DE60026549T2

DE60026549T2 - Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme stereoskopischer Bilder

Info

Publication number: DE60026549T2
Application number: DE60026549T
Authority: DE
Inventors: Vincent Costes
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: EP1212649A1; DE60026549D1; JP5128037B2; FR2798477B1; FR2798477A1; JP2003524797A; EP1212649B1; ATE320019T1; US7031059B1; WO2001020385A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erfassung stereoskopischer Bilder.
Es sei daran erinnert, daß stereoskopische Bilder erhalten werden, indem ein und dieselbe Szene unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln abgebildet wird.
Das Ziel ist es, eine Vorrichtung zur stereoskopischen Erfassung vorzuschlagen, die besonders einfach, kompakt und für eine sehr gute Winkelauflösung geeignet ist.
Das Dokument FR 1 393 577 beschreibt eine Kollimationsvorrichtung für Infrarotrotstrahlung. Diese Vorrichtung umfaßt:

– einen primären Parabolspiegel,
– einen hyperbolischen Sekundärspiegel, der zwischen dem Primärspiegel M1 und seinem Brennpunkt positioniert ist,
– einen elliptischen tertiären Spiegel, der in Bezug auf den Primärspiegel auf der dem Sekundärspiegel entgegengesetzten Seite angeordnet ist,
– einen Detektor, der im Brennpunkt des tertiären Spiegels positioniert ist.

Eine solche Vorrichtung gestattet es, einen optischen Strahl auf den Detektor zu bündeln, der vom primären Spiegel parallel zu seiner optischen Achse eingefangen wird.
Durch DE 43 07 831 sind bereits Bauweisen binokularer Teleskope bekannt, die es gestatten, in der Ferne liegende Szenen zu beobachten und die folgendes umfassen:

– einen Parabolspiegel,
– sekundäre Spiegel, die auf beiden Seiten der optischen Achse des primären Spiegels angeordnet sind, zwischen dem primären Spiegel und seinem Brennpunkt,
– tertiäre Reflexionsmittel, die in Bezug auf den primären Spiegel auf der dem sekundären Spiegel entgegengesetzten Seite angeordnet sind, und wobei der primäre Spiegel dafür eingerichtet ist, von den optischen Strahlen durchlaufen zu werden, die von den sekundären Spiegeln reflektiert werden, um es ihnen zu ermöglichen, die tertiären Reflexionsmittel zu erreichen.

Das Dokument UK 2 158 261 beschreibt eine ähnliche optische Vorrichtung, die folgendes umfaßt: einen konkaven sphärischen Primärspiegel, einen konvexen sphärischen Sekundärspiegel, der auf der optischen Achse des Primärspiegels positioniert ist, wobei der Primärspiegel dafür eingerichtet ist, von den optischen Strahlen durchlaufen zu werden, die vom Sekundärspiegel reflektiert werden, um es diesen zu ermöglichen, eine katadioptrische Linse zu erreichen. Eine solche Vorrichtung gestattet es, einen zur optischen Achse parallelen Einfallsstrahl in zwei Strahlen aufzutrennen, wobei diese beiden Strahlen jeweils den Teilen des Strahls entsprechen, die auf der einen und der anderen Seite der sekundären Halbspiegel entlanglaufen.
Das Dokument EP 0 655 636 beschreibt eine Okularzielvorrichtung, die eine Eintrittspupille, einen Primärspiegel, einen Sekundärspiegel und eine Brechungslinse umfaßt. Die Elemente sind dafür angeordnet, ein Bild der Brechungslinse zur Eintrittspupille zu übertragen.
Ein solches Teleskop ist dafür vorgesehen die Beobachtung sehr weit entfernter Objekte zu gestatten (beispielsweise Anwendungen in der Astronomie) und es gestattet keinesfalls die Erfassung stereoskopischer Bilder.
Die Erfindung schlägt ihrerseits die Verwendung einer optischen Vorrichtung vor, die es gestattet, eine selbe Szene unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln zu betrachten, für die Erfassung eines stereoskopischen Bildes mittels eines Satelliten, der sich über der Erde bewegt und der eine selbe Szene zu zwei verschiedenen Zeitpunkten und damit unter zwei verschiedenen Winkeln betrachtet.
Somit schlägt die Erfindung die Verwendung nach Anspruch 1 vor.
Die Erfindung wird vorteilhafterweise durch die verschiedenen folgenden Merkmale vervollständigt, die alleine oder entsprechend all ihrer technisch möglichen Kombinationen angewendet werden können:

– die beiden beobachteten Einfallsrichtungen sind symmetrisch in Bezug auf die optische Achse und die optischen Strahlen, die aus diesen beiden Einfallsrichtungen auf den Primärspiegel gelangen werden vom Sekundärspiegel symmetrisch in Bezug auf die optische Achse reflektiert;
– die tertiären Reflexionsmittel umfassen zwei ebene Spiegel, die symmetrisch auf beiden Seiten der Richtung der optischen Achse des primären Spiegels angeordnet sind, sowie zwei konkave Spiegel, die ebenfalls symmetrisch in Bezug auf die genannte Richtung angeordnet sind, wobei die ebenen Spiegel die optischen Strahlen, die vom sekundären Spiegel aus den beiden Richtungen kommen, die verschieden von derjenigen der optischen Achse des primären Spiegels sind, auf die konkaven Spiegel reflektieren, wobei die konkaven Spiegel die von ihnen empfangenen Strahlen reflektieren, um sie auf die Erfassungsmittel zu fokussieren;
– die tertiären Reflexionsmittel umfassen zwei konkave Spiegel, die symmetrisch auf beiden Seiten der Richtung der optischen Achse des primären Spiegels angeordnet sind und die die optischen Strahlen reflektieren, die vom sekundären Spiegel aus den beiden Richtungen kommen, die verschieden von derjenigen der optischen Achse des primären Spiegels sind, sowie einen ebenen Spiegel, der den beiden Wegen gemeinsam ist und der auf der Richtung der optischen Achse zentriert ist, wobei er sich senkrecht zu dieser Richtung erstreckt, wobei der ebene Spiegel die Strahlen, die er empfängt, auf Erfassungsmittel reflektiert, die im Bereich einer den beiden Wegen gemeinsamen Fokalebene angeordnet sind;
– der primäre Spiegel umfaßt ein zentrales Loch, durch das der sekundäre Spiegel das Licht reflektiert;
– der sekundäre Spiegel fokussiert im Bereich des primären Spiegels zwei Zwischenbilder, wobei die zwei optischen Strahlen, die er reflektiert, den beiden beobachteten Einfallsrichtungen entsprechen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden noch aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich. Diese Beschreibung dient nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Sie ist mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung zu lesen, in der:
1 eine Vorrichtung gemäß einer möglichen Ausführungsform darstellt;
2 eine Vorrichtung gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform darstellt;
3 eine Vorrichtung gemäß einer dritten möglichen Ausführungsform darstellt;
4 eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung aus 3 ist.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Primärspiegel 1, der eine konische Form nahe an einer Parabel hat, sowie einen konvexen Spiegel 2, der in der optischen Achse des Primärspiegels 1 angeordnet ist und der die vom Parabolspiegel 1 reflektierten Strahlen auffängt, bevor sie dessen Brennpunkt erreichen.
Der Primärspiegel 1 ist von einem zentralen Loch durchbrochen, das den Durchgang von Zwischenbildern 3a und 3b gestattet, die sich symmetrisch auf der einen und der anderen Seite seines Mittelpunkts befinden.
Der primäre und der sekundäre Spiegel 1 und 2 sind so bemessen, daß die auf dem Primärspiegel 1 unter einem Winkel Θ1 und –Θ1 in Bezug auf die optische Achse des Primärspiegels 1 einfallenden Strahlen jeweils auf das zentrale Loch fokussiert werden.
Die Vorrichtung umfaßt außerdem zwei ebene Spiegel 4a, 4b, die symmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Primärspiegels 1 angeordnet sind, wobei sie sich in Bezug auf den Primärspiegel 1 auf dessen zum Sekundärspiegel 2 entgegengesetzter Seite befinden.
Diese beiden ebenen Spiegel 4a und 4b befinden sich jeweils auf der Bahn der Strahlen, die, nachdem sie vom konvexen Spiegel 2 reflektiert wurden, den Spiegel 1 im Bereich der Zwischenbilder 3a und 3b durchstoßen.
Diese ebenen Spiegel 4a und 4b reflektieren die Strahlen, die sie von den Bildern 3a und 3b kommend auffangen, auf zwei konkave Spiegel 5a, 5b, die konisch sind und die die von ihnen aufgefangenen Strahlen auf zwei Fokalebenen 6a, 6b weiterleiten, wo beispielsweise ladungsgekoppelte Detektionsmatrizen oder Detektionszeilen angeordnet sind.
Wie ersichtlich wurde, gestattet eine solche Vorrichtung auf einfache Art die Erfassung zweier Bilder, die einer selben Szene entsprechen, die unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln gesehen wird.
Weitere Ausführungsvarianten, als die in 1 dargestellte, sind ausführbar.
Insbesondere kann entsprechend der Geometrie und Abmessungen des Volumens, in dem der hintere Teil des Teleskops aufgenommen werden muß, selbstverständlich die Ausrichtung der ebenen Spiegel 4a und 4b und diejenige der konkaven Spiegel 5a und 5b verändert werden.
In diesem Sinn stellt 2 einen Fall dar, bei dem die Fokalebenen 6a und 6b parallel zur optischen Achse des Primärspiegels 1 und zwischen dieser optischen Achse und den konkaven Spiegeln 5a, 5b angeordnet sind.
In einer weiteren Variante, so wie in den 3 und 4 dargestellt, können die Strahlen am Ausgang des zentralen Lochs, das den Durchgang der Zwischenbilder 3a und 3b gestattet, von konischen konkaven Spiegeln 7a, 7b reflektiert werden, die symmetrisch auf der einen und der anderen Seite der Achse des Primärspiegels 1 angeordnet sind. Diese konkaven Spiegel 7a, 7b fokussieren die von ihnen aufgefangenen Strahlen, indem sie sie auf einen ebenen Spiegel 8 reflektieren, der beiden Reflexionswegen gemeinsam ist. Dieser ebene Spiegel 8 ist auf der Richtung der optischen Achse des Primärspiegels 1 zentriert und er ist zu dieser Richtung senkrecht. Er reflektiert die Strahlen auf eine den beiden Wegen gemeinsame Fokalebene 9.
Eine beiden Wegen gemeinsame Zeile oder Matrix ladungsgekoppelter Elemente befindet sich beispielsweise im Bereich dieser Fokalebene 9.
Eine Vorrichtung von einem der gerade beschriebenen Typen wird vorteilhaft in einem Satelliten in einer Umlaufbahn über der Erde eingesetzt, wobei eine selbe Szene zu zwei verschiedenen Zeitpunkten und damit unter verschiedenen Blickrichtungen beobachtet wird.
Diese Blickrichtungen sind winkelmäßig beispielsweise durch eine Winkel zwischen 2 und 10° getrennt.
Die vorgeschlagene Vorrichtung gestattet es dem Satelliten, eine Erfassung entsprechend dieser beiden Blickrichtungen auszuführen, ohne die Fluglage des Satelliten oder die Orientierung der Beobachtungsvorrichtung in Bezug auf diesen ändern zu müssen.

Claims

Verwendung einer Vorrichtung zur Erfassung stereoskopischer Bilder, die der Beobachtung ein und desselben Gebiets der Erde aus zwei gegebenen Einfallsrichtungen entsprechen, von einem Beobachtungssatelliten in einer Umlaufbahn über der Erde, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: – einen primären Spiegel (1), der parabolisch oder nahezu parabolisch ist, der von einem zentralen Loch durchbrochen ist und der optische Strahlen aus den zwei gegebenen Einfallsrichtungen empfängt, – sekundäre Reflexionsmittel (2) vom konvexen Typ, die die vom primären Spiegel (1) reflektierten Strahlen auffangen bevor sie dessen Brennpunkt erreichen, – tertiäre Reflexionsmittel (4a, 4b; 5a, 5b; 7a, 7b; 8) die in Bezug auf den primären Spiegel (1) auf der den sekundären Reflexionsmitteln (2) entgegengesetzten Seite angeordnet sind, wobei die auf den sekundären Reflexionsmitteln (2) empfangenen Strahlen von diesen reflektiert werden und das zentrale Loch des primären Spiegels durchlaufen, bevor sie auf die tertiären Reflexionsmittel (4a, 4b; 5a, 5b; 7a, 7b; 8) treffen, – wenigstens eine Zeile oder Matrix ladungsgekoppelter Erfassungselemente (6a, 6b; 9), auf die die tertiären Reflexionsmittel (4a, 4b; 5a, 5b; 7a, 7b; 8) die von ihnen empfangenen optischen Strahlen fokussieren.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tertiären Reflexionsmittel zwei ebene Spiegel (4a, 4b) umfassen, die symmetrisch auf beiden Seiten der Richtung der optischen Achse des primären Spiegels (1) angeordnet sind, sowie zwei konkave Spiegel (5a, 5b), die ebenfalls symmetrisch zu der genannten Richtung angeordnet sind, wobei die ebenen Spiegel (4a, 4b) die optischen Strahlen, die vom sekundären Spiegel (2) aus den beiden Richtungen kommen, die verschieden von derjenigen der optischen Achse des primären Spiegels (1) sind, auf die konkaven Spiegel (5a, 5b) reflektieren, wobei die konkaven Spiegel die Strahlen, die sie empfangen, reflektieren, um sie auf wenigstens eine Zeile oder Matrix ladungsgekoppelter Erfassungselemente (6a, 6b) zu fokussieren.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tertiären Reflexionsmittel zwei konkave Spiegel (7a, 7b) umfassen, die symmetrisch auf beiden Seiten der Richtung der optischen Achse des primären Spiegels (1) angeordnet sind und die die optischen Strahlen reflektieren, die vom sekundären Spiegel (2) aus den beiden Richtungen kommen, die verschieden von derjenigen der optischen Achse des primären Spiegels (1) sind, sowie einen ebenen Spiegel (8), der den beiden Wegen gemeinsam ist und der auf der Richtung der optischen Achse zentriert ist, wobei er sich senkrecht zu dieser Richtung erstreckt, wobei der ebene Spiegel (8) die Strahlen, die er empfängt, auf wenigstens eine Zeile oder Matrix ladungsgekoppelter Erfassungselemente (6a, 6b) reflektiert, die im Bereich einer den beiden Wegen gemeinsamen Fokalebene angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Spiegel (2) im Bereich des primären Spiegels (1) zwei Zwischenbilder fokussiert, wobei die zwei optischen Strahlen, die er reflektiert, den beiden beobachteten Einfallsrichtungen entsprechen.