DE69803213T2

DE69803213T2 - Infra-rot abbildungssysteme und andere optische systeme

Info

Publication number: DE69803213T2
Application number: DE69803213T
Authority: DE
Inventors: Robin Dickson; Alan Greenaway; Paul Harrison
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1997-10-18
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: EP1023624A1; GB2346980B; GB0008965D0; DE69803213D1; GB9721991D0; EP1023624B1; GB2346980A; US6547406B1; WO1999021043A1

Description

Die Erfindung betrifft (beispielsweise thermische) Infrarotabbildungssysteme und andere optische Systeme und insbesondere optische Systeme, bei denen mindestens zwei optische Parameter relativ zueinander gesteuert werden können.
Die Herstellung optischer Systeme mit zwei oder mehr optischen Bauteilen mit fester Brennweite, bei denen durch Bewegen von zwei oder mehr der optischen Bauteile in Relation zueinander eine Veränderung von mindestens zwei optischen Parametern des Systems erreicht wird, ist bekannt.
So ist beispielsweise die Herstellung eines Verbundobjektivs mit verstellbarer Vergrößerung bekannt, des mindestens zwei optische Bauteile mit fester Brennweite umfaßt, wobei die gesamte optische Vergrößerung des Systems durch Einstellen des Abstands zwischen den optischen Bauteilen verändert wird, während durch eine relative Veränderung des Abstands zwischen dem letzten optischen Bauteil und einer festen Bildebene ein scharfes Bild auf der festen Bildebene gehalten wird.
Die bei derartigen Systemen verwendete Technologie ist gut entwickelt und liefert bei den meisten Anwendungen akzeptable Ergebnisse. Die Masse und die Reaktionszeit dieser Systeme können jedoch durch die Notwendigkeit einer physischen Bewegung der optischen Bauteile negativ beeinflußt werden. Überdies erfordern bewegliche optische Bauteile bei kritischen Anwendungen, insbesondere bei optischen Systemen von Raumfahrzeugen, komplexe Massenausgleichsanordnungen.
Aus der US 4 836 661 ist auch seit annähernd zehn Jahren der Vorschlag eines strahlenbrechenden Systems mit verstellbarer Vergrößerung für Objektive mit veränderlicher Brennweite bekannt, bei dem eine Anzahl von strahlenbrechenden Objektiven mit verstellbarer Brechungsleistung in festen Abständen zueinander vorgesehen sind und verwendet werden, um ein Bild auf eine feste Bildebene zu fokussieren.
In der 1990 veröffentlichten US 4 890 903 ist eine Objektiveinheit mit strahlenbrechenden Objektiven mit verstellbarem Fokus offenbart, die körperlich gedreht werden können, um ihre Brennweite zu verändern, und die mit einem Gas oder Fluid gefüllt sind. Eine Linse hat eine positive Leistung und die andere eine negative Leistung. Die Verwendung für Brillen und Kameras ist offenbart.
In der US 4 630 903 ist ein komplexes Objektivsystem mit Mehrfachbrechung für ein Fotokopiergerät gezeigt. Es erfordert die Möglichkeit der Veränderung von drei von sechs Systemparametern eines strahlenbrechenden Systems.
In der EP 0 199 650 ist eine Vorrichtung offenbart, die durch eine relative Bewegung zweier reflektierender optischer Elemente mit verstellbarer Brennweite zur Steuerung der Eigenschaften eines Lichtstrahls (beispielsweise eines Laserstrahls) verwendet werden kann.
Die FR 2 519 151 betrifft die Konstruktion eines Spiegels mit verstellbarem Brennpunkt und zeigt, wie ein derartiger Spiegel in einer Cassegrain-Anordnung verwendet werden kann.
Im Bereich der thermischen Bilderzeugung ist es auch seit vielen Jahren bekannt, einen normalerweise in Bildelemente unterteilten Detektor vorzusehen, auf den ein Bild fokussiert wird und der einen Zerhacker aufweist, dessen Funktion es ist, zu veranlassen, daß das Bild über den Detektor zittert, und dem Detektor ein periodisches Bezugssignal zu liefern. Ein typischer Zerhacker hat drei Segmente: ein erstes durchlässiges Prisma, ein zweites durchlässiges Prisma und einen undurchlässigen Blendenbereich, wobei die beiden Prismen veranlassen, daß ein Bild auf geringfügig unterschiedliche Bereiche des Detektors fällt, und der Blendenbereich das Bezugssignal eines schwarzen Körpers liefert, das verwendet werden kann, um eine Abweichung der Ausgangsspannung eines Pixels von einem szenenabhängigen Wert zu ermöglichen.
In einer Druckschrift von N. Butler, J. McClelland und S. Iwasa, Angestellten von Honeywell, mit dem Titel "Ambient Temperature Solid State Pyroelectric I. R. Imaging Arrays" vom März 1988, NE 8701-02 (SPIE) wird die Verwendung eines Defokussierzerhackers mit einem dicken, transparenten "unscharfen" Abschnitt besprochen.
In der CA 2 144 482 ist ein Verfahren zum Herbeiführen einer Zitterbewegung eines auf einen Detektor fokussierten Infrarotbilds durch körperliches Bewegen eines oder mehrerer der zum Fokussieren des Bilds verwendeten optischen Bauteile offenbart.
In der EP 0 647 064 ist eine Technik zur periodischen Defokussierung eines auf einer Detektoranordnung auftreffenden Infrarotstrahls unter Verwendung einer rotierenden dielektrischen Scheibe offenbart.
Es war auch bekannt, durch Einfügen besonderer und zusätzlicher Bauteile in die Optik eines Abbildungssystems eine Bewegung eines erfaßten Bilds relativ zu einem Sensor / einer Sensorenanordnung zu kompensieren, beispielsweise um eine Veränderung der Atmosphäre oder eine Erschütterung der Kamera zu kompensieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt ein optisches System ein erstes reflektierendes optisches Bauteil mit verstellbarer Brennweite und ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zusätzlich zumindest ein zweites reflektierendes optisches Bauteil mit verstellbarer Brennweite aufweist, wobei die Positionen des ersten und des zweiten reflektierenden optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite relativ zueinander fest sind, und eine Steuereinrichtung zum derartigen Verstellen der Brennweite des ersten oder des zweiten optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite in bezug auf die Brennweite des anderen der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite, daß beim Betrieb eine Steuerung von mindestens zwei optischen Parametern des optischen Systems erreicht wird, wobei entweder das erste oder das zweite oder sowohl das erste als auch das zweite optische Bauteil so beschaffen sind, daß sie zur Veränderung ihrer Brennweite verzerrt oder abgelenkt werden können.
Durch die Erfindung werden die Nachteile eines großen Teils des Stands der Technik überwunden, da eine Verstellung bestimmter optischer Parameter des Systems ohne die Notwendigkeit einer körperlichen Veränderung der relativen Positionen der optischen Bauteile des Systems, d. h. ohne die Notwendigkeit beispielsweise einer körperlichen Bewegung der optischen Bauteile als ganzes zueinander hin oder voneinander fort oder einer körperlichen Drehung der optischen Bauteile, erreicht werden kann. Dadurch kann eine Neuprogrammierung des Systems in kürzeren Zeitspannen als den für eine physische Bewegung der Positionen der optischen Bauteile erforderlichen erreicht werden. Dies ist bei aktiven optischen Systemen besonders vorteilhaft. (Ein aktives optisches System bezeichnet ein optisches System, bei dem die Brennweiten der optischen Bauteile statt durch eine Rückführungsschleife gesteuert zu werden entsprechend Vorhersagen bezüglich der erforderlichen Brennweiten in Echtzeit verändert werden.) Überdies kann die Gesamtmasse des Systems aufgrund des Fehlens eines mechanischen Positionierungsgetriebes geringer als bei einem herkömmlichen System sein, wenn die zum Verstellen der Brennweite der optischen Bauteile erforderlichen Energieversorgungen Konstruktionen mit geringer Masse sind. Auch die Notwendigkeit komplexer Gewichtsausgleichserfordernisse bei kritischen Anwendungen, wie der Optik von Raumfahrzeugen, entfällt.
Die Optik kann für einen Strahlenausweiter, für eine Objektiveinheit mit verstellbarer Brennweite, für eine Kamera oder für ein Fernglas oder Teleskop verwendet werden. Die Optik kann reflektierend sein. Ein vollständig reflektierendes optisches Gerät kann bereitgestellt werden.
Die Steuereinrichtung eines optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann eine mechanische Verbindung, eine elektronische Schaltung oder ein Computerprogramm umfassen.
Ein optisches System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann ferner eine relativ zu den optischen Bauteilen mit verstellbarer Brennweite des Systems feste Bildebene aufweisen.
Ein optischer Parameter, der gesteuert werden kann, ist die Vergrößerung des Systems. Alternativ können die Brennweiten des ersten und des zweiten Bauteils die beiden gesteuerten Parameter sein. Eine Schwenkeinrichtung kann vorgesehen sein, um eine Neigung eines oder mehrerer der optischen der optischen Bauteile in zwei Achsen zu veranlassen. Eine Defokussiereinrichtung zum Defokussieren des von dem Detektor / der Detektoranordnung empfangenen Bilds kann vorgesehen sein.
Bei einer Anwendung eines optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verändert eine Veränderung der Brennweite zumindest eines der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite in bezug auf die Brennweite zumindest eines der weiteren der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite die Position einer Hauptebene des Systems in Abhängigkeit von einer Veränderung einer effektiven Brennweite des Verbundsystems so, daß unter Beibehaltung eines im wesentlichen fokussierten Bilds auf einer festen Bildebene ein Bild mit verstellbarer Vergrößerung erhalten wird.
Bei einer weiteren Anwendung eines optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann durch eine Veränderung der Brennweite mindestens eines der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite in bezug auf die Brennweite zumindest eines der anderen optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite die Breite eines optischen Strahl verändert werden, wobei die Bündelung des Strahls im wesentlichen beibehalten wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Verstellen der Breite eines optischen Strahls mit zwei oder mehr optischen Bauteilen mit verstellbarer Brennweite, deren Positionen relativ zueinander fest sind, und einer Steuereinrichtung zum derartigen Verstellen der Brennweite zumindest eines der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite relativ zur Brennweite mindestens eines der anderen optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite geschaffen, daß die Breite des optischen Strahls beim Betrieb verstellt wird, wobei die Bündelung des Strahls im wesentlichen beibehalten wird.
Die Breite des optischen Strahls kann ausgeweitet oder verjüngt werden.
Die optischen Bauteile können strahlenbrechende optische Bauteile oder reflektierende optische Bauteile, wie Spiegel, umfassen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Objektivsystem verstellbarer Brennweite und verstellbarer Vergrößerung geschaffen, das zwei oder mehr optische Bauteile mit verstellbarer Brennweite umfaßt, deren Positionen relativ zueinander und zu einer Bildebene der Objektiveinheit fest sind, wobei die Objektiveinheit ferner einen Einrichtung zum derartigen Verstellen der Brennweite mindestens eines der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite in bezug auf die Brennweite zumindest eines der anderen optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite umfaßt, daß bei der Verwendung unter Beibehaltung eines im wesentlichen fokussierten Bilds auf der festen Bildebene ein Bild mit verstellbarer Vergrößerung erhalten werden kann.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung von zumindest zwei optischen Parametern eines optischen Systems mit zwei oder mehr optischen Bauteilen geschaffen, das die Schritte
a) des Feststellens der Positionen von mindestens zwei der optischen Bauteile relativ zueinander und
b) der relativen Verstellung der Brennweite von mindestens zwei der optischen Bauteile mit festen Positionen umfaßt.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System mit zumindest einem ersten und einem zweiten reflektierenden optischen Bauteil mit verstellbarer Brennweite geschaffen, deren Positionen relativ zueinander fest sind, wobei das System ferner eine Steuereinrichtung zum Verstellen der Brennweite des ersten optischen Bauteils und zum Verstellen der Brennweite des zweiten optischen Bauteils aufweist, die Steuereinheit zur derartigen Steuerung des ersten und des zweiten reflektierenden optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite geeignet ist, daß eine Veränderung der relativen Brennweite zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil erreicht werden kann, so daß bei der Verwendung eine Steuerung von mindestens zwei optischen Parametern des Systems erzielt wird.
Das optische System arbeitet vorzugsweise über einen breiten Spektralbereich, beispielsweise von 450 bis 10.000 nm. Ein versilberter Spiegel weist bei einer Wellenlänge von 450 nm ein Refelxionsvermögen von ca. 0,9 und bei einer Wellenlänge von 10.000 nm ein Reflexionsvermögen von 0,99 auf. Das optische System weist eine Fokussierebene auf, die sich vorzugsweise bei sämtlichen Wellenlängen, über die das System zu arbeiten ausgelegt ist, an der gleichen Position befindet. Dies ist mit optischen Systemen zu vergleichen, bei denen strahlenbrechende optische Bauteile verwendet werden und es schwierig ist, ein Material für die Bauteile zu finden, das über einen breiten Spektralbereich eine gute Transparenz aufweist; und derartige Systeme sind im allgemeinen achromatisch, d. h. ihre Fokussierebene ist nur für ein sehr schmales Band von Wellenlängen gleich.
Das optische System ist vorzugsweise leicht. Eine reflektierende Optik bietet gegenüber einer äquivalenten strahlenbrechenden eine Gewichtseinsparung von vielleicht 20% oder 50%.
Jedes einzelne reflektierende optische Bauteil weist vorzugsweise eine so hohe Übertragung wie möglich auf, beispielsweise 0.95 oder mehr, 0,975 oder mehr, 0,985 oder mehr oder sogar 0,99 oder mehr. Ein Verbundsystem summiert die Verluste, und wenn mehrere optische Elemente verwendet werden, ist es daher wünschenswert, so viele wie möglich mit hoher Übertragung zu verwenden.
Das optische System kann ferner eine Bildebene aufweisen, die relativ zu dem ersten und dem zweiten reflektierenden optischen Bauteil mit verstellbarer Brennweite fest ist.
Die optischen Bauteile, die vorzugsweise reflektieren, können auch zur Stabilisierung eines optischen Strahls verwendet werden, der auf das System auftrifft. Dies kann zur Verringerung des Problems einer Übertragung genutzt werden, wenn das optische System in einer Kamera und/oder zur Verringerung der Auswirkungen eines atmosphärischen Bildfehlers / zur Kompensation anderer Effekte verwendet wird.
Eines oder mehrere der reflektierenden optischen Bauteile können einen Spiegel umfassen. Die Steuereinrichtung kann eine mechanische Verbindung, eine elektronische Schaltung oder ein Computerprogramm umfassen. Das bzw. jedes reflektierende optische Bauteil kann verformt werden, um seine Brennweite zu verstellen.
Eine Verstellung der Brennweiten der reflektierenden optischen Bauteile erfolgt vorzugsweise mit hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise im Bereich von 10 Hz oder mehr, 20 Hz oder mehr, 40 Hz oder mehr oder selbst 60 oder 100 Hz oder mehr.
Einer der von dem optischen System gesteuerten optischen Parameter kann die Vergrößerung des Systems sein. Die von dem System erreichte Vergrößerung kann um den Faktor 3 oder mehr, 5 oder mehr oder selbst 10 oder mehr verstellbar sein. Die Vergrößerung kann zwischen · 1 und beispielsweise · 10 oder · 15 oder darüber verstellbar sein.
Eine Schwenkeinrichtung, wie eine Spiegelmanipulationseinrichtung, kann verwendet werden, um eine Neigung zumindest eines der optischen Bauteile um zumindest eine Achse zu erreichen. Die Schwenkeinrichtung kann beispielsweise bei der Steuerung der Vergrößerung des optischen Systems eine Neigung um zwei oder mehr Achsen auf eines oder mehrere der reflektierenden optischen Bauteile aufbringen. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die optische Achse des Systems bei der Vergrößerung beibehalten wird.
Das optische System kann für eine Vergrößerungseinheit oder eine Einheit mit verstellbarer Brennweite verwendet werden. Die Vergrößerungseinheit kann im Zusammenhang mit einer Kamera verwendet werden.
Zwei oder mehr optische Systeme können in Kombination miteinander verwendet werden. Einem derartigen "gestaffelten" optischen System kann ein Eingang zugeführt werden; der gleiche Eingang kann zur Steuerung beider Steuereinrichtungen des gestaffelten Systems verwendet werden (oder es können verschiedene Steuersignale vorgesehen sein).
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Abbildungssystem geschaffen, das einen Bilddetektor und ein optisches System gemäß einem der vorstehend aufgeführten Aspekte der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Das Abbildungssystem kann ferner eine Defokussiereinrichtung zum Defokussieren eines oder mehrerer der vorzugsweise reflektierenden optischen Bauteile aufweisen. Dadurch wird das Bild auf dem Detektor defokussiert, wodurch die Reflexion von der Detektoroberfläche minimiert wird. Wenn das Abbildungssystem mit einem Laser verwendet werden soll, können dadurch auch die Laserenergiedichte auf der Detektoroberfläche und damit auch die Gefahr einer Beschädigung des Detektors durch den Laser verringert werden. Die Defokussiereinrichtung kann zum Defokussieren eines oder mehrerer der vorzugsweise reflektierenden optischen Bauteile verwendet werden, wenn der Detektor nicht verwendet wird. Die Steuereinrichtung kann gewährleisten, daß das auf den Detektor auftreffende Bild für einen erheblichen Teil (beispielsweise mindestens 1/4 oder 1/3 oder mindestens 1/2 oder 3/4 der Dauer) des Arbeitszyklus des Detektors (bzw. der Detektoranordnung) erheblich defokussiert wird (beispielsweise kann ein nominal fokussierter Punkt so fokussiert werden, daß er eine Bereichssteigerung von 50% oder mehr, 100% oder mehr, 200% oder mehr, 400% oder mehr oder 1.000% oder mehr aufweist).
Es kann eine Einrichtung zur Erfassung eines auftreffenden Strahls mit einer höheren Intensität als einem vorgegebenen Schwellenwert zur automatischen Defokussierung des optischen Systems zumindest für das bzw. die Pixel vorgesehen sein, die anderenfalls eine Strahlung über der Schwellenintensität empfangen würden. Als Reaktion auf ein Signal mit einer zu großen Intensität kann das gesamte Bild defokussiert werden.
Es kann zweckmäßig sein, keine oder nur ein oder zwei strahlenbrechende Bauteile im Strahlenweg vorzusehen (sie sind weniger durchlässig als reflektierende Bauteile).
Zur Minimierung der Gefahr einer Beschädigung eines Detektorpixels in einer Detektoranordnung kann ein auftreffendes Bild ohne einen erheblichen Verlust an Bildqualität von der Detektoranordnung praktisch durchgehend defokussiert werden, wenn der Grad der Defokussierung so gesteuert wird, daß er zur Auflösung des Systems paßt. Die Ausgangsauflösung einer in Pixel unterteilten Anordnung wird teilweise durch die Größe und Geometrie der Pixel gesteuert - es ist wenig vorteilhaft, eine optische Eingangsauflösung vorzusehen, die besser als die Pixelausgangsauflösung ist. Es ist möglich, dies auszunutzen, indem eine absichtliche Defokussierung des auf die Detektoranordnung auftreffenden Bilds durch die Optik ohne eine zu große Verschlechterung des Ausgangssignals / Bilds der Anordnung veranlaßt wird. Dies ist in Fig. 10 dargestellt. Der Grad der wünschenswerten Defokussierung kann für jeden bestimmten Grad an Vergrößerung unterschiedlich sein - bei einer höheren Vergrößerung kann weniger absichtliche Defokussierung wünschenswert sein, da die Auflösung bereits gefährdet sein kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die Erfindung eine Infraroterfassungsvorrichtung mit einem Infrarotdetektor und ein optisches System mit zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauteil mit verstellbarer Brennweite, vorzugsweise reflektierenden Bauteilen, deren Positionen relativ zueinander fest sind, und einer Steuereinrichtung zum derartigen Verstellen der Brennweite des ersten oder des zweiten optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite relativ zur Brennweite des anderen der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite, daß bei der Verwendung eine Steuerung von mindestens zwei optischen Parametern des optischen Systems erreicht wird.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung eine Infrarotabbildungsvorrichtung, und vorzugsweise ist sie eine thermische Infrarotvorrichtung. Thermische Wellenlängen betragen ca. 3 bis 14 Mikron.
Die gesteuerten optischen Parameter sind vorzugsweise die Brennweiten des ersten und des zweiten optischen Bauteils.
Das thermische Abbildungssystem kann ferner eine Bezugseinrichtung zum Bereitstellen eines Bezugssignals für den Detektor enthalten. Zur Steuerung eines oder mehrerer der optischen Bauteile zum Veranlassen einer Defokussierung des von dem Detektor empfangenen Bilds der Szene kann eine Defokussiereinrichtung vorgesehen sein. Die Defokussiereinrichtung kann die Bezugseinrichtung umfassen. Wenn das Bild einer Szene im wesentlichen vollständig defokussiert wird, kann das defokussierte Bild der Szene die durchschnittliche Hintergrundtemperatur der Szene wiedergeben. Es war seit Langem wünschenswert, (periodisch) ein Bezugssignal, wie ein die Durchschnittstemperatur der Szene wiedergebendes Signal, zu erzeugen, das in einer Beziehung zu der aufgenommenen Szene steht, doch bisher gaben die Bezugssignale von mechanischen Zerhackern typischer Weise die Kameratemperatur wieder. Jedes Pixel einer Detektoranordnung aus Pixeln empfängt einen Eingang in Form der Durchschnittstemperatur der Szene, wenn das Bild der Szene vollständig defokussiert ist (beispielsweise der Eingang des Systems auf die Detektoranordnung fokussiert ist).
Das Infrarotabbildungssystem kann alternativ oder zusätzlich eine Zittereinrichtung zur Manipulation des ersten oder des zweiten optischen Bauteils (oder des ersten und des zweiten optischen Bauteils) zwischen zwei Konfigurationen enthalten, um ein Zittern des erfaßten Signals zwischen zwei Positionen auf dem Detektor zu veranlassen. Die Zittereinrichtung kann die Form des optischen Bauteils, beispielsweise eines Spiegels, mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 50 Hz, vorzugsweise 20 Hz ± 10 Hz oder 30 Hz ± 20 Hz umstellen. Dies ermöglicht ein Auftreffen von zwei geringfügig unterschiedlich fokussierten Bildern der Szene auf dem Detektor. Dies wird herkömmlicher Weise durch die Verwendung von zwei Prismaabschnitten einer Zerhackervorrichtung erreicht. Dies ist eine Wechselstromkopplung des Szenensignals. Bei einigen Infrarotabbildungssystemen ist eine Wechselstromkopplung der Detektorsignale zur Verringerung eines Rauschens wichtig.
Es ist auch möglich, die Form der zwei optischen Bauteile so zu steuern, daß ein Abbildungsfehler / eine Erschütterung der Kamera / andere Effekte ohne die Notwendigkeit kompensiert werden, eine zusätzliche, besonders ausgelegte Kompensationsoptik vorzusehen - d. h. die gleiche Optik, die die Vergrößerung / Verstellung der Brennweite steuert, kann zur Kompensation weiterer Effekte verwendet werden. Dadurch können Gewicht und Komplexität verringert werden.
Es können nur zwei optische Elemente mit verstellbarer Brennweite in der Vorrichtung vorgesehen sein. Es können keine weiteren optische Fokussierelemente vorgesehen sein. Alternativ können ein oder zwei (oder mehr) zusätzliche (reflektierende oder strahlenbrechende) optische Bauteile vorgesehen sein, um beispielsweise Abbildungsfehler und/oder eine Weitwinkellichtsammlung (Schmidt-Korrektor) zu kompensieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer Wechselstromkopplung (oder eines Zitterns) in einem elektronischen Abbildungsdetektor mit einer derartigen Steuerung für einen Spiegel (oder ein Objektiv), auf den Strahlung von der einfallenden Szene auftrifft, daß sie ein Bild zu einem Zeitpunkt auf eine Position auf einem Abbildungsdetektor leitet, wobei sie den Spiegel so bewegt, daß sie das Bild zu einem zweiten Zeitpunkt auf eine andere Position auf dem Bilddetektor leitet und den Spielgel so bewegt, daß das Bild wiederholt auf dem Bilddetektor zittert, wobei anstelle einer körperlichen Längsbewegung oder einer körperlichen Drehung der Spiegel (bzw. das Objektiv) so verzerrt wird, daß der Effekt erzielt wird.
Der Spiegel (bzw. das Objektiv) wird vorzugsweise so gesteuert, daß die defokussierte Strahlung von der Szene auf den Bilddetektor geleitet wird. Vorzugsweise wird die defokussierte Strahlung im wesentlichen vollständig defokussiert, damit dem Detektor die durchschnittliche Strahlung der Szene zugeführt wird. Die durchschnittliche Strahlung der Szene wird vorzugsweise periodisch auf den Detektor gerichtet und bei der Verarbeitung der von der Detektoranordnung erfaßten Signale als Bezug verwendet.
Der Spiegel kann auch zum Fokussieren des Bilds auf den Abbildungsdetektor verwendet werden. Der Spiegel kann ein Teil der Vergrößerungsoptik mit verstellbarer Brennweite sein und gelegentlich zur Verstellung der Brennweite bei der Vergrößerung des auf den Abbildungsdetektor auftreffenden Bilds verwendet werden.
Das Verfahren kann vorzugsweise zusätzlich zu dem Spiegel (bzw. dem Objektiv) auch das Vorsehen eines weiteren optischen Fokussierelements mit einem Spiegel, einem weiteren Fokussierelement und einem Abbildungsdetektor in festen Abständen zueinander umfassen, wobei die Verstellung der Brennweite durch Verstellen der Brennweite des weiteren optischen Elements und des Spiegels (bzw. des Objektivs) erreicht wird.
Der Spiegel kann auch zur Kompensation von Vibrationen oder Bewegungen verwendet werden. Das weitere optische Element ist vorzugsweise größer als der Spiegel und kann weniger oft oder mit einer geringeren Geschwindigkeit als der kleinere Spiegel bewegt oder gestört werden. Die Strahlung kann auf das weitere optische Element auftreffen, bevor es auf den Spiegel auftrifft.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines periodischen Bezugssignals in einem elektronischen Abbildungsdetektor, das einen gelegentlichen Betrieb des Detektors in einem Durchschnittsmodus für die Szene, bei dem der Spiegel (bzw. das Objektiv) so gesteuert wird, daß eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Defokussierung der Strahlung von einer Szene erfolgt, so daß die auf den Abbildungsdetektor auftreffende Strahlung gleichmäßig ist, und die Verwendung eines während dieses Szenendurchschnittsstrahlungsbetätigungsmodus von dem Detektor erzeugten Signals als Szenendurchschnittsbezugssignal sowie die Steuerung des Spiegels (bzw. des Objektivs) zur Rückführung zu einem Abbildungsbetriebsmodus nach dem Erhalt des Bezugs umfaßt.
Der Detektor schaltet vorzugsweise mit einer regelmäßigen Periodizität in den Szenendurchschnittsbezugsmodus, vorzugsweise im Bereich von mehreren Malen pro Sekunde.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Minimierung einer Beschädigung der Detektoren in einem optischen System und einer Rückstrahlung von einem optischen Detektorsystem, wobei das Verfahren den Betrieb optischer Fokussierbauteile des Systems in einem Defokussiermodus umfaßt, in dem die auf ein Erfassungselement auftreffende, aufgefangene Strahlung erheblich defokussiert wird.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes optisches System mit verstellbarer Vergrößerung;
Fig. 2 schematisch ein alternatives erfindungsgemäßes optisches System mit verstellbarer Vergrößerung, bei dem die optischen Bauteile verformbare Spiegel sind;
Fig. 3a ein Diagramm der erforderlichen Spiegelablenkungen für das in Fig. 2 gezeigte System;
Fig. 3b eine effektive Spiegelgrenze in dem Bereich, in dem der Bildpunkt endet (wobei die Position der übrigen äußeren Abschnitte des Spiegels irrelevant sind, soweit sich die Abschnitte, auf die das Bild auftrifft, an der korrekten Stelle befinden);
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Strahlenausweiter mit zwei optischen Bauteilen;
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Strahlenausweiter mit vier optischen Bauteilen;
Fig. 6 schematisch eine Infrarotbildkamera;
Fig. 7 schematisch einen Zerhacker gemäß dem Stand der Technik für eine Infrarotkamera;
Fig. 8 schematisch die Funktionsweise eines Infrarotabbildungssystems;
Fig. 9 schematisch den Unterschied zwischen einem defokussierten Bild und einem vollständig defokussierten Bild; und
Fig. 10 schematisch, wie ein mit geringer Vergrößerung arbeitendes System ohne eine erhebliche Verschlechterung des Bilds in einem defokussierten Modus betrieben werden kann.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbundobjektivsystem 1 mit einem ersten Objektiv 2 mit verstellbarer Brennweite f&sub1; und einem zweiten Objektiv 3 mit verstellbarer Brennweite f&sub2;. Die Positionen der Objektive 2, 3 sind relativ zueinander und in bezug auf die Bildebene 4 des Systems fest. Der Abstand d zwischen den Objektiven ist daher ebenso fest wie der Abstand S&sub2; von der Ebene des zweiten Objektivs zur Bildebene 4. Durch die Festlegung der Positionen der Objektive 2, 3 und der Bildebene 4 relativ zueinander gibt es für jeden Wert von f&sub1; nur einen möglichen Wert für f&sub2;, der ein fokussiertes Bild auf der Bildebene 4 liefert. Für jeden bestimmten Wert von f&sub1; können die folgenden Gleichungen zur Berechnung von feff, der effektiven Brennweite des Systems, f&sub2; und m, der Winkelvergrößerung des Systems, verwendet werden.
Diese Gleichungen können zur Berechnung der Parameter eines Systems für jeden beliebigen Wert von d und S&sub2; verwendet werden.
Zum Zwecke der Veranschaulichung ist es nützlich, die Funktionsweise eines Systems in dem Bereich zu betrachten, in dem das erste Objektiv 2 das Licht ohne jede Hilfe vom zweiten Objektiv 3 in etwa auf die Bildebene 4 fokussiert, d. h. ein dem f&sub1; = d + S&sub2; gilt. In diesem Bereich ist der erforderliche Bereich der Brennweiten f&sub2; des zweiten Objektivs 3 klein.
Zur Beschreibung dieses Bereichs ist es am einfachsten, zunächst eine Situation zu betrachten, in der f&sub1; = d + S&sub2; gilt, und dann die Konsequenzen entweder einer Steigerung oder einer Verringerung von f&sub1; um einen kleinen Betrag anzusehen. Für f&sub1; = d + S&sub2; liegt der Zwischenfokus des Systems auf der Bildebene 4, und es ist keine Modifikation des Lichtwegs durch das zweite Objektiv 3 erforderlich. Die Brennweite f&sub2; des zweiten Objektivs 3 ist daher gleich oder im wesentlichen gleich unendlich. Eine kleine Steigerung von f&sub1; würde den Zwischenfokus unmittelbar über die Bildebene 4 hinaus bewegen, wodurch eine leichte Verschiebung von f&sub2; in den positiven Bereich erforderlich wäre, um das Bild erneut auf die Bildebene 4 zu fokussieren. Dagegen wird bei einer Verringerung von f&sub1; um einen kleinen Betrag zur Kompensation eine geringfügige Verschiebung von f&sub2; in den negativen Bereich erforderlich.
Durch die Betrachtung eins Systems gemäß Fig. 1, bei dem die Werte von d und S&sub2; jeweils auf 150 nm und 20 nm festgelegt sind, kann anhand der vorstehend aufgeführten Gleichungen 1 bis 3 gezeigt werden, daß sich f&sub2; für einen Bereich von f&sub1; von 160 nm bis 180 nm von - 20 nm über unendlich zu +40 nm verschiebt und daß das System eine Veränderung der Vergrößerung von -6 bis -16 erzeugt, eine Verstellung der Vergrößerung von nahezu 3 auf der festen Bildebene.
Das in Fig. 1 gezeigte System kann unter Verwendung aller geeigneten Bauteile mit verstellbarer Brennweite implementiert werden. Fig. 2 zeigt ein System 5. bei dem zwei reflektierende optische Bauteile 6, 7 verwendet werden, die in einer Cassegrain-Konstruktion angeordnet sind. Bei dem dargestellten System wird ein großer, verformbarer, positiver Primärspiegel 6 zum Fokussieren des Lichts auf einen kleineren Sekundärspiegel 7 verwendet, der so vor dem Primärspiegel 6 angeordnet ist, daß er die Sicht teilweise versperrt. Der Sekundärspiegel 7 ist im wesentlichen flach und kann so verformt werden, daß er einen Spiegel mit einer entweder positiven oder negativen Brennweite bildet. An der Bildebene ist vor dem Primärspiegel 6 in einer Linie mit dem Sekundärspiegel 7 ein Detektor 8 angeordnet. Das System weist auch eine Steuereinrichtung 13 auf, die die Brennweite f&sub2; des Sekundärspiegels 7 relativ zur Brennweite f&sub1; des Primärspiegels 6 steuert, um die zum Halten des Fokus auf dem Detektor 8 für jeden gegebenen Wert von f&sub1; korrekte Wechselbeziehung zwischen f&sub1; und f&sub2; aufrechtzuerhalten. Die Steuereinrichtung kann eine mechanische Verbindung, eine elektronische Schaltung oder ein Computerprogramm umfassen, die die Einrichtung steuern, die zur Verformung der Spiegel 6, 7 verwendet wird.
Die zur Erzeugung einer gewünschten Leistung erforderlichen Ablenkungen der Spiegelkanten können für ein gegebenes System bei Kenntnis der Durchmesser der verwendeten Spiegel und ihrer erforderlichen Krümmungsradien unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:
z = R - R cos(c/2R) Gleichung 4
wobei z die erforderliche Ablenkung, R den Krümmungsradius des Spiegels und c den Durchmesser des Spiegels bezeichnen, wenn dieser flach ist, d. h. wenn R = ∞ gilt. Der Krümmungsradius eines kugelförmigen Spiegels steht wie folgt mit seiner Brennweite in Beziehung:
R = 2f Gleichung 5
Fig. 3 ist ein Diagramm der erforderlichen effektiven Grenzablenkungen der Spiegel bei einem System gemäß Fig. 2, wobei erneut ein Bereich von 160 nm bis 180 nm für f&sub1; betrachtet wird und die Werte von d und S&sub2; jeweils auf 150 mm und 20 mm festgelegt sind. Die effektiven Durchmesser der Spiegel sind 100 mm für den Primärspiegel 6 und 20 mm für den Sekundärspiegel 7. Es ist zu berücksichtigen, daß ein verformbarer Spiegel typischer Weise über die effektive Grenze hinaus eine zusätzliche Spiegeloberfläche aufweist und daß jegliche zusätzliche Spiegelfläche am Umfang irrelevant ist und sich in jeder beliebigen Position befinden kann, so lange der Teil des Spiegels, von dem das Bild reflektiert wird, die korrekte Konfiguration aufweist.
Werden die Zahlen aus dem Diagramm gemäß Fig. 3 mit den zuvor in bezug auf das System gemäß Fig. 1 für f&sub2; und m berechneten Parametern in Verbindung gebracht, ergibt sich die folgende numerische Beschreibung des Verhaltens des Systems in den Extremen.
Das vorstehend beschriebene System bietet ein kompaktes, vielseitiges Abbildungssystem, bei dem Spiegel mit Abmessungen verwendet werden, die die erforderlichen Ablenkungen bieten und aushalten können.
Obwohl die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf den Bereich beschrieben wurden, in dem f&sub1; = d + S&sub2; gilt, ist die Erfindung nicht auf die Anwendung in diesem Bereich begrenzt, sondern schließt jede Anwendung ein, die unter die Begriffe der Ansprüche fällt. Bei bestimmten Anwendungen kann es beispielsweise wünschenswert sein, das System vollständig zu Defokussieren. Dies könnte beispielsweise durch eine derartige des Systems erreicht werden, daß die Bedingung f&sub1; + f&sub2; = d erfüllt ist.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Strahlenausweiter. Der Strahlenausweiter umfaßt einen negativen Primärspiegel 9 und einen positiven Sekundärspiegel 10, die in einem Cassegrain-System angeordnet sind.
Wenn bei dem in Fig. 4 gezeigten Strahlenausweiter der Abstand d zwischen den Spiegeln festgelegt ist, kann gezeigt werden, daß die Brennweite f&sub2; des Sekundärspiegels 10 auf die folgende Weise mit d und der Brennweite f&sub1; des Primärspiegels 9 in Beziehung steht:
f&sub2; = d + f&sub1; Gleichung 6
und daß die Vergrößerung m des Systems durch
m = f&sub2;/-f&sub1; Gleichung 7
gegeben ist.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten System wurde ein negativer Primärspiegel 9 ausgewählt, um eine positive Vergrößerung ohne eine Bildumkehrung gemäß Gleichung 7 zu erzeugen. Der mögliche Vergrößerungsbereich bei einem System mit diesem Aufbau ist durch die Möglichkeit der Erzeugung von Spiegeln in einer geeigneten Größe begrenzt, die die erforderlichen Verformungen bieten und aushalten. Für den Erhalt breiterer Vergrößerungsbereiche ist es möglich, mehr als zwei optische Bauteile zu verwenden. Fig. 5 zeigt beispielsweise einen Ausweiter mit vier optischen Bauteilen 9, 10, 11, 12, der wie zwei gestaffelte optische Ausweiterelemente arbeitet. Wenn die Abstände zwischen dem Primär- und dem Sekundärspiegel bei jedem Ausweiter gleich eingestellt sind und der Krümmungsradius sowohl für den Primärspiegel als auch für den Sekundärspiegel 10, 12 gleich eingestellt sind, liefert jeder Ausweiter die gleiche Vergrößerung, und die Primärspiegel 9, 11 und die Sekundärspiegel 10, 12 können dann jeweils identisch verstellt werden. Bei dieser Art von Anordnung kann der Primärspiegel 11 des zweiten Ausweiters die gleiche Größe wie der Sekundärspiegel 10 des zweiten Ausweiters aufweisen.
Es kann nützlich sein, gestaffelte optische Elemente (Ausweiter oder eine Fokussieroptik) zu verwenden, bei denen die Staffelung im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius und den gleichen Abstand aufweist, so daß beide Sätze von primärer und sekundärer Optik (bzw. sämtliche Sätze, wenn mehr als zwei Sätze vorgesehen sind) unter Verwendung der gleichen Steuersignale gesteuert werden können, wodurch nicht die Notwendigkeit besteht, einen separaten Satz Steuersignale für die optischen Elemente in jeder Staffelung zu berechnen und zu erzeugen. Dies wird natürlich durch eine geeignete Auswahl der Geometrie der Staffelungen und der Größe und Brennweite der optischen Bauteile erreicht.
Zur Erzeugung eines ähnlichen Vergrößerungsbereichs unter Verwendung eines Ausweiters mit vier optischen Bauteilen statt eines Ausweiters mit zwei optischen Bauteilen können die Abstände zwischen den primären und sekundären Spiegeln jedes Ausweiters die Hälfte des für den Ausweiter mit zwei optischen Bauteilen erforderlichen Abstands betragen, daher kann die Gesamtlänge des Ausweiters mit vier optischen Bauteilen ähnlich der oder äquivalent zu der eines Ausweiters mit zwei optischen Bauteilen sein.
Das Konzept der Verwendung gestaffelter Ausweiter kann auf jede beliebige Anzahl gestaffelter Ausweiter ausgedehnt werden, wodurch sich weitere Vergrößerungsbereiche ergeben.
Fig. 7 stellt schematisch ein herkömmliches thermisches Infrarotabbildungssystem dar, bei dem die Infrarotdetektorelemente 80 periodisch ein Bezugssignal empfangen oder periodisch von dem Vorhandensein des (durch 82 bezeichneten) Bilds entlastet werden müssen. Eine ferroelektrische Anordnung ist normalerweise wechselstromgekoppelt und weist hierfür einen Zerhacker auf. Eine bolometrische Anordnung ist normalerweise gleichstromgekoppelt, weist aber dennoch einen Zerhacker auf, um ein für die Kalibrierung typisches, periodisches Bezugssignal zu erzeugen.
Sowohl bei einem ferroelektrischen als auch bei einem bolometrischen System ist typischer Weise eine rotierende mechanische Zerhackervorrichtung 84 in dem thermischen Strahl 86 angeordnet, der von der abgebildeten Szene auftrifft. Der Zerhacker umfaßt typischer Weise zwei transparente Prismaabschnitte 88 und 90 (die ein Bild auf versetzte Positionen fokussieren) und einen dritten, undurchlässigen Abschnitt 92. Die undurchlässigen Abschnitte liefern dem Detektor ein Schwarzkörper- Bezugstemperatursignal. Wenn der Zerhacker gedreht wird, empfängt der Detektor periodisch die Bezugstemperatur des undurchlässigen Abschnitts, und dadurch wird der Detektor effizient zurückgesetzt. Ein Nachteil dieses Systems ist, daß die Temperatur des undurchlässigen Abschnitts die Temperatur des Abbildungssystems und nicht die der abgebildeten Szene wiedergibt. Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Abbildungssystem einen derartigen Nachteil überwindet, da das hier verwendete Bezugstemperatursignal ein defokussiertes Bild der Szene ist und daher möglicherweise die Durchschnittstemperatur der Szene wiedergibt oder sich auf diese bezieht.
Bei dem optischen System kann entweder das erste oder das zweite optische Bauteil ein im wesentlichen flacher Spiegel (bzw. ein Objektiv) sein, der so manipuliert werden kann, daß er eine positive oder eine negative Krümmung aufweist, und der vorzugsweise durch die Steuerung einer Steuereinrichtung aus einer positiven in eine negative Krümmung und zurück bewegt werden kann. Der eine Spiegel (bzw. das Objektiv) kann erheblich kleiner als das andere erste oder zweite optische Bauteil sein. Er kann 50% des Durchmessers oder weniger, 30% oder weniger, 20% oder weniger oder 15% oder weniger aufweisen.
Fig. 6 zeigt schematisch ein thermisches Infrarotabbildungssystem mit einer Kamera 60 mit einer Detektoranordnung 62 aus Pixeln 64, einer optischen Einheit 65 mit einem Primärspiegel 66 und einem Sekundärspiegel 68 und einer Steuereinheit 70. Es ist ein Gehäuse für eine Objektiveinheit vorgesehen, aber nicht dargestellt. Signale von der Detektoranordnung 62 werden einer Signalverarbeitungseinheit 72 zugeführt. Zur Steuerung der Form und Konfiguration der Spiegel 66 und 68 unter der Steuerung der Steuereinrichtung 70 sind Spiegelstörungs- /Verzerrungseinrichtungen 74 und 76 vorgesehen.
Der Primärspiegel wird kombiniert mit dem Sekundärspiegel 68 gesteuert, um, wie vorstehend beschrieben, eine gewünschte Vergrößerung des Bild zu erhalten. Sie kann typischer Weise um · 10 oder · 15 betragen oder irgendwo im Bereich von · 1 bis · 10 oder · 20 liegen.
Das System weist keinen Zerhacker auf. Die Funktion des Zerhackers wird durch die verstellbaren Spiegel 66 und 68 ausgeführt. Bei diesem Beispiel wird nur der Spiegel 68, der kleinere Sekundärspiegel, durch die Verzerrungseinrichtung 78 bewegt, um ein Zittern des Bilds auf dem Detektor (eine Wechselstromkopplung der Detektorsignale) zu erreichen.
Dies erfolgt typischer Weise durch ein körperliches Bewegen des Bilds auf dem Detektor, beispielsweise während es nach wie vor fokussiert ist, um beispielsweise einige Pixel. Es ist leichter, den kleineren Spiegel zu bewegen, und die Bewegung des kleineren optischen Elements kann rascher erfolgen. Alternativ kann das Bild defokussiert werden und in dem defokussierten Modus zittern.
Der Spiegel 68 wird ebenfalls gestört / bewegt, möglicherweise allein oder kombiniert mit dem Spiegel 66, um das Bild zu defokussieren. Das Bild kann periodisch, gelegentlich oder durchgehend allgemein defokussiert werden, möglicherweise mit Ausnahmen. Dadurch wird das auftreffende fokussierte Licht von den Pixeln 64 ferngehalten. Bei einem herkömmlichen, zerhackten System würden die Pixel im wesentlichen die Strahlung eines schwarzen Körpers von dem Zerhacker / der Kamera empfangen. Bei dieser Ausführungsform empfangen die Pixel 71 die Strahlung von der Szene, die jedoch absichtlich defokussiert wird. Wenn die Szene im wesentlichen vollständig defokussiert wird, empfangen die Pixel Signale, die die durchschnittliche Temperatur der Szene wiedergeben.
Fig. 9 stellt die Tatsache dar, daß das System das Bild der Szene im wesentlichen vollständig defokussieren kann, so daß im wesentlichen keine räumlichen Informationen in dem Strahl vorliegen, der auf die Detektoranordnung auftritt; jedes Pixel empfängt im wesentlichen die gleiche Lichtintensität. Obwohl die Druckschrift von Butler et al., auf die vorstehend Bezug genommen wurde, angibt, daß dies durch Vorsehen eines dicken, transparenten Abschnitt in dem mechanischen Zerhacker erreicht werden kann, ist es schwierig, zu erkennen, wie irgendein praktischer Zerhacker bei einer Pixelanordnung aus Tausenden von Pixeln, beispielsweise 256 · 256 Pixeln oder 512 · 512 Pixeln, dick genug sein kann, um das Bild in dem Ausmaß völlig zu verwischen, das erforderlich ist, um zu veranlassen, daß jedes Pixel im wesentlichen die gleiche Lichtintensität empfängt. Der Zerhacker wäre enorm dick.
Fig. 9 stellt auch ein System mit defokussiertem Bild dar, bei dem es nach wie vor möglich ist, festzustellen, daß ein Bild vorhanden ist, und wo auf der Sensoranordnung es sich in etwa befindet, es ist jedoch kein scharfes Bild, und es weist eine geringere Intensität auf, als wenn es fokussiert wäre. Es kann möglich sein, ein defokussiertes (aber nicht ein vollständig defokussiertes) Bild zurückzuverfolgen, und es kann möglich sein, zu bewerten, wo das Zentrum des defokussierten Bilds ist.
Selbstverständlich ist es möglich, die Spiegel so zu steuern, daß sie das auftreffende Licht von dem Detektor fort leiten, was einer direkten Reproduktion der Wirkung eines Zerhackers näher kommt.
Die Spiegel 68 und/ oder 66 können so gesteuert werden, daß sie dem Detektor gelegentlich ein Bezugssignal oder -bild liefern, möglicherweise in vorgegebenen regelmäßigen Intervallen. Dieser Bezug kann ein im wesentlichen vollständig defokussiertes Bild der Szene sein und als Bezug eine Durchschnittstemperatur der Szene wiedergeben.
Es ist ersichtlich, daß zur Erzeugung eines Zitterns und/oder einer Defokussierung nur das Vorsehen eines Spiegels (in anderen Ausführungsformen eines optischen Elements wie einer Linse) erforderlich sein muß, insbesondere wenn keine Verstellung der Brennweite erforderlich ist. Eine Verstellung der Brennweite kann durch einen herkömmlicheren Mechanismus erreicht werden, und ein Zittern und/ oder eine Defokussierung durch einen gesteuerten Spiegel (bzw. ein optisches Element).
Es ist auch ersichtlich, daß bei einem Infrarotabbildungssystem anstelle von Spiegeln verstellbare, steuerbare, durchlässige Linsen oder eine Kombination aus optischen Elementen mit verstellbarer Durchlässigkeit und reflektierenden optischen Elementen verwendet werden können.
Es ist ersichtlich, daß der verformbare Spiegel 7 gemäß Fig. 2 in einem Infrarotabbildungssystem zur Bereitstellung eines genauen und schnellen Verfolgungsmechanismus verwendet werden kann, der einen Bereich der relevanten verwischten Szene bei einer Prozedur zur Verstellung der Brennweite im Bildbereich zentriert halten kann und der auch zur Verfolgung eines bewegten Objekts (sowie zur Kompensation eines Zitterns oder einer Bewegung einer Plattform, auf der das System / die Kamera montiert ist) verwendet werden kann.
Wie anderweitig besprochen, können die beiden Spiegel (optischen Elemente) zur Erzeugung einer großen, jedoch steuerbaren Verformung gemeinsam angetrieben werden, die zur Veranlassung einer Wechselstromkopplung der Detektoren (beispielsweise der thermischen Infrarotdetektoren) und/oder bei einer thermischen Bilderzeugung zur Bereitstellung eines Bezugs in Form einer durchschnittlichen Temperatur der Szene verwendet werden kann.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurden nur die grundlegenden Konstruktionserfordernisse umrissen. Diese Konstruktionen können so verändert werden, daß sie zur Korrektur von Abbildungsfehlern modifizierte Bauteile einschließen, wie in der Technik bekannt. Derartige modifizierte Bauteile können beispielsweise parabolische oder elliptische Spiegel oder strahlenbrechende oder strahlenbeugende Elemente einschließen.
Bauteile mit verstellbarer Brennweite zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System können beispielsweise durch die Verwendung von verformbaren Spiegeln, strahlenbrechenden optischen Bauteilen, Flüssigkristallen oder nicht linearen optischen Effekten erzeugt werden; in einem erfindungsgemäßen System kann jedoch kann jedes beliebige optische Bauteil mit verstellbarer Brennweite verwendet werden. Wenn strahlenbrechende optische Bauteile verwendet werden, könnten diese auffüllbar und zumindest teilweise mit einem Fluid mit einem hohen Strahlenbrechungsindex befüllbar sein, wodurch die optische Leistung des Elements durch Steigern oder Verringern der Menge dieses Fluids in diesem Element verändert werden könnte. Alternativ kann eine dem menschlichen Auge ähnliche elastische Linse verwendet werden, bei der die Linsenkrümmung durch Aufbringen eines radialen Drucks gesteigert wird.
Die Erfindung kann für ein Infrarotabbildungssystem oder für Infrarotsensoren, optische Kameras (möglicherweise CCD-Kameras und/oder Videokameras), Teleskope, Ferngläser oder weitere Bereiche verwendet werden.
Durch die Verwendung einer vollständig reflektierenden Optik mit im wesentlichen keiner (oder keiner) strahlenbrechenden Optik wird ein System mit größeren hyperspektralen Anwendungen erzeugt. Das System überträgt über ein weiteres spektrales Paßband und bietet bei sämtlichen Betriebswellenlängen eine gemeinsame Fokusebene. Dies ist mit strahlenbrechenden Systemen vergleichbar, bei denen es schwierig ist, ein Material zu finden, das über den gesamten Spektralbereich, einschließlich des sichtbaren, des nahen, des mittleren und des thermischen Infrarotbereichs, eine gute Transparenz aufweist.
Bei strahlenbrechenden Systemen ist es erforderlich, Doubletten oder Tripletten vorzusehen, die im allgemeinen so aufgebaut sind, daß sie in dem Sinne achromatisch sind, daß ihre Brennebene bei nur zwei oder drei Konstruktionswellenlängen gleich ist, und sich dann bei anderen Wellenlängen im ausgewählten Arbeitsbereich so wenig wie möglich verändert. Dieser Effekt kann bei der Verwendung von Vorrichtungen mit verstellbarer Brennweite / hoher Vergrößerung erbitternd sein. So kann beispielsweise selbst bei Fernsehkameras bei der Verwendung einer übermäßigen Verstellung der Brennweite eine Veränderung der Farbe des Bilds auftreten.
Der vorstehend ausgeführte Vorteil kann für Infrarotabbildungsdetektoren, Kollimatoren, Strahlenausweiter, und tatsächlich für im sichtbaren Bereich arbeitende optische Systeme wie Teleskope, Kameras und Ferngläser, genutzt werden.
Die Verwendung verformbarer Oberflächen (optischer Elemente) ist gut für ein um zwei Achsen schwenkbares System geeignet, das auf einer oder mehreren der verformbaren Oberflächen vorgesehen ist. Der Zweck eines um zwei Achsen schwenkbaren Systems ist typischer Weise, sicherzustellen, daß die optische Achse eines Objektivs mit verstellbarer Brennweite während der Funktion der Verstellung der Brennweite (der Kompensation eines Wanderns des Bilds) aufrechterhalten wird. Eine derartige Steuerung ist bei einem strahlenbrechenden System ohne das Hinzufügen weiterer optischer Bauteile und damit der Einführung weiterer Abbildungsfehler und der Steigerung des Gewichts / der Komplexität schwer zu implementieren. Es ist eine elegante Lösung, bei der Ausführung der Kompensation von der Möglichkeit Gebrauch zu machen, die gleichen reflektierenden Bauteile mit verstellbarem Fokus zu verwenden, die die Verstellung der Brennweite ausführen. Dies gilt für Systeme mit beliebiger Wellenlänge, einschließlich des sichtbaren und des Infrarotbereichs. Die Verwendung der gleichen ersten und zweiten optischen Elemente, die für die Verstellung der Brennweite verwendet werden, zur Kompensation von weiteren Problemen, wie einer Erschütterung der Kamera, einer Zentrierung des Bilds bei der Verstellung der Brennweite, eines Abbildungsfehlers, einer Strahlensteuerung, etc., ist eine elegante Lösung. Ähnlich elegant ist die Verwendung der gleichen Bauteile mit verstellbarer Brennweite zur Erzeugung eines Zitterns und eines Bezugssignals bei einer Infrarotkamera oder einem Infrarotdetektor.
Eine besonders interessante Anwendung ist, daß es bei thermischen Abbildungssystemen möglich sein kann, den Spiegel zu verzerren, um Verschwenkungen um eine oder zwei Achsen als Mechanismus zum Schalten von einer oder mehreren Bezugswärmequellen, die zur Systemkalibrierung verwendet werden können, in das Sichtfeld des Detektors zu nutzen.
Es ist ersichtlich, daß es möglich ist, eines oder mehrere der reflektierenden optischen Elemente (Spiegel) eines Infrarotabbildungssystems zum Umschalten in einen Bezugsquellenmodus zu steuern sowie ein Zittern und/ oder ein defokussiertes Bild auf dem Detektor zu erzeugen. Das defokussierte Bild kann der Bezug sein.
Bei sämtlichen Anwendungen, bei denen eine Mikroabtastung verwendet werden soll, um durch eine Nachbearbeitung die Auflösung des Bilds zu steigern, oder die mit einem wechselstromgekoppelten Detektor verwendet werden sollen, kann die Implementation einer fein gesteuerten, zweiachsigen Ausrichtung im Bedarfsfall kombiniert mit der Funktion einer verstellbaren Brennweite verwendet werden. Wieder können die gleichen (strahlungsbrechenden oder reflektierenden) optischen Bauteile zum Ausführen der Mikroabtastung, der Verstellung der Brennweite und der zweiachsigen Ausrichtung längs des zu erfassenden / abzubildenden Strahls verwendet werden.
Wie vorstehend besprochen, ist es bei dem Aufbau des reflektierenden Systems mit verstellbarer Brennweite verhältnismäßig einfach, die Krümmung der verformbaren Oberfläche so zu verändern, daß ohne die Notwendigkeit einer körperlichen Bewegung eines optischen Bauteils eine erhebliche und rasche Verschiebung des Brennpunkts des Bilds erzeugt wird. Aufgrund der Betriebsgeschwindigkeit und der wesentlichen Natur der implementierbaren Brennpunktverschiebung kann eine derartige Steuerung auf verschiedene Weise genutzt werden.
Zunächst kann es bei sämtlichen Abbildungssystemen (mit jeder beliebigen Wellenlänge) wünschenswert sein, die Möglichkeit einer Rückspiegelung von der Detektoroberfäche zu minimieren, und das Bild kann beim Routinebetrieb um einen steuerbaren Betrag defokussiert werden. Daher empfängt ein Detektor normalerweise kein fokussiertes, sondern eher ein geringfügig defokussiertes Bild. Dadurch wird die Rückspiegelugsstärke durch Verteilen der reflektierten Strahlung über einen gesteigerten und steuerbaren Winkelbereich verringert. Die Verwendung eines spektralen, polarisierten oder anderweitigen Unterscheidungsfaktors bei einem defokussierten Bild kann zur Erfassung des Vorhandenseins eines gesuchten Objekts in dem Bild verwendet werden. Nur wenn das in dem Bild gesuchte Objekt tatsächlich als Objekt der gewünschten Klasse bestätigt werden soll, müssen das System fokussiert und seine Brennweite verstellt werden, um das für die Bilderkennung und die Identifikation des gesuchten Objekts erforderliche Bild von hoher Qualität zu erzeugen. Dies ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Nach der Lokalisierung einer positiven Übereinstimmung mit dem Objekt / seiner Identifizierung kann das Abbildungssystem mit weiteren funktionellen Systemen gekoppelt werden. Es kann möglich sein, ein bezeichnetes Objekt im defokussierten Modus zu verfolgen.
Das System kann das Bild stets ein in gewissem Ausmaß defokussiert halten.
Daher kann ein Abbildungssystem beim Routinebetrieb einen defokussierten Betriebsmodus mit verringerter Rückspiegelung von der Detektoroberfläche aufweisen, und wenn das erfaßte Bildsignal, das verarbeitet wird, dann das Vorhandensein eines Objekts feststellt, das möglicherweise einer (und möglicherweise keiner) vorgegebenen Objektklasse zugehört, kann da System das Bild fokussieren und das Bild / das Objekt möglicherweise auch heranholen, um ein Bild von wesentlich höherer Qualität zu liefern. Dieses möglicherweise vergrößerte Bild von höherer Qualität kann anschließend von dem System zur Mustererkennung / Objektidentifikation verwendet werden. Es kann beispielsweise in einem Mustererzeugungskorrelator mit einer Reihe von Bezugsbildern verglichen werden.
Durch den Erhalt eines defokussierten Bilds während des normalen Betriebs können unerwartete Lichtblitze die einzelnen Detektoren / Pixel weniger beschädigen, als es bei einem fokussierten Bild der Fall wäre, und die Rückspiegelung der Detektoroberfläche wird, wie vorstehend erwähnt, minimiert.
Eine zweite Anwendung liegt darin, daß ein Detektor anfällig für Beschädigungen durch ein unerwartetes Aufleuchten, beispielsweise das Anschalten eines Lasers, sein kann. Wieder kann das System defokussiert werden, um die Energiedichte auf der Detektoroberfläche zu verringern.
Wenn das System bei weniger als der maximalen Vergrößerung verwendet wird und die Pixelgröße des Detektors größer als die optische Auflösung des Systems ist, kann die Defokussierung gewählt werden, um die pixeldefinierte Auflösung abzugleichen. Das System, bei dem das Detektorpixel eine strahlenbrechungsbegrenzte Auflösung bei einer Vergrößerung von beispielsweise · 5 liefert, könnte beispielsweise bei einer Vergrößerung von · 1 mit einer gesteigerten Defokussierung betrieben werden, die den Bereich des Brennpunkts bei einer entsprechenden Verringerung der Energiedichte des fokussierten Strahls um den Faktor 25 steigert. Dies kann zum Schutz des Detektors verwendet werden. Die Defokussierung kann das Quadrat des Vergrößerungsfaktors sein. Zur Verringerung der Intensität kann eine Defokussierung um einen Faktor von 50 oder mehr oder im Bereich von 100 oder mehr wünschenswert sein.
Fig. 10 zeigt, wie ein kleiner, intensiver Strahlenpunkt 100 defokussiert werden kann, um das Pixel ohne einen erheblichen Auflösungsverlust zu füllen (oder im wesentlichen zu füllen): das Pixel empfängt bei der Defokussierung nach wie vor die gleiche Lichtmenge und gibt im wesentlichen das gleiche Signal aus, doch die Intensität des Lichts auf der Pixeloberfläche wird verringert, und dadurch kann eine Beschädigung der Pixeloberfläche durch einen zu intensiven Punkt verhindert werden. Das weitere Gesichtsfeld bei einer geringeren Vergrößerung wird beibehalten.
Bei sämtlichen Anwendungen, bei denen der Arbeitszyklus des Detektors weniger als 100% beträgt, kann das System durchgehend vollständig defokussiert sein, wenn der Detektor kein Signal integriert (d. h. nicht effektiv in Gebrauch ist). Dadurch werden sowohl eine verringerte Rückspiegelung als auch eine verringerte Anfälligkeit gegen Lichtblitze mit hoher Intensität erreicht.
Bei vielen Infrarotabbildungssensoren (und elektronischen Kameras für den sichtbaren Bereich) ist die systemeigene Möglichkeit der Kopplung mit einer Szene nicht der begrenzende Faktor beim Auslesen / bei der Anzeige / bei der Erfassung. Ein Bild einer Szene kann beispielsweise innerhalb von 20 ms durch eine Detektoranordnung aufgefangen werden, doch es kann dreimal so lang dauern, die Werte aus der Detektorpixelanordnung, auszulesen; das "Auge" des Systems wird nur über einen Bruchteil der Gesamtzeit benötigt. Wenn jedoch das "Auge" offen bleibt, sind die Pixeldetektoren anfällig für eine Beschädigung durch zu helle Lichtblitze. Es wird vorgeschlagen, das auf die Detektoren auftreffende Bild zu defokussieren (oder das Bild möglicherweise sogar umzuleiten), wenn das Signal nicht integriert wird.
Die vorstehend beschriebenen Anwendungen sind aufgrund der Schnelligkeit und Flexibilität zweckmäßig, die das reflektierende System gegenüber dem strahlenbrechenden System auszeichnet.
Strahlenbrechende optische Elemente sind im allgemeinen schwerer als die reflektierenden Äquivalente, und daher wird durch die Verwendung einer reflektierenden Verstellung der Brennweite ein System mit einer im Vergleich zu seinem strahlenbrechenden Gegenstück verringerten Masse geschaffen.
Ein weiterer Vorteil reflektierender Systeme gegenüber strahlenbrechenden Systemen ist, daß bei thermischen Abbildungssystemen Germanium, Zink, Selenid und weitere transparente Materialien, die zur Herstellung durchlässiger Elemente verwendet werden, typischer Weise eine Transparenz von ca. 90% aufweisen. Durch den Ersatz eines oder mehrerer dieser Elemente durch ein reflektierendes Element (beispielsweise mit einer Goldbeschichtung) kann ein Reflektor mit einer Effizienz von 99% (oder in diesem Bereich) erzeugt werden, was zu einer nützlichen Steigerung der Gesamtübertragung des Systems führen kann. Ein vollständig reflektierendes optisches System hätte sogar noch mehr Vorteile.
Es ist ersichtlich, daß beim Betrieb, möglicherweise während der Veränderung der Vergrößerung des Bilds, eine Umstellung des ersten optischen Bauteils (beispielsweise eines Spiegels) und/oder des zweiten optischen Bauteils (beispielsweise eines Spiegels) aus einer positiven oder negativen Fokussierleistung in die jeweils andere negative oder positive Leistung möglich ist.
Die Steuereinrichtung kann ein Mikroprozessor oder Computer sein. Sie kann programmierbar sein. Der Benutzer kann jederzeit in der Lage sein, das arbeitende Programm, d. h. ein vom Benutzer wählbares Programm, zu wechseln.
Obwohl in der vorliegenden Beschreibung in Pixel unterteilte Detektoranordnungen besprochen wurden und diese typischer Weise Hunderte oder Tausende von Pixeln umfassen, ist es vorstellbar, daß nicht in Pixel unterteilte Detektoren von der Erfindung profitieren würden, und es ist beabsichtigt, sie zu schützen. Überdies kann ein Detektor im Gegensatz zu einer Abbildungseinrichtung nur ein einziges "Erfassungspixel" oder gar keine Abbildungsfunktion aufweisen, und erneut ist ein Schutz der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf diesem Bereich gewünscht. Die Definitionen des Schutzes sind entsprechend zu interpretieren.

Claims

1. Optisches System mit einem ersten reflektierenden optischen Bauteil (6; 9; 66) mit verstellbarer Brennweite, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System zusätzlich mindestens ein zweites reflektierendes optisches Bauteil (7; 10; 68) mit verstellbarer Brennweite aufweist, wobei die Positionen des ersten und des zweiten reflektierenden optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite relativ zueinander festgelegt sind, sowie eine Steuereinrichtung (13) zum derartigen Verstellen der Brennweite des ersten oder des zweiten optischen Bauteils mit verstellbarer Brennweite relativ zur Brennweite des anderen der optischen Bauteile mit verstellbarer Brennweite, daß beim Betrieb eine Steuerung von mindestens zwei optischen Parametern des optischen Systems erreicht wird, wobei entweder das erste oder das zweite oder sowohl das erste als auch das zweite optische Bauteil (6; 9; 66, 7; 10, 68) so beschaffen ist, daß es zur Verstellung seiner Brennweite verzerrt oder abgelenkt werden kann.

2. Optisches System nach Anspruch 1, das über einen Spektralbereich von beispielsweise 450 bis 10.000 nm arbeitet.

3. Optisches System nach Anspruch 2, das für sämtliche Wellenlängen, über die es arbeitet, im wesentlichen die gleiche Fokusebene aufweist.

4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer relativ zu den reflektierenden optischen Bauteilen mit verstellbarer Brennweite festen Bildebene.

5. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierenden optischen Bauteile (6; 9; 66, 7; 10, 68) auch zur Stabilisierung eines auf das System auftreffenden optischen Strahls verwendet werden.

6. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Verstellung der Brennweiten der reflektierenden optischen Bauteile (6; 9; 66, 7; 10, 68) mit Geschwindigkeiten von 10 Hz oder darüber erfolgt.

7. Abbildungssystem (5) mit einem Bilddetektor (8; 62) und einem optischen System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Abbildungssystem (5) mit einem Infrarotdetektor (8; 62) und einem optischen System nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Abbildungssystem nach Anspruch 8, bei dem eines oder mehrere unter dem ersten und dem zweiten optischen Bauteil durch die Steuereinrichtung (13) so gesteuert werden, daß das auf den Detektor (8; 62) auftreffende Bild der Szene defokussiert wird.

10. Abbildungssystem nach Anspruch 9, bei dem das defokussierte Bild der Szene im wesentlichen vollständig defokussiert wird, damit es die Durchschnittstemperatur der Szene wiedergibt.

11. Abbildungssystem nach Anspruch 10, bei dem die Durchschnittstemperatur der Szene als Bezug verwendet wird.

12. Abbildungssystem nach Anspruch 7, bei dem entweder das erste oder das zweite oder sowohl das erste als auch das zweite optische Bauteil von der Steuereinrichtung so gesteuert wird, daß das auf dem Detektor auftreffende Bild der Szene defokussiert wird.

13. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Steuereinrichtung (13) zur derartigen Steuerung des ersten und des zweiten optischen Bauteils (6; 9; 66, 7; 10, 68) geeignet ist, daß ein fokussiertes Bild auf dem Detektor erzeugt wird, während die Vergrößerung des Bilds verändert wird.

14. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 13 mit einer Einrichtung zur Entlastung des Detektors (8; 62) von dem fokussierten Bild der Szene.

15. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14 mit einer Zittereinrichtung, die so beschaffen ist, daß sie ein Zittern des auf den Detektor (8; 62) fokussierten Bilds zwischen verschiedenen Zitterpositionen auf dem Detektor veranlaßt.

16. Abbildungssystem nach Anspruch 15, bei dem die Zittereinrichtung das von der Steuereinrichtung gesteuerte erste und/ oder zweite optische Bauteil umfaßt.

17. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 16, bei dem die Steuereinrichtung (13) sicherstellt, daß das auf den Detektor auftreffende Bild über einen erheblichen Teil des Arbeitszyklus der Detektoranordnung erheblich defokussiert ist.

18. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 17, bei dem sowohl das erste als auch das zweite reflektierende optische Bauteil (6; 9; 66, 7; 10, 68) so beschaffen sind, daß ihre Brennweiten durch Ablenkung oder Verzerrung verstellt werden.

19. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 18, bei dem das erste und/ oder das zweite optische Bauteil (6; 9; 66, 7; 10, 68) von der Steuereinrichtung so gesteuert werden, daß Abbildungsfehler und/oder Vibrationen kompensiert werden.

20. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 19, bei dem das erste und das zweite optische Bauteil (6; 9; 66, 7; 10, 68) mit verstellbarer Brennweite die einzigen Fokussierelemente sind.

21. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 19, bei dem das erste und das zweite optische Bauteil (6; 9; 66, 7; 10, 68) zur Steigerung der durch das System erzielbaren Vergrößerung mit zumindest einem dritten und einem vierten optischen Bauteil (11, 12) mit verstellbarer Brennweite operativ gestaffelt sind.

22. Abbildungssystem nach Anspruch 21, bei dem sowohl das erste (9) als auch das zweite (10), das dritte (11) und das vierte (12) optische Bauteil reflektieren.

23. Abbildungssystem nach Anspruch 21 oder 22, bei dem das dritte und das vierte optische Bauteil (11, 12) jeweils im wesentlichen die gleichen Brennweiten wie das erste und das zweite optische Bauteil (9, 10) aufweisen und unter Verwendung im wesentlichen der gleichen Eingangssignale von der Steuereinrichtung auf ähnliche Weise wie das erste und das zweite Bauteil gesteuert werden.

24. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 23, bei dem das erste und das zweite Bauteil und der Detektor in einer Cassegrain- Anordnung angeordnet sind.

25. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 24 mit einer Steuereinrichtung (13), die so beschaffen ist, daß sie das erste und das zweite optische Element (6; 9; 66, 7; 10; 68) so steuert, daß das System zeitweise in einem defokussierten Betriebsmodus betrieben wird, wobei die Steuereinrichtung so beschaffen ist, daß sie bestimmt, wann ein mögliches Objekt einer vorgegebenen Klasse in der überwachten Szene vorhanden ist, in Abhängigkeit von der Feststellung seines Vorhandenseins das System in einem fokussierten Betriebsmodus betreiben kann, um das Bild der Szene auf den Detektor (8; 62) zu fokussieren, und das Objekt in der Szene unter Verwendung es erfaßten, fokussierten Bilds identifizieren kann.

26. Abbildungssystem nach Anspruch 25, das so beschaffen ist, daß es in den defokussierten Betriebsmodus zurückkehrt, wenn ein Objekt einmal identifiziert ist.

27. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 26, das zum Heranziehen einer Vergrößerung des auf den Detektor auftreffenden Bilds geeignet ist und bei dem die Steuereinrichtung so beschaffen ist, daß sie das System in einem ersten Zustand mit geringerer Vergrößerung und einem zweiten Zustand mit stärkerer Vergrößerung betreibt, wobei die Steuereinrichtung (13) das System in dem ersten Zustand mit geringerer Vergrößerung mit zur Steigerung der Ausdehnung eines nominal fokussierten Bereichs defokussiertem Bild betreibt, wodurch das größere Gesichtsfeld im Zustand mit geringerer Vergrößerung erhalten bleibt, aber sichergestellt wird, daß die Energiedichte von einer Punktquelle äquivalent zu dem Zustand mit stärkerer Vergrößerung ist.

28. Abbildungssystem nach Anspruch 27, bei dem die Defokussierung um einen Faktor erfolgt, der die Auflösung der optischen Bauteile des Systems in etwa auf die Auflösung des Gesamtausgangs der Anzeige bringt, um eine erhebliche Verschlechterung des Bilds zu vermeiden.

29. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 28, bei dem das Bild so angeordnet ist, daß es im wesentlichen durchgehend defokussiert ist, wenn der Detektor kein Signal integriert.

30. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 29, bei dem das erste optische Bauteil (6; 9; 66) einen Spiegel umfaßt, das zweite optische Bauteil (7; 10; 68) einen Spiegel umfaßt und das erste oder das zweite optische Bauteil einen im wesentlichen flachen Spiegel umfaßt, der nichtsdestotrotz unter der Steuerung der Steuereinrichtung (13) durch eine Verzerrungseinrichtung so manipuliert werden kann, daß einfallendes Licht auf eine feste Bildebene fokussiert wird, indem der Spiegel so bewegt wird, daß entweder eine positive oder eine negative Fokussierleistung erzeugt wird, bzw. der sowohl eine positive als auch eine negative Leistung erzielen kann.

31. Abbildungssystem nach Anspruch 30, bei dem der Spiegel aus einem Zustand, in dem er eine positive Fokussierleistung aufweist, in einen Zustand bewegt werden kann, in dem er eine negative Fokussierleistung aufweist.

32. Abbildungssystem nach Anspruch 30 oder 31, bei dem der im wesentlichen flache Spiegel erheblich kleiner als der andere erste oder zweite Spiegel ist.

33. System zum Verstellen der Breite eines auf das System auftreffenden optischen Strahls mit dem optischen System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das so beschaffen ist, daß die Breite des optischen Strahls beim Betrieb verändert wird, während die Bündelung des Strahls im wesentlichen beibehalten wird.

34. Verfahren zum Veranlassen eines Zitterns eines Bilds zwischen einer ersten Position auf einem Bilddetektor und einer zweiten Position auf einem Bilddetektor, gekennzeichnet durch die Verwendung des Abbildungssystems (5) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, die derartige Einstellung oder Verzerrung entweder des ersten oder des zweiten oder sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Bauteils (6; 9; 66, 7; 10; 68), daß ein Bild zu einem Zeitpunkt auf eine Position auf einem Bilddetektor gerichtet wird, die derartige Einstellung oder Verzerrung entweder des ersten oder des zweiten oder sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Bauteils, daß das Bild zu einem zweiten Zeitpunkt auf eine andere Position auf dem Bilddetektor gerichtet wird, und durch eine derartige wiederholte Verzerrung des Spiegels oder des Objektivs, daß ein wiederholtes Zittern des Bilds auf dem Abbildungsdetektor veranlaßt wird.

35. Verfahren zur Erzeugung eines periodischen Bezugssignals für einen Detektor, gekennzeichnet durch die Verwendung des Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 7-8, den Betrieb des Systems in einem Szenendurchschnittsstrahlungsmodus durch gelegentliches Verzerren oder Ablenken entweder des ersten oder des zweiten oder sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Bauteils (6; 9; 66, 7; 10; 68) zum Verändern der Brennweite entweder des ersten oder des zweiten oder sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Bauteils zum derartigen vollständigen oder im wesentlichen vollständigen Defokussieren der Strahlung von einer Szene, daß die auf den Abbildungsdetektor auftreffende Strahlung gleichmäßig ist und im wesentlichen keine räumlichen Informationen enthält, die Verwendung eines von dem Detektor während dieses Szenendurchschnittsstrahlungsbetriebsmodus erzeugten Signals als Szenendurchschnittsbezugssignal und die derartige Steuerung der Ablenkung oder Verzerrung des ersten und des zweiten optischen Bauteils, daß sie nach dem Erhalt des Bezugs in einen Abbildungsbetriebsmodus zurückgestellt werden.

36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem der Detektor mit einer regelmäßigen Periodizität, vorzugsweise im Bereich von mehreren Malen pro Sekunde, in den Szenendurchschnittsstrahlungsmodus umgeschaltet wird.

37. Verfahren zur Minimierung der Beschädigung eines Detektors, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Abbildungssystems nach den Ansprüchen 7 bis 8, wobei das Verfahren den Betrieb der optischen Fokussierbauteile des Systems in einem defokussierten Modus durch Ablenkung oder Verzerrung des ersten oder des zweiten optischen Bauteils zur derartigen Verstellung seiner Brennweite umfaßt, daß die auf dem Detektor auftreffende, eingefangene Strahlung erheblich defokussiert ist.