ISBN 978-3-86853-769-7

978-3-86853-769-7, Reihe Optik

Kristof Seidl
Entwicklung eines Systemansatzes für ein Spiegel-Zoomobjektiv mit deformierbaren Elementen

185 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2010), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden ein Konzept für ein Schiefspiegler-Zoomobjektiv mit deformierbaren Spiegeln vorgestellt sowie die Grenzen und Probleme des neuen Objektivtyps untersucht.

Vollreflektive Systeme besitzen keine chromatischen Aberrationen, sodass sie besonders für Applikationen wie dem luftgestützten Umweltmonitoring mit unbemannten Kleinflugzeugen oder als Helmkameras für Rettungskräfte geeignet sind. In diesen Anwendungsbereichen werden kleine und robuste Kamerasysteme benötigt, die Bilddaten über einen sehr weiten Spektralbereich oder in Kombination von mehreren Bildsensoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit aufnehmen können.

Als optischer Ansatz für ein kompaktes Zoomobjektiv mit deformierbaren Spiegeln eignet sich besonders ein „Spiefspiegler“ nach dem Retrofokusprinzip. Das neuartige Schiefspiegler-Zoomobjektiv besteht aus vier Spiegeln, wobei die deformierbaren Spiegel an erster und letzter Position angeordnet werden. Zur Korrektur von außeraxialen Bildfehlern, wie Koma und Astigmatismus, müssen der starre Sekundär- und der als Aperturblende fungierende Spiegel bikonische Oberflächen besitzen, die außeraxial bzw. axial verwendet werden. Für eine ausreichende Abbildungsqualität des aktiven Schiefspiegler-Zoomobjektivs benötigen die deformierbaren Spiegel eine elliptische Spiegeloberfläche mit einer identischen konischen Konstante über den gesamten Zoombereich. Weiterhin werden für ein aktives Spiegel- Zoomobjektiv mit einer Anfangsöffnung von 1:4,5 deformierbare Spiegel mit einem Durchmesser von mindestens der doppelten Sensordiagonalen und einer relativen Öffnung von mindestens 1 : 0,7 benötigt. Da bisher keine deformierbaren Spiegel mit den benötigten Spezifikationen auf dem Markt erhältlich sind, zeigt ein Demonstrationssystem mit drei identischen, opto-mechanischen Aufbauten unterschiedlicher Brennweiten die prinzipielle Zoomfähigkeit des Ansatzes. Dabei werden für die Demonstratoren anstatt der deformierbaren Spiegel starre ultrapräzisionsbearbeitete Spiegel verwendet. Die für weitwinkelige Schiefspiegler typischen, rotationsunsymmetrischen Verzeichnungseffekte werden mit Hilfe eines mathematischen Modells rechnerisch korrigiert. Messungen der Abbildungsqualität zeigen, dass das neue Schiefspiegler-Zoomobjektiv eine für die meisten Applikationen ausreichende Abbildungsleistung aufweist.