DE10123155A1

DE10123155A1 - Zoom objective for aerospace camera employing non-achromatic lens, employs beam splitters and RGB filters to form individually-focused images

Info

Publication number: DE10123155A1
Application number: DE2001123155
Authority: DE
Inventors: Anko Boerner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Beam splitters (4-6) along the optical axis (3) are located to correspond with the image-formation focal distance at the wavelength passed by each respective filter (7-9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Zoomobjektiv für ein optisches System, insbesondere für eine Kamera.The invention relates to a zoom lens for an optical system, in particular for a camera.

Zoomobjektive finden breite Anwendung in kommerziellen und wissenschaftlichen Bereichen. Sie dienen der meist stufenlosen Veränderung eines bestimmten Raumwinkels und damit der Vergrößerung oder Verkleinerung des Abbildungsmaßstabes. Durch deren Nutzung ist man in der Lage, ein Objekt in unterscheidlichen Abbildungsmaßstäben darzustellen. Bisherige Zoomobjektive benutzen in der Regel einen Verstellmechanismus, der eine Auswahl eines bestimmten Abbildungsmaßstabes gestattet.Zoom lenses are widely used in commercial and scientific fields. They serve the mostly infinitely variable change a certain solid angle and thus the magnification or Reduction of the image scale. By using them you are in the Able to represent an object in different imaging scales. Previous zoom lenses usually use an adjustment mechanism, which allows a selection of a certain image scale.

In bestimmten Umgebungen ist die Anwendung von Stellmechanismen kritisch. Auf Geräten im Weltall beispielsweise müssen die durch die Stellbewegungen erzeugten Impulse durch Drallräder oder ähnliches ständig kompensiert werden. Klassische Zoomobjektive kommen daher mitunter nicht in Frage. Alternativ können Systeme verwendet werden, die mehrere Kameras mit Objektiven unterschiedlicher Brennweite beinhalten, was jedoch sehr aufwendig und kostspielig ist.The use of adjusting mechanisms is critical in certain environments. On devices in space, for example, they have to be adjusted generated impulses constantly compensated by swirl wheels or the like become. Classic zoom lenses are therefore sometimes out of the question. Alternatively, systems can be used that have multiple cameras Lenses of different focal lengths contain what a lot is complex and costly.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Zoomobjektiv zu schaffen, das ohne Stellbewegungen eine Veränderung des Abbildungsmaßstabes ermöglicht.The invention is therefore based on the technical problem of a zoom lens to create a change in the Reproduction scale enables.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subject the features of claim 1. Further advantageous refinements the invention emerge from the subclaims.

Hierzu umfaßt das Zoomobjektiv ein Objektiv mit einer chromatischen Aberration, mindestens einen Strahlenteiler, einen Spektralfilter und einen optischen Detektor, wobei der Strahlenteiler entlang der optischen Achse derart angeordnet ist, dass der gewünschte Abbildungsmaßstab für die den Filter zugeordnete Wellenlänge sich einstellt. Dabei wird der Effekt der chromatischen Aberration ausgenutzt, dass der Brennpunkt eines Objektives von der Wellenlänge abhängt. Dieser an sich unerwünschte Effekt wird erfindungsgemäß gerade verstärkt bzw. ausgenutzt. Dadurch können durch die Auskopplung bestimmter Spektralbereiche über Strahlteiler und Filter verschiedene Brennpunkte gleichzeitig selektiert und somit unterschiedliche Zoomfaktoren eingestellt werden, ohne mechanische Bewegungen durchzuführen. Prinzipiell könnte ein Strahlteiler verwendet werden, wobei dann jeweils die Filter je nach gewünschtem Abbildungsmaßstab gewechselt werden, wobei die Abbildungsmaßstäbe eine Funktion der Wellenlänge sind.For this purpose, the zoom lens comprises a lens with a chromatic one Aberration, at least one beam splitter, a spectral filter and one optical detector, the beam splitter along the optical axis is arranged such that the desired image scale for the Wavelength assigned to the filter adjusts itself. The effect of Chromatic aberration exploited that the focal point of a lens depends on the wavelength. This in itself undesirable effect just reinforced or exploited according to the invention. This allows through the Coupling of certain spectral ranges via beam splitters and filters different focal points selected at the same time and therefore different ones Zoom factors can be set without mechanical movements perform. In principle, a beam splitter could be used, whereby then the filters are changed depending on the desired image scale where the imaging scales are a function of the wavelength.

Vorzugsweise werden jedoch drei Strahlenteiler entlang der optischen Achse angeordnet, denen jeweils ein Blau-, Grün- und Rotfilter mit zugehörigem optischen Detektor zugeordnet ist.However, three beam splitters along the optical axis are preferred arranged, each with a blue, green and red filter with associated optical detector is assigned.

Im einfachsten Fall kann nur der Mittelteil einer Abbildung vergrößert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist daher im Strahlengang des Objektivs mindestens ein bewegliches optisches Element zur räumlichen Auswahl eines zu vergrößernden Bildbereiches angeordnet, wodurch die optischen Detektoren nicht den gesamten Bildbereich abdecken müssen. Der Nachteil durch das Vorhandensein eines beweglichen Elements ist dabei vertretebar, da dieses im Vergleich sehr leicht ist und kaum störende Impulse erzeugt.In the simplest case, only the middle part of an image can be enlarged. In a further preferred embodiment, the Objective at least one movable optical element for spatial Selection of an image area to be enlarged arranged, whereby the optical detectors do not have to cover the entire image area. The The disadvantage of the presence of a movable element is acceptable, since this is very light in comparison and hardly disturbing impulses generated.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Detektoren als CCD- oder CMOS-Detektoren ausgebildet.In a further preferred embodiment, the optical detectors designed as CCD or CMOS detectors.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Filter als Metall- Interferenz-Filter ausgebildet, mittels derer sehr schmalbandig gefiltert werden kann, so dass sich scharfe Abbildungen erzielen lassen.In a further preferred embodiment, the filters are in the form of metal Interference filter designed by means of which very narrow-band filters are filtered can, so that sharp images can be obtained.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Zoomobjektivs ist der Einsatz in einer Weltraum- oder Luftbildkamera. A preferred application of the zoom lens is the use in a Space or aerial camera.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Zoomobjektivs.The invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail. The only figure shows one schematic representation of a zoom lens.

Das Zoomobjektiv 1 umfaßt ein Objektiv 2 mit einer chromatischen Aberration, drei entlang der optischen Achse 3 angeordnete Strahlenteiler 4 bis 6, drei, jeweils einem Strahlenteiler 4 bis 6 zugeordnete Filter 7 bis 9, hinter denen jeweils ein optischer Detektor 10 bis 12 angeordnet ist. Das von einem Objekt reflektierte oder emittierte Licht 13 tritt durch das eine starke chromatische Aberration erzeugende Objektiv 2. Entlang der optischen Achse 3 entstehen in Abhängigkeit von der Wellenlänge unterschiedliche Brennpunkte 14 bis 16 für das blaue Licht 17, das grüne Licht 18 und das rote Licht 19. Die Strahlenteiler 4 bis 6 koppeln jeweils einen bestimmten Anteil des Lichtes aus und lassen den Rest hindurch. Durch die Filter 7 bis 9 wird dann jeweils das weiße Licht spektral gefiltert, wobei der Filter 7 für das blaue Licht 17, der Filter 8 für das grüne Licht 18 und der Filter 9 für das rote Licht 19 durchlässig ist. Dieses spektralselektive Licht trifft dann fokussiert auf den jeweiligen optischen Detektor 10 bis 12 und kann dort ausgewertet werden, wobei der Abbildungsmaßstab auf dem optischen Detektor 10 bis 12 von der Lage der Strahlteiler 4 bis 6 entlang der optischen Achse 3 und der Wellenlänge abhängig ist.The zoom lens 1 comprises a lens 2 with a chromatic aberration, three beam splitters 4 to 6 arranged along the optical axis 3 , three filters 7 to 9 each assigned to a beam splitter 4 to 6 , behind which an optical detector 10 to 12 is arranged. The light 13 reflected or emitted by an object passes through the lens 2 which generates a strong chromatic aberration. Depending on the wavelength, different focal points 14 to 16 arise for the blue light 17 , the green light 18 and the red light 19 along the optical axis 3 . The beam splitters 4 to 6 each couple out a certain proportion of the light and let the rest pass through. The white light is then spectrally filtered by the filters 7 to 9 , the filter 7 for the blue light 17 , the filter 8 for the green light 18 and the filter 9 for the red light 19 being transparent. This spectrally selective light then hits the respective optical detector 10 to 12 in a focused manner and can be evaluated there, the imaging scale on the optical detector 10 to 12 being dependent on the position of the beam splitters 4 to 6 along the optical axis 3 and the wavelength.

Claims

1. zoom lens ( 1 ) comprising a lens ( 2 ) with a chromatic aberration, at least one beam splitter ( 4-6 ), a spectral filter (7- 9) and an optical detector ( 10-12 ), the beam splitter ( 4- 6 ) is arranged along the optical axis ( 3 ) such that the desired imaging scale for the wavelength assigned to the filter ( 7-9 ) is established.

2. Zoom lens according to claim 1, characterized in that along the optical axis ( 3 ) three beam splitters ( 4-6 ) are arranged, each of which has a blue, green and red filter ( 7-9 ) with associated optical detector ( 10- 12 ) is assigned.

3. Zoom lens according to claim 1 or 2, characterized in that at least one movable optical element for selecting an image area is arranged in the beam path of the lens ( 2 ).

4. Zoom lens according to one of the preceding claims, characterized in that the optical detectors ( 10-12 ) are designed as CCD or CMOS detectors.

5. Zoom lens according to one of the preceding claims, characterized in that the filters ( 7-9 ) are designed as metal interference filters.

6. Use of a zoom lens ( 1 ) according to one of the preceding claims in a space or aerial camera.