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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
optische Systeme und mehr im Speziellen auf optische Systeme zur
Abbildung von Panoramaszenen bzw. Panoramen auf flache Brennebenen.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Existierende Fernfeldsensoren kombinieren nicht
ein effizientes optisches Ansichtssystem, welches ein Panoramaformat
vorsieht mit Azimuthfähigkeit
bis 360° mit
einem einfachen optischen System und mit einem Brennebenenformat,
welches in der Lage ist eine einzelne quadratische oder rechteckige Brennebene
zu tragen. Fish-eye-Linsen und ihre Derivate können stark verzerrte Blenden
haben, wenn sich ihr Feldwinkel vergrößert. Die größeren Feldwinkel
der Fish-eye-Linsen können
eine Blende haben, die weniger als zehn Prozent der Blendenfläche des zentralen
Systems hat. Dies führt
zu signifikanter Verzerrung in Erhebungsauflösung bzw. Tiefenschärfe und
zu Reduzierung in der Sensitivität
bei höheren Winkeln
weg von der Hauptachse. Resultierende Systeme, welche ein ähnliches
Leistungsvermögen bzw.
eine ähnliche
Performance vorsehen, sind daher relativ groß und teuer. Scan- bzw. Abtastsysteme haben
lange Abfragezeiten oder große
Optiken, um Sensitivität
bei sehr schnellen Scan- bzw. Abtastzeiten vorzusehen.
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US 5,402,168A offenbart ein Kamerakonzept,
welches einen optomechanischen Projektor und ein Abtastsystem bedingt.
US 4,994,670A offenbart
einen zitter- bzw. schwankungsabgetasteten (dither scanned) Mehrfach-Öffnungs-Panoramasensor.
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US 4,566,763A offenbart einen Abbildungsblock,
in welchem Lichtstrahlen über
die Hauptachse der Anfangs- bzw. Eingangsoptik laufen. Die Erfindung
hat eine Ausgangsblende. Es gibt nur eine signifikante, optisch
angetriebene Oberfläche
zur Produktion des Bildes.
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US 4,395,093A beschreibt ein Paar von hyperbolischen
Reflektionsoberflächen,
welche benutzt werden, um auf eine komplexe Anordnung von Brechungselementen
abzubilden, um Farbkorrektur und Feldkorrekturen auszuführen.
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US 4,012,126A beschreibt ein Paar von hyperbolischen
Reflektionsoberflächen,
welche benutzt werden, um auf eine komplexe Anordnung von Brechungselementen
abzubilden, um Farbkorrekturen und Feldkorrekturen durchzuführen.
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US 3,998,532A offenbart ein Projektionsgerät zur Benutzung
mit Film. Die finalen optischen Elemente sind ein Konvex-Konvex-Reflektor
und ein Fenster.
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US 3,977,793A offenbart einen abtastenden Strahlungsenergieempfänger.
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US 3,781,559A offenbart ein Verfahren zur Abtastung
eines Felds mit verschiedenen Sichtfeldern.
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US 3,552,820A beschreibt einen ersten Brechungselementsatz,
welcher dann Energie auf eine Abbildungs- bzw. Wiederabbildungsgruppe
richtet bzw. lenkt.
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US 3,514,186A hat Mängel, welche ähnlich sind
zu denen von
US 2,244,235A .
Hier ist das erste Element eine Sphäre bzw. eine Kugel, durch welche das
Bild gebrochen wird. Andererseits ist das erste Element des letzteren
Dokuments eine reflektierende Sphäre bzw. Kugel.
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US 3,283,653A offenbart ein vollständig brechendes
Design mit vielen komplexen Ringlinsenformen, welches konische Sektionen
bzw. Abschnitte einschließt.
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US 3,203,328A offenbart ein Gerät, in welchem
der optische Pfad eine hyperbolische Oberfläche, gefolgt von einer sphärischen
Oberfläche
einschließt.
Die Brennebenenkonfiguration, die durch diesen optischen Pfad nötig wird,
erfordert eine ringförmige
Brennebene. Die Energie, welche von der ersten zur sphärischen
sekundären
Optik wandert, läuft
durch das Zentrum der Brennebene. Dies verhindert, daß das Konzept
mit konventionellen Brennebenen benutzt wird.
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US 2,923,220A und
US 3,151,524A offenbaren
Erfindungen, welche Weitwinkel-Kameralinsen haben, deren erstes
Element ein reflektiver Torus ist.
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US 2,244,235A beschreibt ein reflektives sphärisches
erstes Element. Diese Herangehensweise resultiert in nicht akzeptabler
Verzerrung. Die größeren Winkel
der Erhebung bzw. Auslenkung sind auf der Brennebene sehr verkürzt, während die
niedrigeren Winkel der Erhebung in der azimuthalen Auflösung schwerwiegend
begrenzt sind.
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US 1,797,867A offenbart Panorama- oder Omniscopeoptik,
welche als erstes Element ein konvexes, konkaves reflektives Element
einschließt.
Diese Herangehensweise hat signifikante Probleme, ein aufgelöstes Bild
und Blende bzw. Pupille zu produzieren. Die Implementierung einer
Brennebenenregion ist eine dispergierte bzw. verteilte Torussektion,
welche keine ökonomische
Brennebenenanordnung unterstützt.
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CA 878,162A beschreibt ein Panorama-Ansichtssystem,
welches ein Fernsehsystem benutzt. Die Erfindung lehrt ein transmittives
torusförmiges erstes
Element.
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JP 63-172209A beschreibt ein Verfahren
zur Begrenzung der Off-Access-Strahlung
(Strahlung weit weg von der Achse) auf einen Infrarotdetektor.
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US 3 206 073 A bezieht sich auf extreme Weitwinkel-Fotografie,
welche Fernsehkameraausrüstung
benutzt. Darin werden eine Kombination von optischen Elementen und
Fernsehkameras und projektierenden Bildröhren benutzt. Eine torusförmige Linse
ist überhalb
einer Fernsehröhrenoberfläche montiert,
wobei die einfallenden Strahlen aufwärts reflektiert und gebogen
werden, und einen ebenen Spiegel treffen, welcher sie abwärts durch
eine zentrale Öffnung
der torusförmigen
Linse und durch weitere Linsen reflektiert, welche die Strahlen
auf einen ringförmigen
Teil der Kameraröhre
fokussieren. Ein fixierter oder anpaßbarer Apertur- bzw. Öffnungsstop ist
ebenfalls vorgesehen. Die torusförmige
Linse ist vollständig
symmetrisch und kann volle 360° ansehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist eine
Optikanordnung zum Beobachten einer Panoramaszene bzw. eines Panoramas,
wie in Anspruch 1 dargelegt. Die Optikanordnung schließt eine
Vielzahl von optischen Elementen ein. Ein erstes Element ist ein
flacher Spiegel, welcher im Wesentlichen senkrecht zur primären Achse
bzw. Hauptachse einer Abbildungsgruppe montiert ist, welche eine
Vielzahl von Brechungselementen aufweist. Der flache Spiegel ist
am oder nahe dem ersten Element der Abbildungsgruppe montiert. Die
Abbildungsgruppe kann eine Weitwinkellinse vom Fish-Eye-Typ sein,
oder ein anderer Weitfeld-Abbilder. Der flache Spiegel wird benutzt, um
das Panoramabild, welches bei größer als
90° von
der optischen Achse bzw. zur optischen Achse ankommt, in ein Panoramabild
bei weniger als 90° zu transformieren.
Die Transformation in ein schmaleres Feldbild ist ein fundamentales
Prinzip dieser Erfindung. Der flache Spiegel ist im Wesentlichen
senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsgruppe montiert, so
daß die
Hauptstrahlen der Abbildungsgruppe aufwärts zeigen, während die
abgebildete Szene unterhalb des lokalen Horizonts ist. Es gibt keine
inhärenten
Verdeckungen bzw. Hindernisse im ringförmigen Sichtfeld des Sensors.
Ein optisches Weiterleitungssystem empfängt Licht von der reflektierten
Szene, wobei es die Brennweite der optischen Anordnung etabliert,
Pupillenaberrationen korrigiert, welche an der realen Pupille produziert
werden, die von der Abbildungsgruppe geformt wird, Feldaberrationen
korrigiert und ein ringförmiges
Bild von 90° oder
größer auf
einer flachen Brennebenenanordnung produziert. Die optische Anordnung
produziert über
eine Panoramaszene eine kleine F-Zahl bei Feldwinkeln, die nahezu
senkrecht zu der optischen Ausgangsachse der Optikanordnung sind.
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Die Erfindung gestattet Energiesammlung mit
höherer
Effizienz bei Winkeln von 90° oder
größer von
der optischen Achse weg, mit weniger geometrischer Verzerrung im
Erhebungsfeldwinkel als eine Brechungs-Fish-Eye-Linse, während sie
die Panoramafähigkeit
bis zu 360° behält. Die
Optikanordnung produziert eine kleine F-Zahl für Einfallsfeldwinkel von Licht
von einer Panoramaszene bzw. einem Panorama bei mehr als 90° von der
optischen Ausgangsachse der Optikanordnung weg. So wie er hierin
benutzt wird, bezieht sich der Ausdruck "F-Zahl" auf die Brennweite geteilt durch die
effektive Apertur. Der Ausdruck "klein" bezieht sich auf
eine F-Zahl kleiner als 1.5.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine
kompakte und ökonomisch
herstellbare Optik mit hohem räumlichen
Auflösungspotenzial
vor. Sie erlaubt die Benutzung konventioneller Brennebenenfelder
bzw. Brennebenenarrays, entweder als einzelne Einheiten, welche
das gesamte Panorama auslesen oder unter Benutzung von mehreren
Brennebenen, von denen jede ein Segment der Szene ausliest, wobei es
nicht erforderlich ist, daß die
Brennebenen nahe aneinander angrenzen bzw. anstoßen.
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Alle Ausführungsbeispiele der Erfindung schließen mehrere
Oberflächen
zum Korrigieren des Bildes ein. Diese Oberflächen erlauben verbesserte Auflösung und
Feldabflachung bzw. Feldglättung
an der Brennebene. Die Schlüsselelemente
in dieser Erfindung sind die Verbesserung in der Performance gegenüber einer
konventionellen Fish-Eye-Linse von ähnlichen Feldwinkeln, das Fehlen
von Verdeckungen bzw. Hindernissen, welche inhärent sind beim Montieren des
Sensors mit der Elektronik vollständig unterhalb der Apertur
und die erwarteten niedrigen Kosten, um den Sensor herzustellen.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 4,994,670A offenbart
ist, erfordert die vorliegende Erfindung kein Zitter- bzw. Schwankungssystem,
um das abgetas tete Bild zu produzieren. Die vorliegende Erfindung
kann ein echter starrender bzw. beobachtender Sensor sein, mit exzellenter
Rahmen(frame)-zu-Rahmen-Registrierung
zur Rahmendifferenzbildung bzw. -differenzierung und zur Zurückweisung von
Hintergrund und von Rauschen mit festem Muster ebenso wie mit Mehrfachrahmenintegration
zur Reduktion von zufälligem
Rauschen. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht mehrfache Aperturen,
um die Panoramaszene abzudecken. Die vorliegende Erfindung erfordert
nicht Schlitze in Verbindung mit einem Brennebenenarray, um das
Gesamtbild zu produzieren. Die vorliegende Erfindung kann sowohl im
Sichtbaren und/oder im Infraroten benutzt werden. Sie besitzt ein
ringförmiges
Energiebündel über den gesamten
optischen Pfad hinweg. Eine einzelne Brennebene kann benutzt werden,
um das gesamte Feld der Ansicht bzw. der Betrachtung darzustellen.
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Anders als das Gerät, welches
in CA 878,162A offenbart ist, hat die vorliegende Erfindung kein
Brechungselement im anfänglichen
Panoramaelement. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht mehrfache
Reflektionen innerhalb eines einzelnen Brechungselements. Die vorliegende
Erfindung hat Anwendung sowohl im infraroten Spektrum zusätzlich zum
sichtbaren Spektrum, während
CA 878,162A die Benutzung mit einer Fernsehkamera oder einem Ansichtsschirm
für das
Sichtbare offenbart.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 4,395,093A offenbart
ist, ist die vorliegende Erfindung hauptsächlich als Sensor anstatt als
Projektor vorgesehen bzw. beabsichtigt. Die vorliegende Erfindung
benutzt eine nichtgetriebene bzw. nicht mit Leistung versorgte Oberfläche als
ihre erste optische Komponente, während das '093 Patent mehrere hyperbolische Oberflächen für seine
anfängliche
Erzeugung einer Pupille benutzt.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 3,203,328A offenbart
ist, ist die vorliegende Erfindung in der Lage, mit gekühlten Detektoren
zu arbeiten. Zusätzlich,
wie oben erwähnt,
benutzt die vorliegende Erfindung eine nicht mit Leistung versorgte Oberfläche als
ihre erste optische Komponente. Das '328 Patent benutzt mehrere mit Leistung
versorgte optische Oberflächen
für seine
anfängliche
Erzeugung einer Pupille.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 3,283,653A offenbart
ist, benutzt die vorliegende Erfindung optische Standardformen.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 2,638,033A offenbart
ist, erfordert die vorliegende Erfindung nicht mehrere interne Reflektionen
innerhalb eines einzelnen optischen Elements. Das '033 Patent befaßt sich
nicht mit der thermischen Isolation, welche von einem Infrarotsensor
oder einem breiten Spektralband benötigt wird, da keine Korrektur
für die spektrale
Kompensation angezeigt ist.
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Anders als das Gerät, welches
in
US 3,552,820A offenbart
ist, verläßt sich
die vorliegende Erfindung nicht auf den Brechungsindex des Materials,
um eine transmittierende Oberfläche
reflektiv zu machen.
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Die Optikanordnung der vorliegenden
Erfindung sammelt Energie von einer Panoramaszene bzw. einem Panorama
bei Winkeln von größer als
90° und
weniger als 145° von
der optischen Achse weg im sichtbaren oder infraroten Spektrum und
kann die abgebildeten Daten zur Analyse oder für Maßnahmen gegen Bedrohungen so
wie Waldbrände
oder das Eindringen in einen Umfang um einen Mast oder Turm präsentieren.
Der Sensor ist ein starrendes System, welches in einem sehr effizienten
zeitlichen Sammelmodus mit hoher Verweil- bzw. Haltezeit resultiert.
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Andere Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung
offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen betrachtet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine diagrammatische bzw. schematische Querschnittstillustration
der Anordnung und der Assoziation bzw. Verbindung von Elementen
eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Optikanord nung, welche den Gegenstand der Erfindung hierin inkorporiert,
in Bezug zu den optischen Funktionen derselben.
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2 ist
eine explodierte Perspektivenillustration des Ausführungsbeispiels
von 1, wobei einige
Komponenten zum Zwecke der Klarheit weggelassen wurden.
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3 ist
ein Graph, welcher die Kompressionsverhältnisse einer typischen Fish-Eye-Linse
und der vorliegenden Erfindung als eine Funktion des Erhebungswinkels
für eine
typische Implementation vergleicht.
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4 ist
ein Graph des Bruchteils der eingeschlossenen Energie gegen den
Radius bzw. den radialen Abstand vom Zentroid (in Mikrometern),
welcher die polychromatisch und geometrisch eingeschlossene Energie
illustriert.
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5 ist
ein optisches Strahlenverfolgungsdiagramm bzw. Ray-Trace-Diagramm, welches
die Benutzung von mehreren Fokalebenen zeigt, welche in instantanen
Sichtfeldern in zwei unterschiedlichen Spektralbändern resultiert.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, welche teilweise im Querschnitt genommen
ist, die die Benutzung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung mit
einem Teleskop für
verbesserte Kleinfeldauflösung
unter Benutzung eines Brennebenengebiets illustriert, welches andernfalls
nicht benutzt würde.
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Die selben Elemente und Teile sind
innerhalb der Figuren durch die selben Referenzzeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen
und die darauf markierten Referenzzeichen, illustrieren 1 und 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Optikanordnung der vorliegenden Erfindung, welche allgemein als 100 bezeichnet
ist. Die Optikanordnung 100 wird von einer Dewaranordnung
bzw. einer Isoliergefäßanordnung
getragen, welche allgemein als 200 gekennzeichnet ist.
Die Dewaranordnung 200 trägt auch eine Brennebenenanordnung
und einen Kühler,
wobei diese beiden Gegenstände
gemeinsam allgemein als 300 bezeichnet werden. Eine Umweltabdeckung
ist vorgesehen, welche allgemein als 500 bezeichnet ist.
Die Dewaranordnung 200 dient als eine Schnittstelle zwischen
der Optikanordnung 100 und der Elektronik, der Sensormontierung und
beliebigen anderen Hilfs- bzw. Ergänzungskomponenten, so wie Antennen,
Solarenergiepanelen, etc., wobei diese Gegenstände gemeinsam als 400 bezeichnet
werden.
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Die externe Umweltanordnung 500 umfaßt ein Dach 502,
ein zylindrisches optisches Fenster 504 und eine umweltseitige
Auskragung 506, welche die physikalische Box bzw. das physikalische
Gehäuse
vervollständigt,
welches die Optikanordnung 100, die Hilfskomponenten 400 und
die Dewaranordnung 200 einschließt. Eine Kühleranordnung bzw. ein Kühleraufbau 302 ist
an einer Trägerstruktur 202 angebracht,
die wiederum an einer Montageplatte 402 angebracht ist.
Der Kühler 302 kann
zum Beispiel ein Standard-Thermoelektrischer
Kühler,
wie er von vielen Herstellern verfügbar ist, sein. Eine Dewarschale 204 ist
mit der Struktur 202 und einem Fenster 206 versiegelt.
Eine Abschnürungsröhre 208 ist
für die Evakuierung
der Dewaranordnung 200 vorgesehen. Elektrische Durchführungen 210 sind
in der Struktur 202 vorgesehen. Der gekühlte Teil eines Detektorgehäuses 304 ist
an dem Kühler 302 montiert.
Dies ist eine Standardkomponente in der Industrie. Eine flache bzw.
ebene Fokal- bzw. Brennebenenanordnung 306 umfaßt eine
Standard-Array-Brennebene sowie ein 256 × 256 Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Array welches
von Rockwell International verfügbar
ist. Ein Kaltfilter 308 sieht eine begrenzte Bandweite
von Strahlung für
die Brennebenenan- ordnung 306 vor, wobei
er die Sensitivität
der Brennebenenanordnung erhöht.
Die Oberflächen
der Innenseite des Dewars 204 und der Außenseite
des Detektorgehäuses 304 sind
beschichtet, um den Wärme-
bzw. Hitzetransfer zwischen den zwei Oberflächen zu minimieren. Elektrische
Drähte
bzw. Kabel 312 von der Fokal- bzw. Brennebenenanordnung 306 und
dem Temperatursensor (nicht gezeigt) zu den Durchführungen 210 sind
vorzugsweise aus extrem feinen Draht gemacht, welcher geformt ist
aus Nickel, ConstantinTM oder ManganinTM, um den thermischen Energieverlust über die
Drähte
zu reduzieren. Die Drähte 312 verbinden
die Durchführungen 210 mit
der Elektronik 404.
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Die Spitze bzw. die Oberseite der
Dewarschale 204 trägt
das Optikgehäuse 102 der
Optikanordnung 100. Das Optikgehäuse 102 trägt eine
Vielzahl von refraktiven- bzw. Brechungs-Elementen 104, 108 und
ein optisches Weiterleitungssystem 112. (Das optische Weiterleitungssystem
kann zusätzliche
Brechungselemente enthalten.) Variationen im Design können mehr
oder weniger Brechungselemente erfordern, abhängig vom Grad der Genauigkeit,
welcher im Bild der Szene erfordert wird. Die refraktiven Elemente 104, 108 bringen
Licht herein von Weitwinkel-Fish-Eye-Typ-Winkeln, um bei einer realen
Pupille 114 abzubilden. Die Elemente 104, 108 können zum
Beispiel aus Silizium oder Germanium geformt sein. Es gibt eine
Region 106 zwischen den Elementen 104 und 108.
In einer Konfiguration, welche größere Präzision in der Größe des Unschärfekreises
erfordert, können
die Regionen, welche 104, 106 und 108 besetzen,
mit einem Linsentriplet belegt bzw. besetzt sein, welches eine Zink-Selenid-Linse, eine
Germanium-Linse und eine Zink-Selenid-Linse umfaßt. Die Pupille wird dann durch
das optische Weiterleitungssystem 112 auf die Brennebenenanordnung 306 abgebildet.
Das optische Weiterleitungssystem 112 kann Siliziumkomponenten
umfassen. Wenn wegen kleinerer Pixelelemente größere Genauigkeit im Unschärfekreis
benötigt
wird, wie man es bei einem Array der Größe 1024 × 1024 finden würde, dann
könnte
der Raum 110 über
dem optischen Weiterleitungssystem 112 mit einer zusätzlichen
Siliziumlinse gefüllt
sein. Ein flaches bzw. ebenes refraktives Element oder Platte 116 ist
auf der Spitze bzw. der Oberseite des brechenden bzw. refraktiven
Elements 104 montiert und ist axial symmetrisch mit der
Hauptachse, daß heißt der optischen Achse 120 des
optischen Systems 100.
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Während
des Betriebs tritt die einfallende Energie von der Panoramaszene
bzw. von dem Panorama mit einem Erhebungswinkel von ungefähr –5 Grad
bis ungefähr –45 Grad
von der Horizontalen, das heißt
95° bis
135° von
der optischen Achse, welche repräsentiert
wird durch die numerischen Bezeichnungen 119, in eine Apertur 122 ein
und wird durch das ebene Brechungselement 116 reflektiert. (Die
Richtung der optischen Achse 120 ist definiert als ausgehend
bzw. beginnend im Linsensatz und gerichtet auf die Szene.) Die Energie
wird auf die reale Pupille 114 transferiert und daher zu
dem optischen Weiterleitungssystem 112. Die optischen Elemente 116, 104, 108, 112 sehen
ein Weitwinkelflachbild der Szene vor, durch die Vakuum-Auskargung 206 und
den kalten Filter 308. Die verbleibende Energie wird auf
die Brennebenenanordnung 306 fokussiert.
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2 zeigt
das Dach bzw. die Abdeckung 502 der Umwelteinschließung 500 bzw.
der Umweltanordnung 500 und das zylindrische optische Fenster 504,
welches am Rahmen 506 sitzt, welcher auf der Montierplatte 402 ruht.
Der Dewarschild 204 und das Fenster 206 sind auf
der Struktur 202 montiert, welche selbst die Spitze bzw.
Oberseite der Elektronikpackung 404 ist. Das Optikgehäuse 102 ist
an der Dewarschale 204 montiert und optisch daran registriert.
Das erste Brechungselement 104 und die ebene reflektierende
bzw. reflektive Platte 116 sind gezeigt.
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Kurve 2 von 3 illustriert den Effekt der Kompression
der realen Pupille in einer konventionellen Fish-Eye-Linse, welche
für ein
210 Grad Ansichtsfeld entworfen ist. Die Daten für diese Figur wurden extrahiert
und modifiziert aus dem Buch "Lens
Design" von Milton
Laikin aus Marina Del Rey, Kalifornien. Wenn eine Fish-Eye-Linse
benutzt wird, um unterhalb des Horizonts abzubilden, wobei der Hauptstrahl
der Linsen in die Nadirposition blickt, ist die Fähigkeit
bzw. das Vermögen
der Gruppe in 1 gezeigt.
Das Problem mit der Anordnung, welche Kurve 1 produziert, ist, daß die Trägerstruktur
einen Teil des Blicks blockieren wird. Kurve 2 mangelt es klar an
Sensitivität
bei den Winkeln von größtem Interesse.
Wenn die Prinzipien der vorliegenden Erfindung benutzt werden, werden
die Kompressionsverhältnisse
von Kurve 1 pro duziert, wobei der Hauptstrahl zum Zenith zeigt.
Die Trägerstruktur
blockiert nicht Teile des Ansichtsfeldes. Die Variation in den Kompressionsverhältnissen –5° bis –45° ist weniger
als ein Faktor von 2 über
diesen Bereich von 40 Grad.
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4 zeigt
die vorhergesagte Funktion von eingeschlossener Energie für – 15° Beobachtungen als
eine Funktion des Radius vom Bildzentroid. Diese polychromatisch
eingeschlossenen Energieplots bzw. Energiebilder werden berechnet
unter Benutzung der ZEMAX Computersoftware für ein 256 Pixel breites Ansichtsfeld.
Diese Figur zeigt, daß ein
charakteristischer Fleckdurchmesser kleiner sein wird, als 30 Mikrometer
Durchmesser. Dies wird festgestellt bei dem 82% Niveau eingekreister
Energie.
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5 zeigt
wie mehrfache bzw. mehrere Brennebenen benutzt werden können, wenn
ein verbessertes ein- oder zweifarbiges instantanes Ansichts- bzw.
Blickfeld (IFOV) benötigt
wird. Ein dichroitischer Beamsplitter bzw. dichroic beam splitter
oder ein geteilter Energie Beamsplitter bzw. shared energy beam
splitter 130 ist angeordnet, um Licht von einem letzten
von einer Vielzahl von Brechungselementen 108 (in dieser
Figur nicht gezeigt) zu empfangen. Der dichroitische Beamsplitter
reflektiert ein Wellenlängenband
und transmittiert ein anderes. Ein erster Teil von empfangenem Licht 132 wird
reflektiert und durch eine erste optische Abbildungsgruppe 134 und
auf eine erste ebene Brennebenenunteranordnung 136 der
ebenen Brennebenenanordnung gerichtet. Ein zweiter Teil 138 des
empfangenem Lichts wird transmittiert und durch eine zweite identische optische
Abbildungsgruppe 140 und auf eine zweite ebene Brennebenensubanordnung
bzw. -unteranordnung 142 der flachen ebenen Brennebenenanordnung
gerichtet. Wenn ein geteilter Energie Beamsplitter benutzt wird,
dann werden mehrere Brennebenen verwendet, um die Auflösung zu
verbessern. Die ersten und zweiten Brennebenenunteranordnungen 136, 142 sind
bezüglich
einander getaktet (clocked), um es zu erlauben, bzw. zu ermöglichen,
daß Brennebenen
jeder jeweiligen Brennebenenunteranordnung optisch angrenzen bzw.
anstoßen.
Der Nachteil bzw. die Einbuße
bei dieser Implementation sind die Kosten. Eine größere einzelne
Brennebene ist verständlicher
Weise eine verbesserte kosteneffekti ve Methode, die Auflösung zu
verbessern. Die Brennebenen jeder Gruppe sind getaktet (clocked) wie
oben festgehalten wurde, um einen kleinen Überlapp zwischen den Brennebenen
der zwei Brennebenenunteranordnungen zu erlauben. Der Beamsplitter 130 ist
in Sektionen, welche drei Regionen enthalten, geteilt. Die erste
Region schickt 90% der einfallenden Energie bzw. der hereinkommenden
Energie auf eine einzelne Brennebenengruppe. Es gibt eine kleine Zwischenregion,
wo die Energie zwischen den zwei Brennebenen aufgeteilt wird. Diese
Region führt
dazu, daß mehr
als 45% der Energie auf jede Brennebene fallen. Die dritte Region
schickt 90% der einfallenden bzw. hereinkommenden Energie auf die
zweite Brennebenengruppe.
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6 zeigt
die Hinzufügung
eines Teleskops 600 zu der optischen Anordnung 100 die
oben diskutiert wurde. Das Teleskop 600 ist vorzugsweise
von einem zweiachsigen, kardanisch aufgehängten, schmalen Sichtfeldtyp.
Das Teleskop 600 ist auf dem ebenen, reflektiven Element
bzw. reflektierenden Element 116 montiert. Das Teleskop 600 sammelt
erhöhte
bzw. vermehrte Lichtbilder (light imagery) und transmittiert die
erhöhten
Lichtbilder durch eine Öffnung,
die in dem ebenen brechenden Element 116 geformt ist. Das
Teleskop 600 ist in der Lage, in eine gewünschte Richtung
ausgerichtet zu werden. Die erhöhte
Lichtenergie wird durch brechende Elemente 104, 108 und 112 transmittiert,
um ein fokussiertes Bild in der Mitte der flachen Brennebenenanordnung 306 zu
formen, welche unter anderen Umständen nicht benutzt würde. Das
Teleskop wird in Erhebung und im Azimuth angetrieben, um Information
in einem viel kleineren Ansichtsfeld zu beobachten, als die Panoramaoptikanordnung,
ohne diese Verbesserung mit einem inhärent hohen IFOV zur Identifikation
von erwünschten,
spezifischen Objekten, die durch den Weitfeldsensor detektiert werden.
Das Teleskop 600 wird zum erwünschten Ansichtfeld getrieben,
in dem man den Ort vom Weitfeldsensor kennt. Der Effekt dieser Verbesserung
ist substantiell. Wenn zum Beispiel das Teleskop in die richtige
Richtung zeigt, hat das produzierte Bild das Potential, Gesichtscharakteristiken
oder Nummernschildernummern zu detektieren.
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Es versteht sich, daß die erfinderischen
Konzepte die hierin beschrieben wurden, über einen weiten Bereich von
Größen und
IFOV's anwendbar
sind.
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Wenn das F/# konstant gehalten wird,
wird die Größe der sammelnden
Optik durch die physikalische bzw. körperliche Größe des Brennebenenarrays
(FPA-focal plane array) bestimmt. Die IFOV Auflösung des optischen Systems
wird durch eine Zahl von Pixeln in der ringförmigen Ebene bestimmt. Zur Vereinfachung
bzw. der Bequemlichkeit wegen werden die Äquivalente von Fläche zu Brennebenen
eingeschriebenen Durchmesser benutzt. Wenn das 2562 FPA
eine nominale IFOV von 8 Milliradian hat, dann wird ein 10242 FPA eine IFOV von 256/1024 oder ¼ von derjenigen
des 256 haben, oder in anderen Worten ein 2 Milliradian IFOV.
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Die Größe der Optikanordnung ist direkt
proportional zu der FPA Breite und die Auflösung ist umgekehrt proportional
zu der Zahl der Pixel im eingeschriebenen Durchmesser. Da die Auflösung des Sensors
verbessert ist, (das heißt,
das IFOV wird kleiner) erhöht
sich die Zahl der optischen Elemente 15292 in einer stufenartigen
Weise.