in Table 3 gives the thickness of the cover glass at 0.6 mm and the distance between the cover glass and the image sensor at 0.7 mm Image plane.
Die
Länge der
Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung
d5 und der Winkel α5 beziehen
sich auf die Lage des Deckglases
Das
Deckglas
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Die
Im
Unterschied zu den in
Des
Weiteren unterscheidet sich das Spiegelzoomobjektiv
Die
vollständige
optische Charakterisierung des Supertele-Spiegelzoomobjektivs
Der
zweite Spiegel
Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 5 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deckglases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The Data in the last field of the line with the specified intervals in Table 5 gives 0.6 mm the thickness of the cover glass and 0.7 mm the distance between the coverslip and the image sensor or the image plane at.
Die
Länge der
Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung
d5 und der Winkel α5 beziehen
sich auf die Lage des Deckglases
Das
Deckglas
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Das
Spotdiagramm zeigt für
das in
Die
Die
beiden Bildsensoren
Dazu
wird der Strahlengang nach dem vierten Spiegel
Eine
Anwendung für
das Bildaufnahmesystem bzw. das Spiegelzoomobjektiv mit zwei Bildsensoren ist
beispielsweise im Bereich der multispektralen Feldüberwachung
möglich.
Konventionelle Feldüberwachungssysteme
arbeiten oft entweder im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich,
da die dort zum Einsatz kommenden Optiken häufig refraktive Komponenten
mit chromatischen Abbildungsfehlern besitzen und somit auf eingeschränkte Spektralbereiche
begrenzt sind. Hier bietet das beschriebene Spiegelobjektiv bzw.
das Bildaufnahmesystem
Hier
wird jedoch der Aperturspiegel bzw. der dritte Spiegel
Durch
die Kombination des dritten Spiegels
Bei
einer Anwendung beispielsweise im infraroten Spektralbereich ist
zur Unterdrückung
von Streulicht häufig
eine so genannte kalte Blende („cold stop”) vorzusehen. Diese wird gewöhnlich in
einer Austrittspupille des Systems angeordnet. Da das oben beschriebene
System eine nahezu telezentrische Anordnung ist und sich damit seine
Austrittspupille im Unendlichen befindet, wird bei diesem Bildaufnahmesystem
Um
die Abbildungsqualität
des Systems nicht unnötig
zu verschlechtern, sind für
diese Relay-Optik im Vergleich zum oben beschriebenen System lange
Brennweiten notwendig. Einige Relay-Optik-Ansätze sind beispielsweise in „J. Michael
Rodgers, Unobscured mirror designs, International Optical Design
Conference 2002, Proc. of SPIE Bd. 4.832” zu finden. Bei Verwendung
beispielsweise eines klassischen Offner-Aufbaus, wie z. B. in der
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Tele-Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Supertele-Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Bildaufnahmesystem bzw. eine Multispektralkamera mit zwei Bildsensoren, ein Spiegelzoomobjektiv und zwei Bildsensoren unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeiten, ein Bildaufnahmesystem bzw. ein Kamerasystem mit Kombination von dem dritten Spiegel und dem Sensordeckglas, ein Spiegelzoomobjektiv mit kombiniertem Deckglas, ein Spiegelzoomobjektiv mit zusätzlicher Offner-Relay-Anordnung oder ein Bildaufnahmesystem bzw. ein Kamerasystem mit einem Spiegelzoomobjektiv mit zusätzlicher Zwischenabbildung für den infraroten Spektralbereich.Some embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens with two deformable ones Mirror, a telephoto zoom lens with two deformable mirrors, a super-telephoto zoom lens with two deformable mirrors, an image recording system or a multi-spectral camera with two image sensors, a mirror zoom lens and two image sensors different spectral sensitivities, an image acquisition system or a camera system with combination of the third mirror and the sensor cover glass, a mirror zoom lens with combined cover glass, a mirror zoom lens with additional Offner relay arrangement or an image acquisition system or a camera system with a mirror zoom lens with additional Interim picture for the infrared spectral range.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv zur Verwendung in einem Kamerasystem, das als Helmkamera für Rettungskräfte ausgelegt ist. Auch hier bietet die Möglichkeit der hoch quali tativen multispektralen Abbildung mit einem Objektiv in Verbindung mit mehreren Bildsensoren für unterschiedliche Spektralbereiche deutliche Vorteile. Die Zoomfunktionalität ermöglicht es beispielsweise der Rettungskraft durch visuelle Prüfung mittels Kamera verrauchte oder mit Wasserdampf gefüllte Innenräume nach Verunglückten abzusuchen, ohne dass sich der Retter tastend durch das Gebäude vorarbeiten muss. Damit können z. B. Verunfallte leichter gefunden werden, ohne den Retter unnötig Gefahren auszusetzen. Diese Anwendung setzt robuste Systeme mit geringem Bauvolumen voraus. Durch die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur Brennweiteneinstellung können diese Anforderungen von dem beschriebenen Spiegelzoomobjektiv erfüllt werden.Further embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens for use in one Camera system designed as a helmet camera for rescue workers is. Again, the opportunity offers High-quality multispectral imaging with a lens in conjunction with several image sensors for different spectral ranges clear advantages. The zoom functionality allows, for example, the Rescue force through visual examination smoked by camera or filled with water vapor inside rooms crashed scan without the rescuer groping groping through the building got to. With that you can z. For example, accident victims can be found more easily without exposing the rescuer to unnecessary dangers. This application requires robust, low volume systems. Through the use of deformable mirrors for focal length adjustment can these requirements are met by the described mirror zoom lens.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelzoomobjektivs im Bereich von Fahrerassistenzsystemen. Autofahrten im Nebel stellen heute immer noch ein erhöhtes Unfallrisiko dar. Die behinderte Sicht lässt Hindernisse oft zu spät erscheinen. Eine Möglichkeit der Fahrerassistenz ist eine Kamera, die in dem Teil des infraroten Spektralbereichs arbeitet, in dem Nebel transparent ist und somit eine erhöhte Sichtweite ermöglicht. Die Zoomfunktion erlaubt zusätzlich eine Anpassung des Bildwinkels an Gegebenheiten in der Umgebung, wie z. B. die Straßenbreite. Hier bietet die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur Brennweiteneinstellung deutliche Vorteile für den Einsatz im Automobil. Beispielsweise die größere Stabilität und das kleine Bauvolumen wirken sich hier positiv aus.Some embodiments according to the invention refer to an application of a mirror zoom lens in the area of driver assistance systems. Car rides in the fog pose today still an elevated one Accident risk. The obstructed view often makes obstacles appear too late. A possibility the driver assistance is a camera that is in the part of the infrared Spectral range works in which fog is transparent and thus an increased Visibility allows. The zoom function also allows an adaptation of the image angle to circumstances in the environment, such as B. the street width. Here offers the use of deformable mirrors for focal length adjustment significant benefits for the use in the automobile. For example, the greater stability and the Small construction volumes have a positive effect here.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelzoomobjektivs im Bereich der Fernerkundung, wie beispielsweise die visuelle und multispektrale Luftbildaufnahme. Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung werden zunehmend unbemannte Kleinflugzeuge eingesetzt. Auch dabei werden sehr hohe Anforderungen an die Kamera und das Objektiv hinsichtlich der optischen Auflösung und der mechanischen Stabilität gestellt. Daher ist es von Vorteil, anstatt der bisherigen verschiebbaren optischen Komponenten zur Realisierung der Zoomfunktionalität, deformierbare Elemente mit erhöhter Robustheit einzusetzen.Further embodiments according to the invention refer to an application of a mirror zoom lens in the area remote sensing, such as the visual and multispectral Aerial photograph. In the course of progressive miniaturization increasingly unmanned small aircraft are used. Also here Very high demands are made on the camera and the lens the optical resolution and mechanical stability. Therefore, it is beneficial instead of the previous relocatable optical components to realize the zoom functionality, deformable Elements with elevated To use robustness.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelobjektivs in ortsauflösenden Spektrometern, Hyper- oder Multispektral-Abbildungssystemen (Hyper- oder Multispectral Imaging System). Diese Systeme bestehen aus einem Objektiv und zum Beispiel einem System zur aktiven oder passiven spektralen Modulation des Bildes, der als abbildender Spektrograph oder abbildendes Spektrometer bezeichnet wird. Die örtliche spektrale Zusammensetzung des Bildes kann durch aktive Modulation (z. B. Fourier-Transformations-Spektrometer; Hadamard-Transformations-Spektrometer), durch passive Modulation (z. B. passives Hadamard-Transformations-Spektrometer), spektrale Aufspaltung (z. B. Gitter-Spektrometer) und/oder örtlichen und/oder spektralen Filterung (z. B. Filterrad-Spektrometer, Akusto-Optisches-Transformations-Spektrometer, Spektrometer mit Fabry-Perot-Interferonmeter) realisiert werden. Das Spiegelzoomobjektiv bietet dabei den Vorteil einer guten spektralbreitbandigen Abbildungsqualität, einem sehr guten Streulichtverhalten (Eliminierung von Geisterbildern), eines möglichen Einsatzes in verschiedenen Wellenlängenbereichen (z. B. ultraviolettem, sichtbaren und/oder infrarotem Spektralbereich) und einer Eliminierung von aufwändigen Breitband-Entspiegelungen. Zusätzlich bietet die Funktionalität des Spiegelobjektivs die Möglichkeit die im Vergleich zu normalen Kameras geringere örtliche Auflösung der Systeme optimal an den zu erfassenden Bildbereich anzupassen.Further embodiments according to the invention relate to an application of a mirror objective in spatially resolving spectrometers, hyper or multi-spectral imaging systems (hyper or multispectral imaging system). These systems consist of a lens and, for example, a system for active or passive spectral modulation of the image, referred to as an imaging spectrograph or imaging spectrometer. The spatial spectral composition of the image may be determined by active modulation (eg, Fourier transform spectrometer, Hadamard transform spectrometer), passive modulation (eg, passive Hadamard transform spectrometer), spectral splitting (e.g. Grating spectrometer) and / or local and / or spectral filtering (eg filter wheel spectrometer, acousto-optical-transformation spectrometer, spectrometer with Fabry-Perot interferon meter). The mirror zoom lens offers the advantage of a good spectral broadband imaging quality, a very good scattered light behavior (elimination of ghosting), possible use in different wavelength ranges (eg ultraviolet, visible and / or infrared spectral range) and the elimination of expensive broadband antireflective coatings. In addition, the functionality of the mirror lens offers the possibility to optimally adapt the lower spatial resolution of the systems compared to normal cameras to the image area to be acquired.
Als Geisterbilder bezeichnet man unscharfe oder geisterhafte Bilder heller Lichtquellen, die beispielsweise durch Reflexionen von Linsenoberflächen verursacht werden.When Ghost pictures are called blurred or ghostly pictures bright light sources caused, for example, by reflections from lens surfaces become.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Verwendung eines Spiegelzoomobjektivs in mobilen Geräten. Durch die beschriebenen Vorteile werden Applikationen adressierbar, wie beispielsweise in mobilen Geräten, die mit dem Stand der Technik nicht erreichbar sind.Further embodiments according to the invention refer to using a mirror zoom lens in mobile devices. The advantages described make applications addressable, such as for example in mobile devices, which are not achievable with the prior art.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird zum Einstellen der gewünschten Systembrennweite zunächst der erste Spiegel entsprechend der gewünschten Systembrennweite voreingestellt und danach mit dem vierten Spiegel das gewünschte Objekt fokussiert. Dabei kann der deformierbare erste Spiegel mit einem Sensor versehen werden, der eine Kontrolle des Krümmungszustands zulässt. Dieser Sensor kann z. B. als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein. Mittels einer Nachschlagetabelle (Look-Up-Tabelle) kann damit die gewünschte Krümmung entsprechend der geforderten Systembrennweite voreingestellt werden. Der zweite deformierbare Spiegel wird so eingestellt, dass das Objekt scharf auf dem Sensor bzw. Detektor abgebildet wird. Dazu kann beispielsweise ein Kontrastverfahren oder ein zusätzlicher Autofokussensor verwendet werden.at some embodiments according to the invention is used to set the desired System focal length first the first mirror preset according to the desired system focal length and then focus the desired object with the fourth mirror. there the deformable first mirror can be provided with a sensor, a control of the curvature state allows. This sensor can, for. B. be designed as strain gauges. By means of a look-up table (look-up table) can thus the desired curvature be pre-set according to the required system focal length. The second deformable mirror is adjusted so that the object sharp imaged on the sensor or detector. This can for example a contrast method or an additional autofocus sensor used become.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann eine vorhandene, brennweitenabhängige Verzeichnung (geometrischer Abbildungsfehler) des abschattungsfreien Spiegelzoomobjektivs bei ihrer Kenntnis mit einer Software nachträglich im Bild korrigiert werden.at some embodiments according to the invention can an existing, focal length dependent distortion (geometric Aberration) of the shadow-free mirror zoom lens their knowledge with a software subsequently be corrected in the image.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung weisen Konstruktionen für die deformierbaren Spiegel auf, die bei einer Krümmungsänderung die Lage des Scheitels verändern, was in Verbindung mit einem Schiefspiegler eine laterale Verschiebung des Bildes auf dem Detektor zur Folge hat, die jedoch in den beschriebenen Spiegelobjektiven ausreichend klein bleibt.Further embodiments according to the invention show constructions for the deformable mirrors, which at a change in curvature, the position of the apex change, which in connection with a Schiefspiegler a lateral shift the image on the detector result, but in the described Mirror lenses remains sufficiently small.
Einige der Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen zur Reduktion von Falschlicht im Strahlengang geeignete Abschirmungen, wie beispielsweise Blenden und/oder Strahlfallen.Some the embodiments according to the invention include suitable for the reduction of stray light in the beam path Shields, such as screens and / or beam traps.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen einen deformierbaren Spiegel, der nur einen Aktuator zur Veränderung des Krümmungsradius aufweist. Solche deformierbaren Spiegel weisen einen kompakten Aufbau und eine einfache Ansteuerung auf.Further embodiments according to the invention comprise a deformable mirror which only has one actuator for change the radius of curvature having. Such deformable mirrors have a compact construction and a simple control on.
Eine
Beschreibung einer Positionierung von asphärischen und unter Umständen nicht
symmetrischen Spiegelflächen
im Strahlengang eines Schiefspieglers erweist sich im Vergleich
zu rotationssymmetrischen Systemen als aufwändig. Da hier letztendlich
keine optische Achse bzw. keine gemeinsame optische Achse für das gesamte
Objektiv definiert werden kann und zusätzlich ein als Spiegel wirkendes
Flächenstück selbst nicht
unbedingt Symmetrien oder Vorzugsrichtungen besitzen muss, ist es
schwierig, Abstände
und Verkippungen unterschiedlicher optischer Elemente eindeutig
bzw. koordinatenunabhängig
anzugeben. Für
eine teilweise Festlegung der Lage der optischen Flächen zueinander
werden im Folgenden, wie in
Von
jedem Objektpunkt geht ein beispielsweise durch eine Aperturblende
des optischen Systems begrenztes Strahlenbündel aus, welches auf den unterschiedlichen
optischen Flächen
jeweils eine bestimmte Fläche
entsprechend dem Bündelquerschnitt
einnimmt. Dieser Querschnitt ist im Allgemeinen für unterschiedliche
Objektpunkte nach Lage und Größe auf einer
Spiegelfläche
verschieden. Die Gesamtheit aller Bündelquerschnitte auf einer
Fläche
bildet den optisch aktiven Anteil
Mit
Hilfe der Referenzpunkte kann, wie in
Im
Unterschied zu
Die
Verdrehung innerhalb der gemeinsamen Referenzebene
Zu Gunsten einer Implementierung für eine Optikrechnung können leicht modifizierte Größen zur Lagebeschreibung der Komponenten des Spiegelobjektivs herangezogen werden. Dieser Sachverhalt beeinträchtigt jedoch die oben gegebenen Definitionen nicht, da ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den entsprechenden Größen besteht.To Favoring an implementation for an optics bill can slightly modified sizes for Location description of the components of the mirror lens used become. However, this fact affects the above Definitions are not, since a clear relationship between the corresponding sizes.
Einige
Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung
entsprechen in ihrer Anordnung der in
Bei
einigen Ausführungsbeispielen
gemäß der Erfindung
weisen die Winkel β1 bis β4, wie in
Einige
Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung
umfassen ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit variablem
Bildwinkel bestehend aus einem ersten Spiegel bzw. einem ersten
deformierbaren Spiegel, einem zweiten Spiegel bzw. einem zweiten
entweder deformierbaren oder starren Spiegel, einem dritten Spiegel
bzw. einem dritten entweder deformierbaren oder starren Spiegel,
und einem vierten Spiegel bzw. einem vierten deformierbaren Spiegel,
wobei die Winkel β1 bis β4 zwischen einer Normalen
Entsprechend
einem Aspekt umfassen manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit variablem Bildwinkel
bestehend aus einem ersten Spiegel bzw. einem ersten deformierbaren
Spiegel
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv die Deformation der deformierbar ausgeführten Spiegel aus einer Änderung des Krümmungsradius und/oder der konischen Konstante und/oder höheren Ordnungen bestehen.According to one Another aspect may be in the mirror lens, the deformation of the deformed executed Mirror from a change the radius of curvature and / or the conical constant and / or higher orders.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der deformierbare vierte Spiegel für alle Deformationszustände konkav gekrümmt sein.Corresponding In another aspect, the deformable mirror may be the mirror lens fourth mirror for all deformation states concave curved be.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der dritte Spiegel die Funktion einer Aperturblende aufweisen.According to one Another aspect may be in the mirror lens of the third mirror have the function of an aperture stop.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der dritte Spiegel eine torische oder bikonische Fläche aufweisen.Corresponding In another aspect, the mirror may be the third mirror a toric or biconical area exhibit.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der erste Spiegel bzw. der erste deformierbare Spiegel plan oder konvex sein und der Betrag seines Krümmungsradius größer als das 0,9-fache der minimalen Systembrennweite sein und eine konische Konstante aufweisen, die größer oder gleich 0 ist, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel und dem zweiten Spiegel zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Zusätzlich ist der zweite Spiegel bzw. der asphärische zweite Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite und der Betrag der Lateralverschiebung (d2) seiner mechanischen Mittenachse vom Auftreffpunkt der Konstruktionsachse (e1) ist kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel und dem dritten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und wobei die Länge der Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel und dem vierten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Des Weiteren ist der vierte Spiegel bzw. deformierbare vierte Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite und weist eine konische Konstante, die größer oder gleich 0 ist, auf, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel und dem Sensordeckglas zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.In another aspect, in the mirror objective, the first mirror or first deformable mirror may be planar or convex and the amount of its radius of curvature greater than 0.9 times the minimum system focal length and having a conic constant greater than or equal to zero wherein the length of the design axis (e 1 ) between the first mirror and the second mirror is between 1 and 10 times the minimum system focal length. In addition, the second mirror or aspheric second mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 2 times and 20 times the minimum system focal length and the amount of lateral displacement (d 2 ) of its mechanical center axis from the point of impact of the design axis (e 1 ) is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the design axis (e 2 ) between the second mirror and the third mirror being between 0.5 and 6 times the minimum system focal length, and the length of the Design axis (e 3 ) between the third mirror and the fourth mirror is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length. Furthermore, the fourth mirror or deformable fourth mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and has a conic constant greater than or equal to 0, the length of the Design axis (e 4 ) between the fourth mirror and the sensor cover glass between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der erste Spiegel bzw. der erste deformierbare Spiegel plan oder konkav sein und der Betrag seines Krümmungsradius größer als das 0,9-fache der minimalen Systembrennweite sein und eine konische Konstante aufweisen, die größer oder gleich 0 ist, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel und dem zweiten Spiegel zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Zusätzlich ist der zweite Spiegel bzw. der asphärische zweite Spiegel konvex und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite und der Betrag der Lateralverschiebung (d2) seiner mechanischen Mittenachse vom Auftreffpunkt der Konstruktionsachse (e1) ist kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel und dem dritten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und wobei die Länge der Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel und dem vierten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Des Weiteren ist der vierte Spiegel bzw. der deformierbare vierte Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite und weist eine konische Konstante, die größer oder gleich 0 ist, auf, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel und dem Sensordeckglas zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.According to another aspect, in the mirror objective, the first mirror or the first deformable mirror may be planar or concave and the amount of its radius of curvature may be greater than 0.9 times the minimum system focal length and have a conic constant greater than or equal to zero wherein the length of the design axis (e 1 ) between the first mirror and the second mirror is between 1 and 10 times the minimum system focal length. In addition, the second mirror or aspheric second mirror is convex and the amount of its radius of curvature is between 2 times and 20 times the minimum system focal length and the amount of lateral displacement (d 2 ) of its mechanical center axis from the point of impact of the design axis (e 1 ) is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the design axis (e 2 ) between the second mirror and the third mirror being between 0.5 and 6 times the minimum system focal length, and the length of the Design axis (e 3 ) between the third mirror and the fourth mirror is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length. Further, the fourth mirror or deformable fourth mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and has a conic constant greater than or equal to 0, the length being the design axis (e 4 ) between the fourth mirror and the sensor cover glass is between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv zum Fokussieren die Änderung der Krümmung des vierten Spiegels verwendet werden.According to one Another aspect may be the change in the mirror objective for focusing the curvature of the fourth mirror.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv unmittelbar vor dem dritten Spiegel bzw. asphäri schen dritten Spiegel eine in ihrer Öffnung variable Aperturblende angeordnet sein.Corresponding Another aspect may be in the mirror lens immediately before the third mirror or aspherical rule third mirror one in her mouth be arranged variable aperture.
Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die Verspiegelungsschichten des ersten bis vierten Spiegels metallische Schichten, dielektrische Schichten oder dielektrische Schichtstapel oder eine Kombination aus metallischen und dielektrischen Schichten aufweisen.According to one another aspect in the mirror objective, the mirroring layers of the first to fourth mirror metallic layers, dielectric layers or dielectric layer stacks or a combination of metallic ones and dielectric layers.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv die spektrale Reflektivität der Verspiegelungsschichten an einen Wellenlängenbereich angepasst sein.According to another aspect, in the mirror objective, the spectral reflectivity of the Ver mirror layers to be adapted to a wavelength range.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv mindestens ein deformierbarer Spiegel mindestens einen Sensor aufweisen, der eine Aussage über seinen Deformationszustand liefert.According to one Another aspect may be at least one deformable in the mirror lens Mirror have at least one sensor that provides information about his Deformation state supplies.
Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv im Strahlengang mindestens eine weitere Blende, die nicht als Aperturblende wirkt, so geformt und angeordnet sein, dass Streulicht reduziert wird. Die weitere Blende kann dabei als separates optisches Bauelement ausgelegt sein oder beispielsweise durch innen liegende Flächen eines Gehäuses des Spiegelobjektivs realisiert sein. Die Blende kann dabei Streulicht absorbierende Flächen aufweisen. Es ist jedoch auch beispielsweise möglich, Flächen der Blende oder des Gehäuses mit reflektierenden Schichten auszubilden, um Streulicht auf andere Flächen abzulenken, die dann ihrerseits Streulicht absorbierende Schichten aufweisen.Corresponding Another aspect may be in the mirror lens in the beam path at least one further diaphragm, which does not act as an aperture diaphragm, be shaped and arranged so that stray light is reduced. The additional aperture can be used as a separate optical component be designed or for example by internal surfaces of a housing be realized the mirror lens. The aperture can be stray light absorbing surfaces exhibit. However, it is also possible, for example, surfaces of the panel or the housing with form reflective layers to scatter light on others surfaces divert the then stray light absorbing layers exhibit.
Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv vor dem ersten Spiegel und/oder nach dem vierten Spiegel weitere optische Funktionselemente angeordnet sein.According to one another aspect in the mirror lens in front of the first mirror and / or after the Fourth mirror further optical functional elements may be arranged.
Entsprechend einem anderen Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die optischen Funktionselemente reflektive und/oder refraktive und/oder diffraktive Eigenschaften aufweisen und/oder die Intensität und/oder die Polarisation und/oder die spektralen Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung beeinflussen, also beispielsweise Spiegel, Fenster, Filter, Polarisatoren und/oder Linsen, prismatische Körper und/oder Beugungsgitter und/oder photonische Kristalle umfassen.Corresponding another aspect in the case of the mirror objective, the optical functional elements are reflective and / or have refractive and / or diffractive properties and / or the intensity and / or the polarization and / or the spectral properties influence the electromagnetic radiation, so for example Mirrors, windows, filters, polarizers and / or lenses, prismatic body and / or diffraction gratings and / or photonic crystals.
Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv zwischen dem ersten bis vierten Spiegel weitere planoptische Funktionselemente angeordnet sein.According to one another aspect in the mirror lens between the first to fourth mirror be arranged further plane optical functional elements.
Entsprechend einem anderen Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die planoptischen Funktionselemente Spiegel und/oder Fenster und/oder Filter und/oder Polarisatoren und/oder prismatische Körper sein.Corresponding another aspect in the case of the mirror objective, the plane-optical functional elements mirror and / or windows and / or filters and / or polarizers and / or prismatic body be.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Bildaufnahmesystem bestehend aus einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit variablem Bildwinkel und mindestens einem Sensor oder Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einem Element und einer Ausleseelektronik für den Sensor oder Detektor.Some embodiments according to the invention refer to an image acquisition system consisting of a central shading free Mirror lens with variable angle of view and at least one sensor or detector for detecting electromagnetic radiation with at least an element and readout electronics for the sensor or detector.
Entsprechend einem Aspekt umfassen manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ein Bildaufnahmesystem, bei dem der Strahlengang vor dem Bildsensor mit einem Strahlteiler spektral selektiv auf mindestens einen weiteren Bildsensor gelenkt wird.Corresponding In one aspect, some embodiments include embodiments of the invention an image pickup system in which the beam path in front of the image sensor with a beam splitter spectrally selective to at least one other Image sensor is steered.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Bildaufnahmesystem der dritte Spiegel und das Deckglas zu einem optischen Bauteil kombiniert sein.According to one another aspect may be the third mirror in the image pickup system and the coverslip combined to form an optical component.
Entsprechend einem weiteren Aspekt kann das Bildaufnahmesystem einen Autofokussensor aufweisen.Corresponding In another aspect, the image capture system may include an autofocus sensor exhibit.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein ortsauflösendes Spektrometer oder ein Hyper-Spektral-Abbildungssystem (Hyper-Spectral-Imaging-System) oder ein Multi-Spektral-Abbildungssystem (Multi-Spectral-Imaging-System), bestehend aus einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit variablem Bildfeld und mindestens einem System und/oder Bauelement und/oder Baugruppe zur aktiven Modulation und/oder passiven Modulation und/oder Filterung der spektralen und/oder örtlichen Strahlungsverteilung und einem Detektor für elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Element zur Bildaufnahme.Some embodiments according to the invention refer to a spatially resolving Spectrometer or a hyper-spectral imaging system (Hyper-Spectral Imaging System) or a multi-spectral imaging system (Multi-spectral imaging system) consisting of a central shading-free mirror lens with variable field of view and at least one system and / or component and / or module for active modulation and / or passive modulation and / or filtering the spectral and / or local radiation distribution and a detector for electromagnetic radiation with at least one element for image acquisition.
Bei einigen Ausführungsbeispielen werden der Bildsensor bzw. Detektor und der Begriff Bildebene für das gleiche Element verwendet, da ein Bildsensor normalerweise an dem Ort der Bildebene angeordnet wird. Der Bildsensor ist aber kein zwingender Bestandteil des Spiegelzoomobjektivs. Wird das Spiegelzoomobjektiv beispielsweise in einem Bildaufnahmesystem verwendet, kann ein Bildsensor auch erst an einer nach der Bildebene des Spiegelzoomobjektivs befindlichen weiteren Bildebene des Bildaufnahmesystems angeordnet sein. Die Bildebene des Spiegelzoomobjektivs stellt dann eine Zwischenbildebene des Bildaufnahmesystems dar.at some embodiments become the image sensor or detector and the term image plane for the same Element used as an image sensor normally at the location of Image plane is arranged. The image sensor is not mandatory Part of the mirror zoom lens. For example, if the mirror zoom lens becomes used in an image capture system, an image sensor can also only at one located after the image plane of the mirror zoom lens be arranged further image plane of the image recording system. The Image plane of the mirror zoom lens then provides an intermediate image plane of the image recording system.
Schließlich sei noch erwähnt, dass unter dem oben verwendeten Begriff der Systembrennweite bzw. Gesamtbrennweite eines Objektivs beispielsweise der Abstand der bildseitigen Hauptebene zum bildseitigen Brennpunkt verstanden werden kann.Finally, it should be mentioned that under the term used above the system focal length or Total focal length of a lens, for example, the distance of the image-side main plane to the image-side focal point can be understood.
Des
Weiteren ist die optische Achse einer rotationssymmetrischen Fläche gleich
einer Symmetrieachse, die durch den Scheitelpunkt und den Krümmungsmittelpunkt
der Fläche
verläuft.
Bei Flächen,
die keine Symmetrieachse aufweisen, kann die optische Achse durch
einen Richtungsvektor, wie in
Der Begriff Bildfeld bezeichnet einen Teil der Bildebene, der vom Bildkreis begrenzt wird, nämlich den Teil der Bildebene, auf den das Objektiv mit ausreichender Bildqualität abbildet. Das Bildfeld muss dabei nicht notwendigerweise kreisförmig sein.Of the Term Image field refers to a part of the image plane, that of the image circle is limited, namely the part of the image plane onto which the lens images with sufficient image quality. The image field does not necessarily have to be circular.
Unter Schärfentiefe versteht man den Bereich im Objektraum vor und hinter einem fokussierten Objekt, in dem ein Bild scharf dargestellt wird. Beispielsweise ist das der Fall, so lange ein punktförmiges Objekt auf eine Fläche abgebildet wird die kleiner als ein Pixel oder Pixelcluster eines Bildsensors ist.Under depth of field one understands the area in the object space in front of and behind a focused one Object in which an image is sharply displayed. For example this is the case as long as a point-like object is imaged onto a surface becomes smaller than a pixel or pixel cluster of an image sensor is.
Unter dem Begriff „wellenlängenunabhängig” ist in Zusammenhang mit dem beschriebenen Spiegelzoomobjektiv zu verstehen, dass sich in einem ausgedehnten Bereich des elektromagnetischen Wellenspektrums, der beispielsweise den ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich umfasst, keine erkennbaren wellenlängenabhängigen Abbildungsfehler ergeben.Under the term "wavelength independent" is in To understand the relationship with the described mirror zoom lens, that is in a wide range of electromagnetic Wave spectrum, for example, the ultraviolet, visible and infrared spectral range, no detectable wavelength-dependent aberrations result.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten, das erfindungsgemäße Schema bzw. Teile der Bildkorrektur auch in Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.Especially It should be noted that, depending on the circumstances, the scheme of the invention or parts of the image correction can also be implemented in software can. The implementation can be done on a digital storage medium, in particular a floppy disk or a CD with electronically readable control signals done so interact with a programmable computer system can that the corresponding procedure is carried out. Generally exists The invention thus also in a computer program product on a machine readable carrier stored program code for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In in other words, Thus, the invention can be considered as a computer program with a program code to carry out of the method realized when the computer program product runs on a computer.
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