Zoomoptik für Annäherungssensoren im Weltall

Ziel der Untersuchungen war die Analyse der Möglichkeiten und Risiken der optischen Zoomtechnik unter Weltraumbedingungen für robotische Anwendungen. Die allgemeinen Genauigkeitsanforderungen an ein Stereokamerasystem wurden ausgehend von verschiedenen robotischen Anwendungen im Detail analysiert. Diese sind sehr hoch, insbesondere bezüglich der Messgenauigkeit. Dabei dominiert der Fehler der Entfernungsmessung gegenüber den Fehlern der Positionsbestimmung. Die Analyse der Genauigkeitsanforderungen an ein Stereokamerasystem wird anhand des Fehlers der Entfernungsmessung dargestellt. Zur Anwendung kommt dabei ein Pinhole-Model mit virtueller Bildebene. Ergebnisse von optisch-mechanischen Designlösungen werden vorgestellt. Diese wurden sowohl aus verschiedenen kontinuierlich verstellbaren Zoom Ansätzen, als auch aus sehr stabilen 3 und 4 stufigen Sehfeldwechslern abgeleitet. Letztere ermöglichen eine Robustheit, die mit Fixfokusoptiken vergleichbar ist. Es wurden optische Lösungen von 10fachem Zoom, F# 4-10 und für moderne APS Detektoren bis zu eine FOV von 70° (2s) entwickelt.