Die Erfindung betrifft ein IR-Zoomobjektiv zur Abbildung der Wärmestrahlung eines Objekts auf einen elektronischen IR-Detektor mit variabler Brennweite. Ebenso betrifft die Erfindung ein Wärmebildgerät umfassend ein derartiges IR-Zoomobjektiv mit variabler Brennweite sowie einen entsprechenden IR-Detektor. Die Erfindung beschäftigt sich mit dem technischen Problem, dass bei IR-Objektiven in den optischen Strahlengang hineinragende Teile des Objektivs wie z. B. Fassungen Wärmestrahlung aussenden, die als Störlicht auf dem IR-Detektor erscheint. Ragen Objektivteile in den optischen Strahlengang hinein, so spricht man auch von einer Vignettierung, die bei IR-Objektiven Ursache von unerwünschtem Störlicht auf dem IR-Detektor ist. Ein IR-Objektiv sollte deshalb immer frei von Vignettierungen sein. Insbesondere gilt dies für ein IR-Zoomobjektiv für die einstellbaren verschiedenen Brennweiten.The invention relates to an IR zoom lens for imaging the thermal radiation of an object onto an electronic IR detector with a variable focal length. The invention also relates to a thermal imaging device comprising such an IR zoom lens with variable focal length and a corresponding IR detector. The invention is concerned with the technical problem that with IR lenses projecting into the optical beam path parts of the lens such. B. Sockets emit heat radiation that appears as stray light on the IR detector. If lens parts protrude into the optical beam path, this is also referred to as vignetting, which is the cause of undesired interference light on the IR detector in IR lenses. An IR lens should therefore always be free of vignetting. In particular, this applies to an IR zoom lens for the adjustable different focal lengths.
Ein Zoomobjektiv zeichnet sich dadurch aus, dass die Vergrößerung des abzubildenden Objekts geändert wird. Steht das Objekt beispielsweise im Unendlichen, so ändert sich beim Zoomen der abzubildende Objektwinkelbereich. Da zur Detektion der IR-Strahlung meistens ein IR-Detektor mit konstanter Geometrie verwendet wird, muss sich bei änderndem Objektwinkel die Brennweite des Objektivs ändern. Ein Zoomobjektiv ändert seine Brennweite zwischen kleinen und großen Werten insbesondere dadurch, dass eine optische Zoomgruppe entlang des Abbildungsstrahlengangs verschoben wird. Kleine Brennweiten werden als Weitwinkelbrennweiten bezeichnet; große Brennweiten als Telebrennweiten. Bei den Telebrennweiten ist der Objektwinkel kleiner als bei den Weitwinkelbrennweiten.A zoom lens is characterized in that the magnification of the object to be imaged is changed. For example, if the object is at infinity, the object angle range to be imaged changes when zooming. Since an IR detector with constant geometry is mostly used to detect the IR radiation, the focal length of the objective must change when the object angle changes. A zoom lens changes its focal length between small and large values in particular by shifting an optical zoom group along the imaging beam path. Small focal lengths are called wide-angle focal lengths; large focal lengths as telephoto focal lengths. With the telephoto focal lengths, the object angle is smaller than with the wide angle focal lengths.
Ein Zoomobjektiv und insbesondere ein IR-Zoomobjektiv hat die Eigenschaft, dass der Durchmesser der Eintrittspupille (also des objektseitigen Bilds der Systemblende) mit dem Zoomfaktor bzw. mit der Brennweite skaliert. Dabei ist der Durchmesser der Eintrittspupille EPD mit der f-Zahl oder Blendenzahl f# und der Brennweite f eines Objektivs verknüpft durch:
Eine kleine f-Zahl steht dabei für eine große Blendenöffnung und umgekehrt. Ändert sich der Abstand der Systemblende zu dem objektseitig davorstehenden Objektivteil, so ändert sich auch die Lage der Eintrittspupille.A zoom lens and in particular an IR zoom lens has the property that the diameter of the entrance pupil (ie the object-side image of the system aperture) scales with the zoom factor or with the focal length. The diameter of the entrance pupil EPD is linked to the f-number or f-number f # and the focal length f of a lens by: A small f-number stands for a large aperture and vice versa. If the distance between the system aperture and the lens part in front of the object changes, the position of the entrance pupil also changes.
Der Durchmesser eines Objektivs ist abhängig vom übertragenen Objektwinkelbereich (bei Weitwinkelobjektiven) und vom Durchmesser der Eintrittspupille (bei Teleobjektiven). Bei Teleobjektiven ist der Durchmesser der Eintrittspupille aufgrund der großen Brennweite sehr groß. Deshalb sollte die Eintrittspupille möglichst auf der Frontlinse des Objektivs liegen. Liegt die Eintrittspupille hinter der Frontlinse, so muss der Durchmesser des Objektivs aufgrund des divergierenden Strahlengangs größer als der Durchmesser der Eintrittspupille werden. Dadurch werden größere Linsen und insofern mehr Glasmaterial benötigt, wodurch sowohl das Gewicht des Objektivs als auch seine Kosten unerwünschter weise zunehmen. Aus diesem Grund sollte die Eintrittspupille bei Teleobjektiven und insbesondere bei Zoomobjektiven auf der Frontlinse liegen.The diameter of a lens depends on the transmitted object angle range (with wide-angle lenses) and the diameter of the entrance pupil (with telephoto lenses). With telephoto lenses, the diameter of the entrance pupil is very large due to the large focal length. Therefore, the entrance pupil should be on the front lens of the lens if possible. If the entrance pupil lies behind the front lens, the diameter of the objective must become larger than the diameter of the entrance pupil due to the diverging beam path. As a result, larger lenses and thus more glass material are required, which undesirably increases both the weight of the lens and its cost. For this reason, the entrance pupil should be on the front lens with telephoto lenses and especially with zoom lenses.
Zur Steigerung der Empfindlichkeit muss ein elektronischer IR-Detektor auf tiefe Temperaturen, beispielsweise auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff, gekühlt werden. Damit die Systemblende des Wärmebildgeräts keine Wärmestrahlung auf den IR-Detektor abstrahlt, wird diese innerhalb des Kühlgehäuses des Detektors eingebaut und mitgekühlt. Eine solche gekühlte Blende wird üblicherweise als Kaltblende bezeichnet. Die Systemblende eines derartigen Wärmebildgeräts ist insofern in Abbildungsrichtung zwangsläufig immer hinter dem Objektiv angeordnet, so dass Strahlenbündel im Objektiv divergieren. Mit anderen Worten liegt die Eintrittspupille hinter der Frontlinse auf der Bildseite und der Durchmesser des Objektivs muss dann zur Vermeidung von Vignettierungen größer als der Durchmesser der Eintrittspupille gewählt werden.To increase sensitivity, an electronic IR detector must be cooled to low temperatures, for example to the temperature of liquid nitrogen. So that the system screen of the thermal imaging device does not radiate heat radiation onto the IR detector, it is installed inside the cooling housing of the detector and is also cooled. Such a cooled screen is usually referred to as a cold screen. The system diaphragm of such a thermal imaging device is inevitably always arranged behind the lens in the imaging direction, so that beams of rays diverge in the lens. In other words, the entrance pupil lies behind the front lens on the image side and the diameter of the objective must then be chosen larger than the diameter of the entrance pupil to avoid vignetting.
Da die Kaltblende hinter dem Objektiv liegt und die Eintrittspupillenlage sich aus der Abbildung der Kaltblende durch das davorstehende Objektiv ergibt, liegt die Eintrittspupille im Allgemeinen zwischen Frontlinse und Bildebene. Um die Lage der Eintrittspupille in die Nähe der Frontlinse zu legen, benötigt man eine Zwischenabbildung und damit eine zusätzliche Objektivgruppe. Die der Zwischenbildebene dann nachgeschaltete Optik zur Abbildung des Zwischenbildes auf den Detektor wird üblicherweise als Relay-Gruppe bezeichnet.Since the cold aperture lies behind the lens and the entrance pupil position results from the image of the cold aperture through the lens in front, the entrance pupil generally lies between the front lens and the image plane. In order to place the position of the entrance pupil in the vicinity of the front lens, you need an intermediate image and thus an additional lens group. The optics downstream of the intermediate image plane for imaging the intermediate image on the detector is usually referred to as a relay group.
Bei einem IR-Zoomobjektiv mit einem großen Zoomfaktor von beispielsweise 50, wobei die Telebrennweite 50-fach größer ist als die Weitwinkelbrennweite, würde sich der Durchmesser der Eintrittspupille bei gleichbleibender geometrischer Öffnung des Objektivs ausgehend von der Weitwinkelstellung zur Teleeinstellung ebenfalls 50-fach vergrößern. Der Durchmesser des Objektivs und damit der eingesetzten Linsen kann jedoch sowohl aus Kosten- als auch aus technischen Gründen (Zunahme der Linsenfehler, begrenzter Durchmesser der Messinstrumente) nicht beliebig erhöht werden. Derzeit liegt beispielsweise im IR-Bereich der preislich akzeptierte und technisch machbare maximale Durchmesser einer Linse, insbesondere der Frontlinse eines Objektivs, bei etwa 250 mm.In the case of an IR zoom lens with a large zoom factor of, for example, 50, the telephoto focal length being 50 times larger than the wide-angle focal length, the diameter of the entrance pupil would change from the wide-angle position, assuming the geometric opening of the lens remains the same Also enlarge the telephoto setting 50 times. However, the diameter of the objective and thus of the lenses used cannot be increased arbitrarily for both cost and technical reasons (increase in lens errors, limited diameter of the measuring instruments). Currently, for example, in the IR range, the maximum diameter of a lens that is technically feasible and technically feasible, in particular the front lens of a lens, is around 250 mm.
Bei einem Zoomobjektiv mit großen Brennweiten tritt insofern das Problem auf, dass der Durchmesser der Eintrittspupille ab einer bestimmten Brennweite größer wird als der Durchmesser der realisierbaren Frontlinse. Bei einem IR-Zoomobjektiv mit großen Brennweiten kommt es insofern bei Überschreiten einer bestimmten Brennweite nachteiligerweise erneut zu einer Vignettierung und damit zum Auftreten des unerwünschten Störlichts auf dem IR-Detektor.With a zoom lens with large focal lengths, the problem arises in that the diameter of the entrance pupil becomes larger than the diameter of the realizable front lens from a certain focal length. In the case of an IR zoom lens with large focal lengths, vignetting disadvantageously occurs again when a certain focal length is exceeded, and thus the undesired stray light occurs on the IR detector.
Die WO 2008/145735 A2 betrifft eine Infrarotkamera mit einem optischen Zoom, welche umfasst: - einen Matrixdetektor, der einen gekühlten Bildschirm umfasst, eine Matrix, die Infrarotstrahlung erfassen kann; - ein Modul zum Ändern der Brennweite der Kamera, wobei das Änderungsmodul die Brennweite der Kamera variieren kann, um die optische Zoomfunktion der Kamera sicherzustellen; und - ein Bildgebungsmodul, das für alle Werte der Brennweite der Kamera einerseits die Fokussierung der Infrarotstrahlung auf die Matrix des Detektors und andererseits die Konjugation der Pupille der Kamera auf dem gekühlten Bildschirm des Detektors sicherstellen kann.The WO 2008/145735 A2 relates to an infrared camera with an optical zoom, which comprises: a matrix detector which comprises a cooled screen, a matrix which can detect infrared radiation; a module for changing the focal length of the camera, the changing module being able to vary the focal length of the camera in order to ensure the optical zoom function of the camera; and an imaging module which can ensure, on the one hand, the focus of the infrared radiation on the matrix of the detector for all values of the focal length of the camera, and on the other hand the conjugation of the pupil of the camera on the cooled screen of the detector.
Ferner offenbart die WO 2007/144290 A1 ein passives optronisches Drei-Feld-System.Furthermore, the WO 2007/144290 A1 a passive three-field optronic system.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Zoomobjektiv anzugeben, welches sich insbesondere zur Abbildung der Wärmestrahlung eines Objekts auf einen IR-Detektor mit Kaltblende eignet, wobei ein unerwünschtes Störlicht bei großen Brennweiten verringert ist.The object of the invention is to provide an IR zoom lens which is particularly suitable for imaging the thermal radiation of an object on an IR detector with a cold diaphragm, an undesired interference light being reduced at long focal lengths.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein IR-Zoomobjektiv gelöst, welches in Abbildungsrichtung nacheinander angeordnet eine optische Frontgruppe, wenigstens eine entlang des Abbildungsstrahlengangs verschiebbare optische Zoomgruppe, ein Hauptobjektiv zur Abbildung eines Zwischenbildes in einer Zwischenbildebene und eine optische Relay-Gruppe zur Abbildung des Zwischenbildes auf einen IR-Detektor umfasst, wobei der Relay-Gruppe eine in den Abbildungsstrahlengang einbringbare Warmblende nachgeschaltet ist.This object is achieved according to the invention by an IR zoom lens, which is arranged one after the other in the imaging direction, an optical front group, at least one optical zoom group displaceable along the imaging beam path, a main lens for imaging an intermediate image in an intermediate image plane and an optical relay group for imaging the intermediate image on one IR detector, wherein the relay group is followed by a heat shield that can be introduced into the imaging beam path.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die gewünschte Abblendung des IR-Zoomobjektivs bei großen Brennweiten durch eine im Kühlgehäuse angeordnete Kaltblende nicht erfolgen kann. Aufgrund der dort herrschenden tiefen Temperaturen kann nämlich eine dort befindliche Kaltblende nicht als eine variable Blende wie z. B. eine Irisblende, ausgestaltet sein. Eine solche Lösung ist aus technischen Gründen nicht mit der erforderlichen Funktionssicherheit verfügbar. Wird jedoch eine Warmblende außerhalb des Kühlgehäuses (daher der Begriff einer Warmblende) möglichst nahe an den IR-Detektor gesetzt, so blendet diese Störlicht aus dem Objektiv ab, während sie selbst aufgrund ihrer Nähe zum IR-Detektor eine Quelle für einen geringeren Anteil an Störlicht darstellt. Die Warmblende ist am bildseitigen Ende des Objektivs angeordnet. Damit befindet sie sich bei Einsatz des Objektivs in einem Wärmebildgerät unmittelbar vor dem Kühlgehäuse des IR-Detektors bzw. unmittelbar vor dem Eintrittsfenster des Gehäuses.The invention is based on the consideration that the desired dimming of the IR zoom lens at long focal lengths cannot be achieved by a cold aperture arranged in the cooling housing. Due to the low temperatures prevailing there, a cold aperture located there cannot be used as a variable aperture such. B. an iris diaphragm. For technical reasons, such a solution is not available with the required functional reliability. However, if a warm screen outside the cooling housing (hence the term warm screen) is placed as close as possible to the IR detector, this stray light shields off the lens, while due to its proximity to the IR detector itself it is a source for a lower proportion of stray light represents. The warm screen is located on the image-side end of the lens. This means that when the lens is used in a thermal imaging device, it is located directly in front of the cooling housing of the IR detector or directly in front of the entrance window of the housing.
Die am bildseitigen Ende des Objektivs angeordnete Warmblende wird bevorzugt bei Überschreiten eines Grenzwertes der Systembrennweite in den Strahlengang eingebracht. Dieser Grenzwert der Systembrennweite ist insbesondere dadurch gegeben, dass ab diesem Grenzwert der Durchmesser der Eintrittspupille größer als der Durchmesser des Objektivs bzw. der Durchmesser der Frontlinse ist. Ab dieser Brennweite tritt die unerwünschte Vignettierung auf. Die unmittelbar vor dem Kühlgehäuse bzw. dem Eintrittsfenster des Kühlgehäuses angeordnete Warmblende verringert ab dem Grenzwert der Systembrennweite das dann auftretende unerwünschte Störlicht.The warm aperture arranged at the image-side end of the objective is preferably introduced into the beam path when a limit of the system focal length is exceeded. This limit value of the system focal length is given in particular by the fact that from this limit value the diameter of the entrance pupil is larger than the diameter of the objective or the diameter of the front lens. Unwanted vignetting occurs from this focal length. The warm screen arranged directly in front of the cooling housing or the entrance window of the cooling housing reduces the undesired interference light that then occurs from the limit value of the system focal length.
Als Mittel zum Einbringen der Warmblende bei Überschreiten des Grenzwertes kann beispielsweise eine mechanische Steuerkurve in die Fassung des Objektivs eingebracht sein. Über die mechanische Steuerkurve wird bei Verschieben einer Zoomgruppe ab Überschreiten eines bestimmten Stellweges die Warmblende beispielsweise in den Strahlengang eingeklappt oder eingeschwenkt. Alternativ ist auch eine Abblendung mittels einer variablen Irisblende bei Überschreiten des Grenzwerts der Systembrennweite möglich.A mechanical control curve, for example, can be introduced into the mount of the objective as a means of introducing the warm screen when the limit value is exceeded. When moving a zoom group when a certain travel range is exceeded, the warm screen is, for example, folded or swung into the beam path via the mechanical control curve. Alternatively, a dimming by means of a variable iris diaphragm is possible if the limit of the system focal length is exceeded.
Alternativ können die Mittel zum Einbringen der Warmblende in den Strahlengang auch durch eine motorische Ansteuerung der beweglichen Komponenten des Objektivs mittels einer Steuereinheit gegeben sein. Über beispielsweise in einem Speicher wie einem EPROM abgelegten Steuertabellen oder funktionalen Zusammenhängen kann das Einbringen der Warmblende mit dem Verstellweg einer Zoomgruppe verknüpft sein. Bevorzugt sind in der für die motorische Ansteuerung vorgesehenen Steuereinheit temperaturabhängige Tabellen oder funktionale Zusammenhänge hinterlegt.Alternatively, the means for introducing the warm screen into the beam path can also be provided by a motor control of the movable components of the objective by means of a control unit. Via, for example, control tables or functional ones stored in a memory such as an EPROM The introduction of the warm screen can be linked to the adjustment path of a zoom group. Temperature-dependent tables or functional relationships are preferably stored in the control unit provided for motor control.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Warmblende auf der Bildseite verspiegelt, um so möglichst wenig Wärmestrahlung abzugeben.In an expedient embodiment, the warm screen is mirrored on the image side so as to emit as little heat radiation as possible.
Wird die Warmblende zum Abblenden des IR-Zoomobjektivs ab Erreichen eines Grenzwertes der Systembrennweite eingesetzt, so springt in einem Wärmebildgerät die Lage der Systemblende von der Kaltblende innerhalb des Kühlgehäuses des IR-Detektors auf die Warmblende, die unmittelbar vor dem Kühlgehäuse in den Strahlengang eingebracht ist. Mit einer solchen Positionsänderung der Systemblende ändert sich die Pupillenabbildung und entsprechend die Größe und die Lage der Eintrittspupille. Unerwünschterweise erhält man hierdurch erneut Vignettierung im Objektiv, beziehungsweise an der Frontlinse.If the warm aperture is used to stop the IR zoom lens from reaching a system focal length limit, the position of the system aperture in a thermal imaging device jumps from the cold aperture inside the cooling housing of the IR detector to the warm aperture, which is inserted directly in front of the cooling housing in the beam path . Such a change in the position of the system diaphragm changes the pupil image and accordingly the size and position of the entrance pupil. This undesirably results in vignetting in the lens or on the front lens.
Um den Effekt einer Vignettierung durch Einbringen der Warmblende zu korrigieren, könnte beispielsweise die Relay-Gruppe ausgetauscht werden, oder es kann mit der Warmblende zusätzlich eine optische Gruppe in das Objektiv eingebracht werden. Eine derartige Kompensation wirkt jedoch lediglich für eine einzige Systembrennweite.In order to correct the effect of vignetting by introducing the warm aperture, the relay group could be exchanged, for example, or an additional optical group can be introduced into the lens with the warm aperture. However, such compensation only works for a single system focal length.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hauptobjektiv und der Relay-Gruppe eine entlang des Abbildungsstrahlengangs verschiebbare optische Pupillenkompensationsgruppe zur Kompensation der Lageverschiebung der Eintrittspupille durch Einbringen der Warmblende angeordnet.According to the invention, an optical pupil compensation group that is displaceable along the imaging beam path is arranged between the main objective and the relay group to compensate for the positional shift of the entrance pupil by introducing the warm diaphragm.
Durch Einführung einer weiteren verschiebbaren Komponente innerhalb des IR-Zoomobjektivs wird es nicht nur möglich, die Eintrittspupille für den Grenzwert der Systembrennweite und für die Telestellung auf die Frontlinse des IR-Zoomobjektivs zu koordinieren. Durch eine kontinuierliche Bewegung der optischen Pupillenkompensationsgruppe wird es sogar möglich, die Lage der Eintrittspupille für den Bereich der Systembrennweite zwischen dem Grenzwert und der Telestellung auf die Frontlinse zu korrigieren. Mit anderen Worten ist durch Einführung einer verschiebbaren optischen Pupillenkompensationsgruppe die Auswirkung eines Sprungs der Eintrittspupille beim Einbringen der Warmblende korrigierbar. Eine erneute Vignettierung in IR-Zoomobjektiv bei großen Brennweiten ist damit vermieden.By introducing a further displaceable component within the IR zoom lens, it is not only possible to coordinate the entrance pupil for the limit value of the system focal length and for telephoto positioning on the front lens of the IR zoom lens. Continuous movement of the optical pupil compensation group even makes it possible to correct the position of the entrance pupil for the range of the system focal length between the limit value and the telephoto position on the front lens. In other words, by introducing a displaceable optical pupil compensation group, the effect of a jump in the entrance pupil when the warm diaphragm is introduced can be corrected. This avoids renewed vignetting in the IR zoom lens at long focal lengths.
Bevorzugt ist die Pupillenkompensationsgruppe zwischen dem Hauptobjektiv und der Zwischenbildebene angeordnet. An dieser Position ist im Objektiv genügend Raum für die notwendige Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe entlang des Abbildungsstrahlengangs. Zugleich ist diese Position nahe am Zwischenbild, so dass die Position der Eintrittspupille gut korrigierbar ist. Auch ist diese Position gut für eine Korrektur der Strahlenbündel geeignet, da diese hier pupillenfern und nahe dem Zwischenbild sind.The pupil compensation group is preferably arranged between the main objective and the intermediate image plane. At this position there is enough space in the lens for the necessary displacement of the pupil compensation group along the imaging beam path. At the same time, this position is close to the intermediate image, so that the position of the entrance pupil can be easily corrected. This position is also well suited for a correction of the radiation beams, since these are far from the pupil and close to the intermediate image.
Die optische Pupillenkompensationsgruppe kann aus einer oder aus mehreren Linsen bestehen. Zweckmäßigerweise weist die Pupillenkompensationsgruppe eine positive Brechkraft auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Pupillenkompensationsgruppe eine insbesondere einzelne Sammellinse. Die Sammellinse ist wiederum zweckmäßigerweise sphärisch.The optical pupil compensation group can consist of one or more lenses. The pupil compensation group expediently has a positive refractive power. In a preferred embodiment, the pupil compensation group comprises an individual collecting lens, in particular. The converging lens is in turn expediently spherical.
Damit die Baulänge des Objektivs nicht zu lange wird, kann das Objektiv abgewinkelt gebaut werden. Dazu ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung zwischen Hauptobjektiv und Relay-Gruppe wenigstens ein Umlenkelement zur Umlenkung des Abbildungsstrahlenganges angeordnet. Weiter bevorzugt erfolgt eine erneute Abwinkelung des Abbildungsstrahlengangs dadurch, dass zwischen der Pupillenkompensationsgruppe und der Zwischenbildebene ein erstes Umlenkelement und zwischen der Zwischenbildebene und der Relay-Gruppe ein zweites Umlenkelement angeordnet ist. Die letztgenannte Anordnung ermöglicht es, den Abbildungsstrahlengang zweifach und somit insbesondere um 180 ° umzulenken, so dass das Objektiv sehr kompakt aufgebaut werden kann. Die Zwischenbildebene befindet sich bei dieser Anordnung bevorzugt zwischen den beiden Umlenkelementen.So that the overall length of the lens does not become too long, the lens can be built at an angle. For this purpose, in an advantageous embodiment, at least one deflection element for deflecting the imaging beam path is arranged between the main objective and the relay group. It is further preferred that the imaging beam path is bent again by arranging a first deflection element between the pupil compensation group and the intermediate image plane and a second deflection element between the intermediate image plane and the relay group. The latter arrangement makes it possible to redirect the imaging beam path twice, and thus in particular by 180 °, so that the objective can be constructed very compactly. In this arrangement, the intermediate image plane is preferably located between the two deflection elements.
Die Umlenkelemente können als Planspiegel oder Prismen ausgebildet sein. Letztere können gegebenenfalls optisch aktiv zur Korrektur von Abbildungsfehlern ausgestaltet sein. Wiederum alternativ können die Umlenkelemente auch als sphärische oder asphärische Spiegelelemente ausgeführt werden, so dass Linsenelemente eingespart werden. Planspiegel wiederum sind zu bevorzugen, da die Positionierungstoleranzen unkritischer sind.The deflection elements can be designed as plane mirrors or prisms. The latter can optionally be optically active for correcting imaging errors. Again, alternatively, the deflection elements can also be designed as spherical or aspherical mirror elements, so that lens elements are saved. Face mirrors are preferred because the positioning tolerances are less critical.
Wird der Abbildungsstrahlengang mittels wenigstens eines Umlenkelements abgewinkelt, so kann die Pupillenkompensationsgruppe auch in dem abgewinkelten Abbildungsstrahlengang angeordnet werden. Aus Justagegründen ist jedoch im Falle eines abgewinkelten Abbildungsstrahlenganges die Pupillenkompensationsgruppe in Abbildungsrichtung vor dem ersten Umlenkelement angeordnet. Anderenfalls würden die optischen Elemente der Pupillenkompensationsgruppe gegebenenfalls senkrecht zur optischen Achse des Hauptobjektivs stehen. If the imaging beam path is angled by means of at least one deflecting element, the pupil compensation group can also be arranged in the angled imaging beam path. For adjustment reasons, however, in the case of an angled imaging beam path, the pupil compensation group is arranged in the imaging direction in front of the first deflection element. Otherwise the optical elements of the pupil compensation group would possibly be perpendicular to the optical axis of the main objective.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des IR-Zoomobjektivs sind eine verschiebbare erste Zoomgruppe und eine verschiebbare zweite Zoomgruppe vorgesehen. Die erste Zoomgruppe wirkt insbesondere als Variator, der zur Variation der Brennweite entlang der optischen Achse bewegt wird. Die zweite Zoomgruppe wirkt als Kompensator und ist als Fokuslinse verwendet.In a further preferred embodiment of the IR zoom lens, a displaceable first zoom group and a displaceable second zoom group are provided. The first zoom group acts in particular as a variator that is moved along the optical axis to vary the focal length. The second zoom group acts as a compensator and is used as a focus lens.
Vorteilhafterweise besitzt die erste Zoomgruppe eine negative Brechkraft. Wiederum bevorzugt umfasst die zweite Zoomgruppe eine einzige Linse.The first zoom group advantageously has a negative refractive power. Again, the second zoom group preferably comprises a single lens.
Das Hauptobjektiv weist zur Abbildung des Zwischenbilds wiederum bevorzugt insgesamt als Gruppe eine positive Brechkraft auf.To reproduce the intermediate image, the main objective preferably has a positive refractive power as a group as a whole.
Als Mittel zum Verschieben der Pupillenkompensationsgruppe ist zweckmäßigerweise eine mechanische Steuerkurve vorgesehen, die die Pupillenkompensationsgruppe in Abhängigkeit vom Stellweg der Zoomgruppe und damit in Abhängigkeit von der Systembrennweite bewegt. Alternativ und gemäß heutigem Stand der Technik bevorzugt wird eine Steuereinheit eingesetzt, die die Pupillenkompensationsgruppe motorisch in Abhängigkeit von der gewünschten Systembrennweite oder in Abhängigkeit vom damit zusammenhängenden Stellweg der Zoomgruppe verfährt. Dazu können in einem nichtflüchtigen Speicher, z.B. in einem EPROM oder in einem EEPROM, entsprechend Steuertabellen oder funktionale Zusammenhänge hinterlegt sein.As a means for displacing the pupil compensation group, a mechanical control cam is expediently provided, which moves the pupil compensation group as a function of the travel range of the zoom group and thus as a function of the system focal length. As an alternative and according to the current state of the art, a control unit is used which moves the pupil compensation group by motor depending on the desired system focal length or depending on the associated travel of the zoom group. For this purpose, a non-volatile memory, e.g. be stored in an EPROM or in an EEPROM, according to control tables or functional relationships.
Sowohl die mechanische Steuerkurve als auch die Steuereinheit zum Verstellen der Pupillenkompensationsgruppe sind zweckmäßigerweise mit der mechanischen Steuerkurve oder der Steuereinheit zum Einbringen der Warmblende kombiniert bzw. zusammengefasst sein. Insbesondere sind die Mittel zum Verschieben der Pupillenkompensationsgruppe ebenfalls ausgebildet, um die Pupillenkompensationsgruppe erst bei Überschreiten eines Grenzwertes der Systembrennweite zu verschieben.Both the mechanical control curve and the control unit for adjusting the pupil compensation group are expediently combined or combined with the mechanical control curve or the control unit for introducing the warm screen. In particular, the means for shifting the pupil compensation group are also designed to shift the pupil compensation group only when a limit value of the system focal length is exceeded.
Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Wärmebildgerät mit einem vorbeschriebenen IR-Zoomobjektiv gelöst. Das Wärmebildgerät umfasst hierbei einen innerhalb eines Kühlgehäuses angeordneten IR-Detektor, auf den das IR-Zoomobjektiv das Objekt abbildet.The above-mentioned object is also achieved according to the invention by a thermal imaging device with a previously described IR zoom lens. The thermal imaging device in this case comprises an IR detector arranged within a cooling housing, onto which the IR zoom lens images the object.
Zur Vermeidung von Störstrahlung ist im Kühlgehäuse dem IR-Detektor bevorzugt eine Kaltblende vorgeschaltet.To avoid interference radiation, a cold screen is preferably connected upstream of the IR detector in the cooling housing.
Die für vorteilhafte Ausgestaltungen des IR-Zoomobjektivs genannten Vorteile können sinngemäß auf das Wärmebildgerät übertragen werden.The advantages mentioned for advantageous configurations of the IR zoom lens can be analogously transferred to the thermal imaging device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1: den typischen Verlauf der Lage der Eintrittspupille für ein Zoomobjektiv in Abhängigkeit von der Systembrennweite,
- 2: den Verlauf der Lage der Eintrittspupille entsprechend 1 bei Einschwenken einer Warmblende ab einem Grenzwert der Systembrennweite,
- 3: den Verlauf der Lage der Eintrittspupille entsprechend 1, wobei eine Pupillenkompensationsgruppe ab Einschwenken der Warmblende verfahren wird,
- 4, 8, 12, 16: ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Ausführungsbeispiel für ein IR-Zoomobjektiv mit verschiebbarer Pupillenkompensationsgruppe,
- 5, 9, 13, 17: den Verlauf der Lage der Eintrittspupille für das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel eines IR-Zoomobjektivs, wobei die Pupillenkompensationsgruppe ab Einschwenken der Warmblende verfahren wird,
- 6, 10, 14, 18: die Verschiebung der beweglichen Gruppen für das erste, das zweite, das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel eines IR-Zoomobjektivs aufgetragen über der Systembrennweite und
- 7, 11, 15, 19 eine Weitwinkelposition, eine Teleposition und eine Zwischenposition eines IR-Zoomobjektivs entsprechend der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Ausführungsform.
Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing. Show: - 1 : the typical course of the position of the entrance pupil for a zoom lens as a function of the system focal length,
- 2nd : the course of the position of the entrance pupil accordingly 1 when a warm screen is swung in from a limit of the system focal length,
- 3rd : the course of the position of the entrance pupil accordingly 1 , where a pupil compensation group is moved from the pivoting of the warm shield,
- 4th , 8th , 12th , 16 a first, a second, a third and a fourth exemplary embodiment of an IR zoom lens with a displaceable pupil compensation group,
- 5 , 9 , 13 , 17th the course of the position of the entrance pupil for the first, the second, the third and the fourth exemplary embodiment of an IR zoom lens, the pupil compensation group being moved from the pivoting in of the warm aperture,
- 6 , 10th , 14 , 18th : the displacement of the movable groups for the first, the second, the third and the fourth embodiment of an IR zoom lens plotted against the system focal length and
- 7 , 11 , 15 , 19th a wide-angle position, a teleposition and an intermediate position of an IR zoom lens according to the first, second, third and fourth embodiments.
Zum Verständnis der Erfindung ist als Beispiel in 1 der typische Verlauf der Lage der Eintrittspupille in Abhängigkeit von der Systembrennweite für ein ZoomSystem dargestellt. Der Bezugspunkt für die Lage der Eintrittspupille ist dabei immer der Scheitelpunkt der Frontlinse. Aus 1 wird ersichtlich, dass die Lage der Eintrittspupille eine maximale Abweichung bei mittleren Brennweiten hat und für die beiden Extrembrennweiten der Weitwinkelstellung und der Telestellung fast auf Null korrigiert ist. Weiter eingezeichnet ist der Grenzwert fWS für die Systembrennweite, ab der der Durchmesser der Eintrittspupille größer ist als der Durchmesser der Linsen des Objektivs. Die Indizes ws stehen hierbei für „Warm Shield“, da ab diesem Grenzwert zur Abblendung das Systems eine Warmblende eingeschwenkt werden soll. Es wird klar, dass die Position der Eintrittspupille auch bei der Brennweite fWS nicht auf Null liegt und damit hierdurch Vignettierung an der Frontlinse auftritt. In 1 ist der Verlauf ohne Einschwenken einer Warmblende zu sehen.To understand the invention is as an example in 1 the typical course of the position of the entrance pupil as a function of the system focal length for a zoom system is shown. The reference point for the position of the entrance pupil is always the apex of the front lens. Out 1 it can be seen that the position of the entrance pupil has a maximum deviation at medium focal lengths and is almost corrected for the two extreme focal lengths of the wide-angle position and the telephoto position. Also shown is the limit value f WS for the system focal length, from which the diameter of the entrance pupil is larger than the diameter of the lenses of the objective. The indices ws stand for "Warm Shield", since from this limit the system should be swung in to shield the system. It becomes clear that the position of the entrance pupil is not at zero even at the focal length f WS and thus vignetting occurs on the front lens. In 1 the course can be seen without swiveling in a warm screen.
Wird nun entsprechend 2 die Warmblende ab der Brennweite fWS eingeschwenkt, so ändert sich die Lage der Eintrittspupille ab dieser Brennweite sprunghaft. Die Position der Eintrittspupille springt um mehr als 4000 mm bei der Brennweite fWS=-1157 mm, der dazu führt, dass unter anderem an der Frontlinse unerwünschte Vignettierung auftritt.Will now be accordingly 2nd the warming aperture swung in from focal length f WS , the position of the entrance pupil changes abruptly from this focal length. The position of the entrance pupil jumps by more than 4000 mm at the focal length f WS = -1157 mm, which leads to undesired vignetting, among other things, on the front lens.
Zur Vermeidung dieses Effektes wird eine entlang des Abbildungstrahlenganges verschiebbare optische Pupillenkompensationsgruppe in das Zoomobjektive integriert. Durch eine Bewegung der Pupillenkompensationsgruppe kann die Lage der Eintrittspupille so korrigiert werden, dass für die Brennweiten fWS und die Telestellung die Eintrittspupille auf der Frontlinse (und damit auf Null) liegt. Es ist durch eine kontinuierliche Bewegung der Pupillemkompensationsgruppe auch möglich, die Lage der Eintrittspupille für den Brennweitenbereich von fWS bis zur Telestellung auf Null zu korrigieren. Dies wird aus 3 ersichtlich.To avoid this effect, an optical pupil compensation group that can be moved along the imaging beam path is integrated into the zoom objective. By moving the pupil compensation group, the position of the entrance pupil can be corrected so that for the focal lengths f WS and the telephoto position, the entrance pupil lies on the front lens (and thus at zero). By continuously moving the pupil compensation group, it is also possible to correct the position of the entrance pupil for the focal length range from f WS to telephoto position to zero. This will be 3rd evident.
In 3 ist die Lage der Eintrittspupille in Abhängigkeit von der Systembrennweite für den kompensierten Fall dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Auswirkungen des Sprungs beim Einschwenken der Warmblende korrigiert sind. Die Eintrittspupille liegt ab Einschwenken der Warmblende auf der Frontlinse.In 3rd the position of the entrance pupil as a function of the system focal length is shown for the compensated case. It can be seen that the effects of the jump are corrected when the warm screen is swung in. The entrance pupil lies on the front lens after the warm shield has been swung in.
In 4 ist der Aufbau eines IR-Zoomobjektivs 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein 50-fach kontinuierliches Zoomsystem, d.h. es kann jede beliebige Brennweite von der Weitwinkelstellung bis zur Telestellung angefahren werden. Dies kann durch eine mechanische Zoomkurve oder motorisch verstellbare Bewegungen erzielt werden.In 4th is the construction of an IR zoom lens 1 shown according to a first embodiment. This is a 50x continuous zoom system, which means that any focal length from wide-angle to telephoto can be used. This can be achieved using a mechanical zoom curve or motorized movements.
Die Frontgruppe 2 besteht nur aus einer Frontlinse und hat eine positive Brechkraft und steht fest. Zur Korrektur der sphärischen Aberration ist sie auf einer Seite asphärisch ausgeprägt. Zusätzlich ist noch ein diffraktives optisches Element (DOE) aufgebracht. Die Asphäre und das diffraktive optische Element werden meist auf derselben Seite der Linse aufgebracht, da diese in einem Arbeitsgang realisiert werden. Bevorzugt werden sie auf der Rückseite aufgebracht, da sie hier vor mechanischen Beschädigungen geschützt sind. Die Brennweite der Frontlinse, also vorliegend der Frontgruppe 2 insgesamt, ist so gewählt, dass die Blendenzahl oder Öffnung f#Frontlinse der Frontlinse nicht zu klein wird. Bevorzugt sollte die Bedingung 0.8 < f#Frontlinse < 2 gelten.The front group 2nd consists only of a front lens and has a positive refractive power and is fixed. To correct the spherical aberration, it is aspherical on one side. In addition, a diffractive optical element (DOE) is applied. The asphere and the diffractive optical element are usually applied on the same side of the lens, since they are realized in one operation. They are preferably applied on the back since they are protected against mechanical damage. The focal length of the front lens, in this case the front group 2nd overall, is chosen so that the f-number or aperture f # front lens of the front lens is not too small. The condition 0.8 <f # front lens <2 should preferably apply.
Die erste Zoomgruppe 3 besitzt eine negative Brechkraft und besteht aus drei Linsen, wobei die erste und die letzte der drei Linsen eine bevorzugte negative Brechkraft besitzen. Die mittlere der drei Linsen kann auch eine positive Brechkraft besitzen. Mindestens eine der drei Linsen hat eine asphärische Fläche. Die erste Zoomgruppe 3 wird auch als Variator (zur Variation der Brennweite) bezeichnet und bewegt sich entlang der optischen Achse. Die zweite Zoomgruppe 4 besitzt eine positive Brechkraft und besteht bevorzugt nur aus nur einer einzigen Linse. Die zweite Zoomgruppe wird auch als Kompensator bezeichnet, bewegt sich auch entlang der optischen Achse und wird als Fokuslinse verwendet.The first zoom group 3rd has a negative refractive power and consists of three lenses, the first and the last of the three lenses having a preferred negative refractive power. The middle of the three lenses can also have a positive refractive power. At least one of the three lenses has an aspherical surface. The first zoom group 3rd is also called a variator (for varying the focal length) and moves along the optical axis. The second zoom group 4th has a positive refractive power and preferably consists of only a single lens. The second zoom group is also called a compensator, also moves along the optical axis and is used as a focus lens.
Das Hauptobjektiv 5 mit positiver Brechkraft besteht aus 3 Linsen mit mindestens zwei asphärischen Flächen. Das Hauptobjektiv 5 steht fest.The main lens 5 with positive refractive power consists of 3 lenses with at least two aspherical surfaces. The main lens 5 is certain.
Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat eine positive Brechkraft. Sie steht fest bis zum Einschwenken der Warmblende und wird dann verschoben, um die Eintrittspupille so zu korrigieren, dass keine Vignettierung an der Frontlinse auftritt. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist in diesem Ausführungsbeispiels aus einer rein sphärischen Linse aufgebaut.The pupil compensation group 6 has a positive refractive power. It is fixed until the warm screen is swiveled in and is then moved to correct the entrance pupil so that there is no vignetting occurs on the front lens. The pupil compensation group 6 is constructed in this embodiment from a purely spherical lens.
Damit die Baulänge des Objektivs 1 nicht zu lange wird, kann das Objektiv 1 abgewinkelt gebaut werden. Dazu sind hier zwei Umlenkelemente 7 und 8 vorgesehen, die jeweils als Planspiegel ausgebildet sind. Es kann aber auch nur ein einzelnes Umlenkelement verwendet werden. Mit zwei Umlenkelementen 7, 8 wird das Objektiv 1 kompakter, da der Detektor 11 aufgrund der Kühleinheit eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung hat. Die beiden oder einer der beiden Umlenkspiegel kann auch sphärisch oder asphärisch ausgeführt werden, damit Linsenelemente eingespart werden.So that the overall length of the lens 1 not too long, the lens can 1 be built angled. There are two deflection elements here 7 and 8th provided, which are each designed as a plane mirror. However, only a single deflection element can be used. With two deflection elements 7 , 8th becomes the lens 1 more compact because of the detector 11 due to the cooling unit has a not negligible expansion. The two or one of the two deflecting mirrors can also be made spherical or aspherical so that lens elements are saved.
Aus Justage Gründen ist keine Linse zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 angebracht, da diese senkrecht zur optischen Achse des Hauptobjektivs stehen würde. Das Hauptobjektiv 5 bildet das Objekt auf eine Zwischenbildebene 12 ab, welche sich zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 befindet. Es kann auch vorteilhaft sein, hier eine oder mehrere Linsen zu platzieren, weil man hier nahe am Zwischenbild ist und damit die Pupillenlage gut korrigieren kann. Auch ist diese Position gut für eine Korrektur der Feldbündel geeignet, da diese hier pupillenfern und nahe dem Zwischenbild sind.For adjustment reasons there is no lens between the two deflection elements 7 , 8th attached, as this would be perpendicular to the optical axis of the main lens. The main lens 5 forms the object on an intermediate image level 12th from which is between the two deflection elements 7 , 8th located. It can also be advantageous to place one or more lenses here because you are close to the intermediate image and can therefore correct the pupil position well. This position is also well suited for a correction of the field bundles, since these are far from the pupil and close to the intermediate image.
Hinter dem zweiten Umlenkspiegel befindet sich eine positive Relaygruppe 9, die das Zwischenbild auf den Detektor 11 abbildet. Sie besteht bevorzugt aus zwei Linsen, wobei eine Linse eine asphärische Oberfläche besitzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht sie aus drei Linsen, bevorzugt mit einer asphärischen Fläche auf der ersten Linse (drittletzte Linse). Der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 ist so gewählt, dass das Zwischenbild verkleinert abgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass der chromatische Längsfehler des Objektivs 1 in der Telestellung verkleinert abgebildet wird. Bevorzugt sollte der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 zwischen 0.7 und 1.3 liegen.There is a positive relay group behind the second deflecting mirror 9 that the intermediate image on the detector 11 maps. It preferably consists of two lenses, one lens having an aspherical surface. In the exemplary embodiment shown, it consists of three lenses, preferably with an aspherical surface on the first lens (third to last lens). The image scale of the relay group 9 is selected so that the intermediate image is displayed in a reduced size. This has the advantage that the chromatic longitudinal error of the lens 1 is shown reduced in the tele position. The imaging scale of the relay group should be preferred 9 are between 0.7 and 1.3.
Hinter der Relaygruppe 9 sitzt eine einschwenkbare Warmblende 10 b und der Detektor 11. Innerhalb des Detektors 11 ist die Kaltblende 10 a platziert. Die genaue Anordnung von Detektor 11, Warmblende 10 b und Kaltblende 10 a wird aus der in 4 eingefügten Detailansicht Y erkennbar. Demnach ist der Detektor 11 innerhalb eines Kühlgehäuses 13 angeordnet, in welches die abzubildende Wärmestrahlung durch ein Eintrittsfenster 14 tritt. Die Kaltblende 10 a ist innerhalb des Kühlgehäuses angeordnet. Die Warmblende 10 b des Objektivs 1 ist unmittelbar vor dem Eintrittsfenster 14 des Kühlgehäuses angeordnet. Die Kaltblende 10 a ist als ein IR-durchlässiger Filter ausgebildet.Behind the relay group 9 sits a swiveling warm screen 10 b and the detector 11 . Inside the detector 11 is the cold aperture 10 a placed. The exact arrangement of the detector 11 , Warm screen 10 b and cold aperture 10 a becomes from in 4th inserted detail view Y recognizable. So the detector is 11 inside a cooling case 13 arranged, in which the heat radiation to be imaged through an entrance window 14 occurs. The cold aperture 10 a is located inside the cooling housing. The warm screen 10 b of the lens 1 is immediately in front of the entrance window 14 arranged of the cooling housing. The cold aperture 10 a is designed as an IR-transparent filter.
Zusammengefasst besteht das IR-Zoomobjektiv 1 aus der Frontgruppe 2, der ersten Zoomgruppe 3, der zweiten Zoomgruppe 4, dem Hauptobjektiv 5, der Pupillenkompensationsgruppe 6, den Umlenkelementen 7, 8, der Relaygruppe 9 und dem einschenkbaren Warmfilter 10 b. Das IR-Zoomobjektiv 1 und die Detektoreinheit mit Kühlgehäuse 13, IR-Detektor 11 und Kaltblende 10 a bilden gemeinsam ein Wärmebildgerät 15.In summary, there is the IR zoom lens 1 from the front group 2nd , the first zoom group 3rd , the second zoom group 4th , the main lens 5 , the pupil compensation group 6 , the deflection elements 7 , 8th , the relay group 9 and the pourable warm filter 10 b . The IR zoom lens 1 and the detector unit with cooling housing 13 , IR detector 11 and cold aperture 10 a together form a thermal imaging device 15 .
In der folgenden Tabelle 1 sind die Radien, Dicken und Materialien des Ausführungsbeispiels gemäß 1 aufgelistet. Darin werden die jeweiligen Eintritts- und Austrittsflächen der optischen Komponenten von der Objektseite zur Bildseite fortlaufend durchnummeriert. Diese Flächen werden im Folgenden auch mit S1 bis Sn bezeichnet. Die Radien der Flächen sowie der Abstand zwischen den Flächen sind jeweils in mm wiedergegeben.
TABELLE 1 Radien, Dicken Materialien für Bsp. 1
Nr Radius Abstand Glas
1 381.94555 25.000 ‚SI‘ Frontgruppe
2 650.04260 0.000
3 INFINITY (variabel)
4 45.48253 5.065 ‚SI‘ Variator
5 36.91074 47.158
6 -57.02914 3.771 ‚SI‘ Variator
7 -66.93962 24.689
8 -94.55676 3.240 ‚SI‘ Variator
9 -531.11259 0.000
10 INFINITY (variabel)
11 -216.45432 6.591 ‚SI‘ Kompensator
12 -132.38315 0.000
13 INFINITY (variabel)
14 113.92537 7.230 ‚SI‘ Hauptobjektiv
15 504.65573 5.378
16 1015.38468 5.506 ‚GE‘ Hauptobjektiv
17 234.06589 33.410
18 170.29812 4.294 ‚SI‘ Hauptobjektiv
19 87.90094 (variabel)
20 -1640.43767 6.417 ‚SI‘ Pupillenkompensator
21 -226.85319 (variabel)
22 INFINITY 23.000
23 INFINITY 52.716 optionaler Umlenkspiegel 1
24 INFINITY 34.257 Zwischenbild ZB
25 INFINITY 30.000 optionaler Umlenkspiegel 2
26 144.30242 3.385 ‚SI‘ Relaygruppe
27 281.22758 0.200
28 30.98301 4.796 ‚SI‘ Relaygruppe
29 41.40469 2.478
30 83.26706 3.000 ‚CAF‘ Relaygruppe
31 51.19879 12.493
32 INFINITY 5.000
33 INFINITY 0.500 Warmblende
34 INFINITY 1.000 ‚SI‘ Detektoreintrittsfenster
35 INFINITY 1.000
36 INFINITY 0.300 ‚GE‘
37 INFINITY 0.000
38 INFINITY 30.000 Kaltblende
39 INFINITY 0.000
40 INFINITY 0.000 Detektor / Bildebene
Table 1 below shows the radii, thicknesses and materials of the exemplary embodiment according to 1 listed. The respective entry and exit surfaces of the optical components are numbered consecutively from the object side to the image side. These areas are also referred to below as S1 to Sn. The radii of the surfaces and the distance between the surfaces are each shown in mm. TABLE 1 Radii, thick materials for example 1
No radius distance Glass
1 381.94555 25,000 'SI' Front group
2nd 650.04260 0,000
3rd INFINITY (variable)
4th 45.48253 5,065 'SI' Variator
5 36.91074 47.158
6 -57.02914 3,771 'SI' Variator
7 -66.93962 24,689
8th -94.55676 3,240 'SI' Variator
9 -531.11259 0,000
10th INFINITY (variable)
11 -216.45432 6,591 'SI' Compensator
12th -132.38315 0,000
13 INFINITY (variable)
14 113.92537 7,230 'SI' Main lens
15 504.65573 5,378
16 1015.38468 5,506 'GE' Main lens
17th 234.06589 33,410
18th 170.29812 4,294 'SI' Main lens
19th 87.90094 (variable)
20 -1640.43767 6,417 'SI' Pupil compensator
21 -226.85319 (variable)
22 INFINITY 23,000
23 INFINITY 52,716 optional deflecting mirror 1
24th INFINITY 34,257 Intermediate picture ZB
25th INFINITY 30,000 optional deflecting mirror 2
26 144.30242 3,385 'SI' Relay group
27 281.22758 0.200
28 30.98301 4,796 'SI' Relay group
29 41.40469 2,478
30th 83.26706 3,000 'CAF' Relay group
31 51.19879 12,493
32 INFINITY 5,000
33 INFINITY 0.500 Warm glare
34 INFINITY 1,000 'SI' Detector entry window
35 INFINITY 1,000
36 INFINITY 0.300 'GE'
37 INFINITY 0,000
38 INFINITY 30,000 Cold fade
39 INFINITY 0,000
40 INFINITY 0,000 Detector / image plane
Die Materialbezeichnung SI steht für Silizium mit einem Brechungsindex von n4200nm = 3.428682, die Materialbezeichnung GE für Germanium mit n4200nm = 4.022109 und die Materialbezeichnung CAF für Calciumfluorid mit n4200nm = 1.407708. Die mit „variabel“ gekennzeichneten Abstände oder Lufträume sind nachfolgend für eine Reihe von Brennweiten angegeben.The material designation SI stands for silicon with a refractive index of n 4200nm = 3.428682, the material designation GE for germanium with n 4200nm = 4.022109 and the material designation CAF for calcium fluoride with n 4200nm = 1.407708. The distances or airspaces marked with "variable" are given below for a number of focal lengths.
Die folgende Auflistung gibt die Asphärenkonstanten für die obigen Flächen aus Tabelle 1 für das erste Ausführungsbeispiel gemäß 4 an.
Asphaerenkonstanten Bsp.1
Asphaerische Flaeche S2: Entwicklungskonstanten: A: 5.177e-010 B: 6.168e-016 C: -5.626e-020 D: 1.489e-024
Asphaerische Flaeche S5: Entwicklungskonstanten: A: -9.918e-008 B: -1.157e-010 C: 4.823e-014 D: -1.619e-016
Asphaerische Flaeche S9: Entwicklungskonstanten: A: -2.934e-007 B: -6.617e-012 C: 1.332e-013 D: -1.104e-016
Asphaerische Flaeche S15: Entwicklungskonstanten: A: 3.186e-007 B: -2.241e-010 C: -1.000e-013 D: 5.367e-017
Asphaerische Flaeche S17: Entwicklungskonstanten: A: -3.803e-007 B: 4.306e-010 C: 9.319e-014 D: -2.063e-017
Asphaerische Flaeche S19: Entwicklungskonstanten: A: -2.130e-008 B: -3.823e-010 C: -1.440e-013 D: 1.220e-016
Asphaerische Flaeche S27: Entwicklungskonstanten: A: 6.199e-007 B: 9.695e-011 C: 3.203e-013 D: 1.416e-017
The following list gives the aspherical constants for the above areas from Table 1 for the first exemplary embodiment according to 4th on. Aspherical constants Example 1
Aspheric surface area S2: Development constants: A: 5.177e-010 B: 6.168e-016 C: -5.626e-020 D: 1.489e-024
Aspheric area S5: Development constants: A: -9.918e-008 B: -1.157e-010 C: 4.823e-014 D: -1.619e-016
Aspheric area S9: Development constants: A: -2.934e-007 B: -6.617e-012 C: 1.332e-013 D: -1.104e-016
Aspheric surface S15: Development constants: A: 3.186e-007 B: -2.241e-010 C: -1.000e-013 D: 5.367e-017
Aspheric area S17: Development constants: A: -3.803e-007 B: 4.306e-010 C: 9.319e-014 D: -2.063e-017
Aspheric area S19: Development constants: A: -2.130e-008 B: -3.823e-010 C: -1.440e-013 D: 1.220e-016
Aspheric surface S27: development constants: A: 6.199e-007 B: 9.695e-011 C: 3.203e-013 D: 1.416e-017
Die Asphärenform ist dabei durch die folgende Formel gegeben:
Dabei bezeichnet z die Pfeilhöhe der Fläche parallel zur z-Achse; c ist die Krümmung am Scheitel der Fläche; k ist die konische Konstante und bei den hier angegebenen Beispielen immer Null und deshalb nicht aufgeführt. r ist der radiale Abstand zur z-Achse. A, B, C und D sind die Entwicklungs-Koeffizienten der 4., 6., 8., und 10. Ordnung.The aspherical shape is given by the following formula: Z denotes the arrow height of the surface parallel to the z-axis; c is the curvature at the apex of the surface; k is the conical constant and is always zero in the examples given here and therefore not listed. r is the radial distance to the z-axis. A, B, C and D are the development coefficients of the 4th, 6th, 8th, and 10th . Order.
Die diffraktiven Entwicklungskoeffizienten für das erste Ausführungsbeispiel können der folgenden Tabelle entnommen werden:
Diffraktive Flaeche fuer Bsp.1
Diffraktive Flaeche S2: Entwicklungskonsta
C1: -8.055e-006 S2: C2: -1.200e-012
Designwellenlaenge Beugungsordnung: 1 4400nm
The diffractive development coefficients for the first embodiment can be found in the following table: Diffractive surface for example 1
Diffractive surface S2: development const
C1: -8.055e-006 S2: C2: -1.200e-012
Design wavelength diffraction order: 1 4400nm
Der diffraktive Abtrag Z(DOE) parallel zur optischen Achse ergibt sich aus der folgenden Formel:
mit der Furchenzahl N(y)
wobei y der radiale Abstand zur z-Achse, λ die Designwellenlänge, C1 der Koeffizient der 2. Ordnung und C2 der Koeffizient 4. Ordnung ist,
und der Furchentiefe
wobei n der Brechungsindex ist.The diffractive removal Z (DOE) parallel to the optical axis results from the following formula: with the number of furrows N (y) where y is the radial distance to the z-axis, λ is the design wavelength, C 1 is the 2nd order coefficient and C 2 is the coefficient 4th . Okay is
and the furrow depth where n is the refractive index.
In der folgenden Tabelle sind die variablen Lufträume für zehn Brennweitenstellungen und die Position, sowie der Durchmesser der Systemblende angegeben. Hieraus erkennt man auch das Einschwenken der Warmblende 10 b ab der Zoomposition Z8 (Brennweite 1200mm). Die Lage der Systemblende springt von Fläche S38 (Kaltblende 10 a) auf Fläche S33 (Warmblende 10 b). Der Abstand zwischen der Warmblende 10 b und der Kaltblende 10 a kann der obigen Radien- und Abstandsliste (Tabelle 1) entnommen werden und beträgt hier 2.8 mm. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 (siehe Luftraum S19 und S21) bewegt sich erst, nachdem die Warmblende 10 b eingeschwenkt wurde. Davor steht sie fest. Dies kann den Spalten Z1 bis Z7 entnommen werden. Die Abstände sind hier jeweils gleich.
The following table shows the variable airspaces for ten focal lengths and the position as well as the diameter of the system aperture. From this you can also see the pivoting of the warm screen 10 b from the zoom position Z8 (Focal length 1200mm). The position of the system cover jumps from the surface S38 (Cold aperture 10 a ) on surface S33 (Warm fade 10 b ). The distance between the warm screen 10 b and the cold aperture 10 a can be taken from the list of radii and distances above (Table 1) and is 2.8 mm here. The pupil compensation group 6 (see airspace S19 and S21 ) only moves after the warm fade 10 b was swung in. Before that she is certain. This can be the columns Z1 to Z7 be removed. The distances are the same here.
In der folgenden Tabelle sind die Gruppenbrennweiten für das erste Ausführungsbeispiel angegeben. Daraus kann der Aufbau des IR-Zoomobjektivs 1 abgelesen werden. Einer positiven Frontgruppe 2 folgt eine negative variable erste Zoomgruppe 3. Danach kommt eine positive variable zweite Zoomgruppe 4, die vor dem positiven fest stehenden Hauptobjektiv 5 steht. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist wieder variabel und hat eine positive Brechkraft. Die beiden Umlenkelemente 7, 8 haben keine Brechkraft und tauchen auch somit hier nicht auf. Anschließend bildet die Relaygruppe 9 mit einem Abbildungsmaßstab von 0.932 das Zwischenbild aus der Zwischenbildebene 12 verkleinert auf den Detektor 11 ab. Die Brennweite bis zum Zwischenbild ist ebenfalls für die Weitwinkelstellung angegeben.
Gruppenbrennweiten Bsp.1: Frontgruppe S1..3 : 355.839mm
Variator S4..10 : -21.207mm
Kompensator S11..13: 132.997mm
Hauptobjektiv S14..19: 621.957mm
Pupillenkompensationsgruppe S20..21: 108.081mm
Relaygruppe S26..31: 30.325mm
Frontgruppe bis ZB S1..24: 38.626mm fuer Z1
Abbildungsmassstab Relaygruppe: 0.932
The group focal lengths for the first exemplary embodiment are given in the following table. From this, the structure of the IR zoom lens 1 be read. A positive front group 2nd follows a negative variable first zoom group 3rd . Then comes a positive variable second zoom group 4th that are in front of the positive fixed main lens 5 stands. The pupil compensation group 6 is variable again and has a positive refractive power. The two deflection elements 7 , 8th have no refractive power and therefore do not appear here. The relay group then forms 9 the intermediate image from the intermediate image plane with a magnification of 0.932 12th scaled down to the detector 11 from. The focal length up to the intermediate image is also given for the wide-angle position. Group focal lengths Ex.1: Front group S1..3: 355.839mm
Variator S4..10: -21.207mm
Compensator S11..13: 132.997mm
Main lens S14..19: 621.957mm
Pupil compensation group S20..21: 108.081mm
Relay group S26..31: 30.325mm
Front group up to ZB S1..24: 38.626mm for Z1
Image scale relay group: 0.932
Zur Verdeutlichung der Funktion der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist die folgende weitere Tabelle „Vignettierungen für Bsp.1“ angegeben. Der Durchmesser der Frontlinse beträgt 251.6 mm. Für die jeweiligen Zoom- bzw. Brennweitenstellungen sind hier die Öffnung oder Blendenzahl (F#), der Eintrittspupillendurchmesser (EPD), die Eintrittspupillenlage (EP-Lage) in Bezug zum Scheitel der Frontlinse und der maximale Durchmesser der Strahlbündel für die jeweilige Zoomstellung Zx (max. DM Pos Zx) aufgeführt. Ist der maximale Durchmesser der Strahlbündel kleiner als der Wert des Durchmessers der Frontlinse so tritt keine Vignettierung auf. Alle Werte in der Zeile max. DM Pos Zx sind kleiner als der Durchmesser der Frontlinse. Daher tritt keine Vignettierung auf. Die Lage der Eintrittspupille der Zoompositionen Z8 und Z9 kann größer sein als die der Zoomposition Z10, da hier der Eintrittspupillendurchmesser kleiner als der Linsendurchmesser ist.
To clarify the function of the pupil compensation group 6 the following table "Vignetting for Ex. 1" is given. The diameter of the front lens is 251.6 mm. For the respective zoom or focal length positions, the aperture or f-number (F #), the entrance pupil diameter (EPD), the entrance pupil position (EP position) in relation to the apex of the front lens and the maximum diameter of the beam for the respective zoom position Zx (max . DM Pos Zx) listed. If the maximum diameter of the beam is smaller than the value of the diameter of the front lens, no vignetting occurs. All values in the line max. DM Pos Zx are smaller than the diameter of the front lens. Therefore, vignetting does not occur. The location of the entrance pupil of the zoom positions Z8 and Z9 can be larger than that of the zoom position Z10 , because here the entrance pupil diameter is smaller than the lens diameter.
Die Variation der Lage der Eintrittspupille für das erste Ausführungsbeispiel eines IR-Zoomobjektivs 1 gemäß 4 ist in 5 grafisch dargestellt. Der Sprung der Eintrittspupillenlage ins Negative ist hier durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 korrigiert.The variation in the position of the entrance pupil for the first embodiment of an IR zoom lens 1 according to 4th is in 5 represented graphically. The jump of the entrance pupil position into the negative is due to the shift of the pupil compensation group 6 corrected.
Der Verlauf der Bewegung der Zoomgruppen 3, 4 und der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist in 6 zu sehen. Der Verlauf 20 gibt die Bewegung der ersten Zoomgruppe 3 (Variator), der Verlauf 21 die Bewegung der zweiten Zoomgruppe (Kompensator) wieder. Der Verlauf 22 beschreibt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Zoomgruppe 3 bzw. 4. Der Verlauf 23 zeigt die Bewegung der Pupillenkompensationsgruppe 6. Um von der Weitwinkelstellung zur Telestellung zu gelangen, verschiebt sich der Variator 3 von der Objektseite zur Bildseite. Der Kompensator 4 fährt vor dem Variator 3 her, hat aber bei längeren Brennweiten einen Umkehrpunkt und läuft geringfügig in Richtung Objekt zurück. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Variator 3 und Kompensator 4. Dieser Abstand erreicht ein Minimum bei der Telestellung. Zusätzlich zur Pupillenkompensationsgruppe 6 werden noch Variator 3 und Kompensator 4 geringfügig versetzt, um die Brennweite und die Fokussierung einzustellen.The course of the movement of the zoom groups 3rd , 4th and the pupil compensation group 6 is in 6 to see. The history 20 gives the movement of the first zoom group 3rd (Variator), the course 21 the movement of the second zoom group (compensator) again. The history 22 describes the distance between the first and the second zoom group 3rd or. 4th . The history 23 shows the movement of the pupil compensation group 6 . The variator shifts to get from the wide-angle position to the tele position 3rd from the object side to the image side. The compensator 4th drives in front of the variator 3rd forth, but has a turning point at longer focal lengths and runs back slightly towards the object. This reduces the distance between the variators 3rd and compensator 4th . This distance is at a minimum when telephoto. In addition to the pupil compensation group 6 become a variator 3rd and compensator 4th slightly offset to adjust the focal length and focus.
Zum motorischen Verstellen der beweglichen ersten und zweiten Zoomgruppe 3, 4, der Pupillenkompensationsgruppe 6 entsprechend der Bewegungsabläufe nach 6 sowie zum Einbringen bzw. Einklappen der Warmblende 10 b in den Strahlengang ab der Brennweite fWS ist eine Steuereinheit 16 (siehe 4) vorgesehen.For motorized adjustment of the movable first and second zoom group 3rd , 4th , the pupil compensation group 6 according to the movements 6 as well as for inserting or folding in the warm panel 10 b In the beam path from the focal length f WS is a control unit 16 (please refer 4th ) intended.
In 7 sind drei Zoomstellungen für das IR-Zoomobjektiv 1 gem. 4 gezeichnet. Der untere Linsenschnitt a) zeigt die Weitwinkelstellung, der obere c) die Telestellung. Hier erkennt man deutlich, dass sich der Variator 3 und der Kompensator 4 zum Bild hin bewegt haben. Auch die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat sich bewegt und ist Richtung Bild verschoben. Das mittlere Bild b) zeigt das IR-Zoomobjektiv 1 unmittelbar vor dem Einschwenken der Warmblende 10 a. Die Pupillenkompensationsgruppe hat dieselbe Position wie in der Weitwinkelstellung a). Man erkennt, dass das Mittenbündel die volle Frontlinse ausfüllt. Eine weitere Vergrößerung würde zu Vignettierung führen, deshalb wird an dieser Stelle die Warmblende 10 a eingeführt.In 7 are three zoom positions for the IR zoom lens 1 acc. 4th drawn. The lower lens section a) shows the wide-angle position, the upper c) the telephoto position. Here you can clearly see that the variator 3rd and the compensator 4th have moved towards the picture. Also the pupil compensation group 6 has moved and moved towards the image. The middle picture b) shows the IR zoom lens 1 immediately before the warm screen is swung in 10 a . The pupil compensation group has the same position as in the wide-angle position a). It can be seen that the central bundle fills the full front lens. A further enlargement would lead to vignetting, which is why the warm screen is at this point 10 a introduced.
In 8 ist der Aufbau eines IR-Zoomobjektivs 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Unterschied zu Ausfürhungsbeispiel ist, dass hier der Variator 3, das Hauptobjektiv 5 sowie das Relaysystem 9 anders aufgebaut sind. Auch bei dem IR-Zoomobjektiv 1 gem. 8 handelt es sich um ein 50-fach kontinuierliches Zoomsystem.In 8th is the construction of an IR zoom lens 1 shown according to a second embodiment. The difference to the example is that here the variator 3rd , the main lens 5 as well as the relay system 9 are constructed differently. Even with the IR zoom lens 1 acc. 8th is a 50x continuous zoom system.
Die Frontgruppe 2 (hier besteht sie wiederum nur aus der Frontlinse) hat eine positive Brechkraft und steht fest. Zur Korrektur der sphärischen Aberration ist sie auf einer Seite asphärisch ausgeprägt. Zusätzlich ist noch ein diffraktives optisches Element (DOE) aufgebracht. Die Asphäre und das diffraktive Element werden meist auf derselben Seite der Linse aufgebracht, da diese in einem Arbeitsgang realisiert werden. Bevorzugt werden sie auf der Rückseite aufgebracht, da sie hier vor mechanischen Beschädigungen geschützt sind. Die Brennweite der Frontlinse ist so gewählt, dass die Blendenzahl oder Öffnung f#Frontlinse der Frontlinse nicht zu klein wird. Bevorzugt sollte die Bedingung 0.8 < f#Frontlinse < 2 gelten.The front group 2nd (here again it only consists of the front lens) has a positive refractive power and is fixed. To correct the spherical aberration, it is aspherical on one side. In addition, a diffractive optical element (DOE) is applied. The asphere and the diffractive element are mostly applied on the same side of the lens, since they are realized in one operation. They are preferably applied on the back since they are protected against mechanical damage. The focal length of the front lens is selected so that the f-number or aperture f # front lens of the front lens is not too small. The condition 0.8 <f # front lens <2 should preferably apply.
Die erste Zoomgruppe 3 (besitzt eine negative Brechkraft und besteht aus zwei Linsen, wobei beide Linsen eine bevorzugte negative Brechkraft besitzen. Mindestens eine der beiden Linsen hat eine asphärische Fläche. Die erste Zoomgruppe 3 bewegt sich entlang der optischen Achse. Die zweite Zoomgruppe 4 besitzt eine positive Brechkraft und besteht bevorzugt aus nur einer einzigen Linse. Auch die zweite Zoomgruppe 4 bewegt sich entlang der optischen Achse. Sie wird als Fokuslinse verwendet.The first zoom group 3rd (has a negative refractive power and consists of two lenses, both lenses having a preferred negative refractive power. At least one of the two lenses has an aspherical surface. The first zoom group 3rd moves along the optical axis. The second zoom group 4th has a positive refractive power and preferably consists of only a single lens. Also the second zoom group 4th moves along the optical axis. It is used as a focus lens.
Das Hauptobjektiv 5 mit positiver Brechkraft besteht aus drei Linsen mit mindestens zwei asphärischen Flächen. Das Hauptobjektiv 5 steht fest und bildet das Objekt auf eine Zwischenbildebene 12 ab.The main lens 5 with positive refractive power consists of three lenses with at least two aspherical surfaces. The main lens 5 stands and forms the object on an intermediate image level 12th from.
Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat eine positive Brechkraft. Sie steht fest bis zum Einschwenken der Warmblende 10 b und wird dann verschoben, um die Eintrittspupille so zu korrigieren, dass keine Vignettierung an der Frontlinse auftritt. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist auch in diesem Beispiel aus einer rein sphärischen Linse aufgebaut.The pupil compensation group 6 has a positive refractive power. It is fixed until the warm panel is swung in 10 b and is then shifted to correct the entrance pupil so that there is no vignetting on the front lens. The pupil compensation group 6 in this example, too, is made up of a purely spherical lens.
Damit die Baulänge des Objektivs nicht zu lange wird, kann das Objektiv mittels zweier Umlenkelemente 7, 8 abgewinkelt gebaut werden. Die Umlenkelemente 7, 8 sind auch hier als Planspiegel ausgebildet.So that the overall length of the lens does not become too long, the lens can be adjusted using two deflection elements 7 , 8th be built angled. The deflection elements 7 , 8th are also designed as a flat mirror here.
Es kann aber auch nur ein einzelnes Umlenkelement verwendet werden. Mit zwei Umlenkelementen 7, 8 wird das Objektiv 1 kompakter, da der Detektor 11 aufgrund der Kühleinheit eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung hat. Die beiden oder einer der beiden Umlenkspiegel kann auch sphärisch oder asphärisch ausgeführt werden, damit Linsenelemente eingespart werden. However, only a single deflection element can be used. With two deflection elements 7 , 8th becomes the lens 1 more compact because of the detector 11 due to the cooling unit has a not negligible expansion. The two or one of the two deflecting mirrors can also be made spherical or aspherical so that lens elements are saved.
Aus Justage Gründen ist keine Linse zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 angebracht, da diese senkrecht zur optischen Achse des Hauptobjektivs stehen würde. Das Hauptobjektiv 5 bildet das Objekt auf eine Zwischenbildebene 12 ab, welche sich zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 befindet. Es kann auch vorteilhaft sein, hier eine oder mehrere Linsen zu platzieren, weil man hier nahe am Zwischenbild ist und damit die Pupillenlage gut korrigieren kann. Auch ist diese Position gut für eine Korrektur der Feldbündel geeignet, da diese hier pupillenfern und nahe dem Zwischenbild sind.For adjustment reasons there is no lens between the two deflection elements 7 , 8th attached, as this would be perpendicular to the optical axis of the main lens. The main lens 5 forms the object on an intermediate image level 12th from which is between the two deflection elements 7 , 8th located. It can also be advantageous to place one or more lenses here because you are close to the intermediate image and can therefore correct the pupil position well. This position is also well suited for a correction of the field bundles, since these are far from the pupil and close to the intermediate image.
Hinter dem zweiten Umlenkspiegel 8 befindet sich die positive Relaygruppe 9, die das Zwischenbild aus der Zwischenbildebene 12 auf den Detektor 11 abbildet. Sie besteht bevorzugt aus zwei Linsen, wobei eine Linse eine asphärische Oberfläche besitzt, bevorzugt auf der ersten Linse (zweitletzte Linse). Die beiden Linsen bestehen bevorzugt aus einem Material mit niedriger Dispersion (z.B. Silizium) und einem Material mit hoher Dispersion (z.B. CaF). Dadurch lässt sich die chromatische Vergrößerungsdifferenz des Relaysystems 9 sehr klein halten. Der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 ist so gewählt, dass das Zwischenbild verkleinert abgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass der chromatische Längsfehler des Objektivs 1 in der Telestellung verkleinert abgebildet wird. Bevorzugt sollte der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 zwischen 0.7 und 1.3 liegen.Behind the second deflecting mirror 8th is the positive relay group 9 that the intermediate image from the intermediate image level 12th on the detector 11 maps. It preferably consists of two lenses, one lens having an aspherical surface, preferably on the first lens (second to last lens). The two lenses preferably consist of a material with low dispersion (eg silicon) and a material with high dispersion (eg CaF). This allows the chromatic magnification difference of the relay system 9 keep very small. The image scale of the relay group 9 is selected so that the intermediate image is displayed in a reduced size. This has the advantage that the chromatic longitudinal error of the lens 1 is shown reduced in the tele position. The imaging scale of the relay group should be preferred 9 are between 0.7 and 1.3.
Hinter der Relaygruppe sitzen die einschwenkbare Warmblende 10 b und der Detektor 11. Innerhalb des Kühlgehäuses 13 des Detektors 11 ist entsprechend 4 die Kaltblende 10 a platziert.The retractable warm cover sits behind the relay group 10 b and the detector 11 . Inside the cooling case 13 of the detector 11 is appropriate 4th the cold aperture 10 a placed.
In der folgenden Tabelle 2 sind die Radien, Dicken und Materialien des zweiten Ausführungsbeispiels gem. 8 aufgelistet. Die Radien der Flächen sowie die Abstände sind in mm angegeben.
TABELLE 2 Radien, Dicken Materialien für Bsp. 2
Nr Radius Abstand Glas
1 389.72450 25.000 ‚SI‘ Frontgruppe
2 689.26509 0.000
3 INFINITY (variabel)
4 58.20467 5.000 ‚SI‘ Variator
5 44.98148 67.048
6 -65.56128 3.500 ‚SI‘ Variator
7 -345.85501 0.000
8 INFINITY (variabel)
9 -196.03093 8.200 ‚SI‘ Kompensator
10 -125.39586 0.000
11 INFINITY (variabel)
12 107.29455 9.000 ‚SI‘ Hauptobjektiv
13 348.34727 31.502
14 1984.53839 4.000 ‚GE‘ Hauptobjektiv
15 75.83787 4.008
16 72.42336 7.000 ‚SI‘ Hauptobjektiv
17 81.31705 (variabel)
18 283.75802 6.600 ‚SI‘ Pupillenkompensator
19 -1207.82940 (variabel)
20 INFINITY 24.001
21 INFINITY 57.049 optionaler Umlenkspiegel
22 INFINITY 33.728 Zwischenbild
23 INFINITY 38.303 optionaler Umlenkspiegel
24 47.31920 5.044 ‚SI‘ Relaygruppe
25 111.53300 3.333
26 -188.85732 6.000 ‚CAF‘ Relaygruppe
27 -538.95942 15.193
28 INFINITY 5.000
29 INFINITY 0.500 Warmblende
30 INFINITY 1.000 ‚SI‘ Detektoreintrittsfenster
31 INFINITY 1.600
32 INFINITY 0.300 ‚GE‘
33 INFINITY 0.000
34 INFINITY 30.000 Kaltblende
35 INFINITY 0.000
36 INFINITY 0.000 Detektor / Bildebene
In the following Table 2, the radii, thicknesses and materials of the second embodiment are gem. 8th listed. The radii of the surfaces and the distances are given in mm. TABLE 2 Radii, thick materials for Ex. 2
No radius distance Glass
1 389.72450 25,000 'SI' Front group
2nd 689.26509 0,000
3rd INFINITY (variable)
4th 58.20467 5,000 'SI' Variator
5 44.98148 67,048
6 -65.56128 3,500 'SI' Variator
7 -345.85501 0,000
8th INFINITY (variable)
9 -196.03093 8,200 'SI' Compensator
10th -125.39586 0,000
11 INFINITY (variable)
12th 107.29455 9,000 'SI' Main lens
13 348.34727 31.502
14 1984.53839 4,000 'GE' Main lens
15 75.83787 4,008
16 72.42336 7,000 'SI' Main lens
17th 81.31705 (variable)
18th 283.75802 6,600 'SI' Pupil compensator
19th -1207.82940 (variable)
20 INFINITY 24.001
21 INFINITY 57,049 optional deflecting mirror
22 INFINITY 33,728 Intermediate image
23 INFINITY 38,303 optional deflecting mirror
24th 47.31920 5,044 'SI' Relay group
25th 111.53300 3,333
26 -188.85732 6,000 'CAF' Relay group
27 -538.95942 15.193
28 INFINITY 5,000
29 INFINITY 0.500 Warm glare
30th INFINITY 1,000 'SI' Detector entry window
31 INFINITY 1,600
32 INFINITY 0.300 'GE'
33 INFINITY 0,000
34 INFINITY 30,000 Cold fade
35 INFINITY 0,000
36 INFINITY 0,000 Detector / image plane
Die Materialbezeichnungen sind entsprechend Tabelle 1. Die mit (variabel) gekennzeichneten Abstände oder Lufträume sind im Folgenden für eine Reihe von Brennweiten angegeben.The material designations are according to Table 1. The distances or air spaces marked with (variable) are given below for a number of focal lengths.
Die folgende Auflistung gibt die Asphärenkonstanten für die obigen Flächen aus Tabelle 2 des zweiten Ausführungsbeispiels an.
Asphaerenkonstanten Bsp.2
Asphaerische Flaeche S2:
Entwicklungskonstanten:
A: 5.162e-010 B: 9.196e-016 C: -7.274e-020 D: 1.834e-024
Asphaerische Flaeche S7:
Entwicklungskonstanten:
A: -4.601e-007 B: 2.793e-010 C: -9.742e-013 D: 1.468e-015
Asphaerische Flaeche S13:
Entwicklungskonstanten:
A: 9.155e-008 B: -3.095e-011 C: 1.456e-014 D: -1.958e-018
Asphaerische Flaeche S15:
Entwicklungskonstanten:
A: -1.070e-006 B: 2.821e-009 C: -4.290e-012 D: 9.352e-016
Asphaerische Flaeche S17:
Entwicklungskonstanten:
A: 7.844e-007 B: -2.477e-009 C: 3.736e-012 D: -9.255e-016
Asphaerische Flaeche S25:
Entwicklungskonstanten:
A: 9.295e-007 B: -4.488e-010 C: 3.723e-013 D: -3.484e-016
The following list gives the aspherical constants for the above areas from Table 2 of the second exemplary embodiment. Aspherical constants Ex. 2
Aspheric surface S2:
Development constants:
A: 5.162e-010 B: 9.196e-016 C: -7.274e-020 D: 1.834e-024
Aspheric surface S7:
Development constants:
A: -4.601e-007 B: 2.793e-010 C: -9.742e-013 D: 1.468e-015
Aspheric surface S13:
Development constants:
A: 9.155e-008 B: -3.095e-011 C: 1.456e-014 D: -1.958e-018
Aspheric surface S15:
Development constants:
A: -1.070e-006 B: 2.821e-009 C: -4.290e-012 D: 9.352e-016
Aspheric surface S17:
Development constants:
A: 7.844e-007 B: -2.477e-009 C: 3.736e-012 D: -9.255e-016
Aspheric surface S25:
Development constants:
A: 9.295e-007 B: -4.488e-010 C: 3.723e-013 D: -3.484e-016
Die diffraktiven Entwicklungskoeffizienten für das zweite Ausführungsbeispiel gem. 8 können der folgenden Tabelle entnommen werden:
Diffraktive Flaeche fuer Bsp.2 Diffraktive Flaeche
S2: Entwicklungskonsten:
C1: -8.163e-006 C2: 4.042e-012
Designwellenlaenge: 4400 nm
Beugungsordnung: 1
The diffractive development coefficients for the second embodiment according to 8th can be found in the following table: Diffractive surface for example 2 Diffractive surface
S2: Development costs:
C1: -8.163e-006 C2: 4.042e-012
Design wavelength: 4400 nm
Diffraction order: 1
In der folgenden Tabelle sind die variablen Lufträume für zehn Brennweitenstellungen und die Position, sowie der Durchmesser der Systemblende angegeben. Hieraus erkennt man auch das Einschwenken der Warmblende 10 b ab Zoomposition Z8 (Brennweite ca. 1200mm). Die Lage der Systemblende ändert sich von Fläche S34 (Kaltblende 10 a) auf Fläche S29 (Warmblende 10 b). Der Abstand zwischen der Warmblende 10 a und der Kaltblende 10 b kann der obigen Radien- und Abstandsliste (Tabelle 2) entnommen werden und beträgt hier 3.4 mm. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 (siehe Luftraum S17 und S19) bewegt sich erst, nachdem die Warmblende 10 a eingeschwenkt wurde. Davor steht sie fest. Dies kann den Spalten Z1 bis Z7 entnommen werden. Die Abstände sind hier jeweils gleich.
The following table shows the variable airspaces for ten focal lengths and the position as well as the diameter of the system aperture. From this you can also see the pivoting of the warm screen 10 b from zoom position Z8 (Focal length approx. 1200mm). The position of the system cover changes from surface S34 (Cold aperture 10 a ) on surface S29 (Warm fade 10 b ). The distance between the warm screen 10 a and the cold aperture 10 b can be found in the list of radii and distances above (Table 2) and is 3.4 mm here. The pupil compensation group 6 (see airspace S17 and S19 ) only moves after the warm fade 10 a was swung in. Before that she is certain. This can be seen in columns Z1 to Z7. The distances are the same here.
In der folgenden Tabelle sind die Gruppenbrennweiten für das zweite Ausführungsbeispiel angegeben. Daraus kann der Aufbau des IR-Zoomobjektivs 1 gem. 8 abgelesen werden. Einer positiven Frontgruppe 2 folgt eine negative variable erste Zoomgruppe 3. Danach kommt eine positive variable zweite Zoomgruppe 4, die vor dem positiven fest stehenden Hauptobjektiv 5 steht. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist wieder variabel und hat eine positive Brechkraft. Die beiden Umlenkspiegel 7, 8 haben keine Brechkraft und tauchen auch somit nicht auf. Anschließend bildet die Relaygruppe 9 mit einem Abbildungsmaßstab von 0.874 das Zwischenbild verkleinert auf den Detektor 11 ab. Die Brennweite bis zum Zwischenbild ist ebenfalls für die Weitwinkelstellung angegeben.
Gruppenbrennweiten fuer Bsp. 2: Frontgruppe S1..3 : 347.424mm
Variator S4..8 : -18.299mm
Kompensator S9..11: 132.662mm
Hauptobjektiv S12..17: 411.240mm
Pupillenkompensationsgruppe S18..19: 95.088mm
Relaygruppe S24..27: 33.452mm
Frontgruppe bis ZB S1..22: 41.199mm fuer Z1
Abbildungsmassstab Relaygruppe: 0.874
The group focal lengths for the second exemplary embodiment are given in the following table. From this, the structure of the IR zoom lens 1 acc. 8th be read. A positive front group 2nd follows a negative variable first zoom group 3rd . Then comes a positive variable second zoom group 4th that are in front of the positive fixed main lens 5 stands. The pupil compensation group 6 is variable again and has a positive refractive power. The two deflecting mirrors 7 , 8th have no refractive power and therefore do not appear. The relay group then forms 9 with an imaging scale of 0.874, the intermediate image is reduced to the detector 11 from. The focal length up to the intermediate image is also given for the wide-angle position. Group focal lengths for example 2: Front group S1..3: 347.424mm
Variator S4..8: -18.299mm
Compensator S9..11: 132.662mm
Main lens S12..17: 411.240mm
Pupil compensation group S18..19: 95.088mm
Relay group S24..27: 33.452mm
Front group up to ZB S1..22: 41.199mm for Z1
Image scale relay group: 0.874
Zur Verdeutlichung der Funktion der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist die folgende Tabelle „Vignettierung für Bsp. 2“ angegeben. Der Durchmesser der Frontlinse beträgt 257.2 mm. Für die jeweiligen Zoom- bzw. Brennweitenstellungen sind hier die Öffnung (F#), der Eintrittspupillendurchmesser (EPD), die Eintrittspupillenlage (EP-Lage) in Bezug zum Scheitel der ersten Linse und der maximale Durchmesser der Strahlbündel für die jeweilige Zoomposition Zx (max. DM Pos Zx) aufgeführt. Ist der maximale Durchmesser der Strahlbündel max. DM Pos Zx kleiner als der Wert des Durchmessers der Frontlinse, so tritt keine Vignettierung auf. Alle Werte in der Zeile max. DM Pos Zx sind kleiner als der Durchmesser der Frontlinse. Daher tritt keine Vignettierung auf.To clarify the function of the pupil compensation group 6 the following table "Vignetting for Example 2" is given. The diameter of the front lens is 257.2 mm. For the respective zoom or focal length settings, the opening (F #), the entrance pupil diameter (EPD), the entrance pupil position (EP position) in relation to the apex of the first lens and the maximum diameter of the beam for the respective zoom position Zx (max. DM Pos Zx) listed. If the maximum diameter of the beam is max. DM Pos Zx smaller than the value of the diameter of the front lens, so there is no vignetting on. All values in the line max. DM Pos Zx are smaller than the diameter of the front lens. Therefore, vignetting does not occur.
Die Lage der Eintrittspupille der Zoompositionen Z7 bis Z10 ist hier auf Null gelegt. Zwischen der Brennweite 1157 mm und 1833 mm erfolgt dies mit Hilfe der Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6.
The position of the entrance pupil of the zoom positions Z7 to Z10 is set to zero here. Between the focal length of 1157 mm and 1833 mm, this is done by shifting the pupil compensation group 6 .
Die Variation der Lage der Eintrittspupille ist in 9 grafisch dargestellt. Der Sprung der Eintrittspupillenlage ins Negative ist hier durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 korrigiert. Durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 wird die Lage der Eintrittspupille auf die Frontlinse gelegt.The variation in the position of the entrance pupil is in 9 represented graphically. The jump of the entrance pupil position into the negative is due to the shift of the pupil compensation group 6 corrected. By shifting the pupil compensation group 6 the position of the entrance pupil is placed on the front lens.
Der Verlauf der Bewegung der Zoomgruppen 3, 4 und der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist in 10 zu sehen. Der Verlauf 20 gibt die Bewegung der ersten Zoomgruppe 3 (Variator), der Verlauf 21 die Bewegung der zweiten Zoomgruppe (Kompensator) wieder. Der Verlauf 22 beschreibt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Zoomgruppe 3 bzw. 4. Der Verlauf 23 zeigt die Bewegung der Pupillenkompensationsgruppe 6. Um von der Weitwinkelstellung zur Telestellung zu gelangen verschiebt sich der Variator 3 von der Objektseite zur Bildseite. Der Kompensator 4 fährt vor dem Variator 3 her, hat aber bei längeren Brennweiten einen Umkehrpunkt und läuft geringfügig in Richtung Objekt zurück. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Variator 3 und Kompensator 4. Dieser Abstand erreicht ein Minimum bei der Telestellung. Zusätzlich zur Pupillenkompensationsgruppe 6 werden noch Variator 3 und Kompensator 4 geringfügig versetzt, um die Brennweite und die Fokussierung einzustellen. Zur Vereinfachung sind hier nur die Positionen der zehn vorgestellten Brennweiten gezeichnet. Die Zwischenwerte lassen sich mit Hilfe einer Optimierungsrechnung leicht bestimmen.The course of the movement of the zoom groups 3rd , 4th and the pupil compensation group 6 is in 10th to see. The history 20 gives the movement of the first zoom group 3rd (Variator), the course 21 the movement of the second zoom group (compensator) again. The history 22 describes the distance between the first and the second zoom group 3rd or. 4th . The history 23 shows the movement of the pupil compensation group 6 . The variator shifts in order to move from the wide-angle position to the telephoto position 3rd from the object side to the image side. The compensator 4th drives in front of the variator 3rd forth, but has a turning point at longer focal lengths and runs back slightly towards the object. This reduces the distance between the variators 3rd and compensator 4th . This distance is at a minimum when telephoto. In addition to the pupil compensation group 6 become a variator 3rd and compensator 4th slightly offset to adjust the focal length and focus. To simplify matters, only the positions of the ten focal lengths presented are drawn here. The intermediate values can be easily determined using an optimization calculation.
Zum motorischen Verstellen der beweglichen ersten und zweiten Zoomgruppe 3, 4, der Pupillenkompensationsgruppe 6 entsprechend der Bewegungsabläufe nach 10 sowie zum Einbringen bzw. Einklappen der Warmblende 10 b in den Strahlengang ab der Brennweite fWS ist eine Steuereinheit 16 (entsprechend 4) vorgesehen.For motorized adjustment of the movable first and second zoom group 3rd , 4th , the pupil compensation group 6 according to the movements 10th as well as for inserting or folding in the warm panel 10 b In the beam path from the focal length f WS is a control unit 16 (corresponding 4th ) intended.
In 11 sind drei Zoomstellungen für das IR-Zoomobjektiv 1 gem. 8 gezeichnet. Der untere Linsenschnitt a) zeigt die Weitwinkelstellung, der obere c) die Telestellung. Hier erkennt man deutlich, dass sich der Variator 3 und der Kompensator 4 zum Bild hin bewegt haben. Auch die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat sich bewegt und ist Richtung Bild verschoben. Das mittlere Bild b) zeigt das IR-Zoomobjektiv 1 unmittelbar vor dem Einschwenken der Warmblende 10 a. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat dieselbe Position wie in der Weitwinkelstellung. Man erkennt, dass das Mittenbündel die volle Frontlinse ausfüllt. Eine weitere Vergrößerung würde zu Vignettierung führen, deshalb wird an dieser Stelle die Warmblende 10 a eingeführt.In 11 are three zoom positions for the IR zoom lens 1 acc. 8th drawn. The lower lens cut a ) shows the wide-angle position, the upper c) the telephoto position. Here you can clearly see that the variator 3rd and the compensator 4th have moved towards the picture. Also the pupil compensation group 6 has moved and moved towards the image. The middle picture b ) shows the IR zoom lens 1 immediately before the warm screen is swung in 10 a . The pupil compensation group 6 has the same position as in the wide-angle position. It can be seen that the central bundle fills the full front lens. A further enlargement would lead to vignetting, which is why the warm screen is at this point 10 a introduced.
In 12 ist der Aufbau eines IR-Zoomobjektivs 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel gem. 8 ist, dass hier das Hauptobjektiv 5 anders aufgebaut ist. Dadurch können Toleranzen relaxiert werden. Auch beim IR-Zoomobjektiv 1 gem. 12 handelt es sich um ein 50-fach kontinuierliches Zoomsystem.In 12th is the construction of an IR zoom lens 1 shown according to a third embodiment. The difference according to the second embodiment. 8th is that the main lens here 5 is built differently. This allows tolerances to be relaxed. Even with the IR zoom lens 1 acc. 12th is a 50x continuous zoom system.
Die Frontgruppe 2 (hier besteht sie wiederum nur aus der Frontlinse) hat eine positive Brechkraft und steht fest. Zur Korrektur der sphärischen Aberration ist sie auf einer Seite asphärisch ausgeprägt. Zusätzlich ist noch ein diffraktives optisches Element (DOE) aufgebracht. Die Asphäre und das diffraktive optische Element werden meist auf derselben Seite der Linse aufgebracht, da diese in einem Arbeitsgang realisiert werden. Bevorzugt werden sie auf der Rückseite aufgebracht, da sie hier vor mechanischen Beschädigungen geschützt sind. Die Brennweite der Frontlinse ist so gewählt, dass die Blendenzahl oder Öffnung f#Frontlinse der Frontlinse nicht zu klein wird. Bevorzugt sollte die Bedingung 0.8 < f#Frontlinse < 2 gelten.The front group 2nd (here again it only consists of the front lens) has a positive refractive power and is fixed. To correct the spherical aberration, it is aspherical on one side. In addition, a diffractive optical element (DOE) is applied. The asphere and the diffractive optical element are usually applied on the same side of the lens, since they are realized in one operation. They are preferably applied on the back since they are protected against mechanical damage. The focal length of the front lens is selected so that the f-number or aperture f # front lens of the front lens is not too small. The condition 0.8 <f # front lens <2 should preferably apply.
Die erste Zoomgruppe 3 besitzt eine negative Brechkraft und besteht aus drei Linsen, wobei beide Linsen eine bevorzugte negative Brechkraft besitzen. Mindestens eine der beiden Linsen hat eine asphärische Fläche. Die erste Zoomgruppe 3 bewegt sich entlang der optischen Achse. Die zweite Zoomgruppe 4 besitzt eine positive Brechkraft und besteht bevorzugt nur aus nur einer einzigen Linse. Auch die zweite Zoomgruppe 4 bewegt sich entlang der optischen Achse. Sie wird als Fokuslinse verwendet.The first zoom group 3rd has a negative refractive power and consists of three lenses, both lenses having a preferred negative refractive power. At least one of the two lenses has an aspherical one Surface. The first zoom group 3rd moves along the optical axis. The second zoom group 4th has a positive refractive power and preferably consists of only a single lens. Also the second zoom group 4th moves along the optical axis. It is used as a focus lens.
Das Hauptobjektiv 5 mit positiver Brechkraft besteht aus vier Linsen mit mindestens zwei asphärischen Flächen. Das Hauptobjektiv 5 steht fest.The main lens 5 with positive refractive power consists of four lenses with at least two aspherical surfaces. The main lens 5 is certain.
Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat eine positive Brechkraft. Sie steht fest bis zum Einschwenken der Warmblende 10 a und wird dann verschoben, um die Eintrittspupille so zu korrigieren, dass keine Vignettierung an der Frontlinse auftritt. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist auch in diesem Beispiel aus einer rein sphärischen Linse aufgebaut.The pupil compensation group 6 has a positive refractive power. It is fixed until the warm panel is swung in 10 a and is then shifted to correct the entrance pupil so that there is no vignetting on the front lens. The pupil compensation group 6 in this example, too, is made up of a purely spherical lens.
Damit die Baulänge des IR-Zoomobjektivs 1 gem. 12 nicht zu lange wird, ist es abgewinkelt gebaut. Dazu sind zwei als Planspiegel ausgebildete Umlenkelemente 7, 8 vorgesehen.So that the length of the IR zoom lens 1 acc. 12th is not too long, it is built angled. There are two deflection elements designed as plane mirrors 7 , 8th intended.
Es kann aber auch nur ein einzelnes Umlenkelement 7, 8 verwendet werden. Mit zwei Umlenkelementen 7, 8 wird das Objektiv 1 kompakter, da der Detektor 11 aufgrund der Kühleinheit eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung hat. Die beiden oder einer der beiden Umlenkspiegel kann auch sphärisch oder asphärisch ausgeführt werden, damit Linsenelemente eingespart werden.But it can also be a single deflecting element 7 , 8th be used. With two deflection elements 7 , 8th becomes the lens 1 more compact because of the detector 11 due to the cooling unit has a not negligible expansion. The two or one of the two deflecting mirrors can also be made spherical or aspherical so that lens elements are saved.
Aus Justage Gründen ist keine Linse zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 angebracht, da diese senkrecht zur optischen Achse des Hauptobjektivs stehen würde. Das Hauptobjektiv 5 bildet das Objekt auf eine Zwischenbildebene 12 ab, welche sich zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 befindet. Es kann auch vorteilhaft sein, hier eine oder mehrere Linsen zu platzieren, weil man hier nahe am Zwischenbild ist und damit die Pupillenlage gut korrigieren kann. Auch ist diese Position gut für eine Korrektur der Feldbündel geeignet, da diese hier pupillenfern und nahe dem Zwischenbild sind.For adjustment reasons there is no lens between the two deflection elements 7 , 8th attached, as this would be perpendicular to the optical axis of the main lens. The main lens 5 forms the object on an intermediate image level 12th from which is between the two deflection elements 7 , 8th located. It can also be advantageous to place one or more lenses here because you are close to the intermediate image and can therefore correct the pupil position well. This position is also well suited for a correction of the field bundles, since these are far from the pupil and close to the intermediate image.
Hinter dem zweiten Umlenkelement 8 befindet sich die positive Relaygruppe 9, die das Zwischenbild auf den Detektor 11 abbildet. Sie besteht bevorzugt aus zwei Linsen, wobei eine Linse eine asphärische Oberfläche besitzt, bevorzugt auf der ersten Linse (zweitletzte Linse). Die beiden Linsen bestehen bevorzugt aus einem Material mit niedriger Dispersion (z.B. Silizium) und einem Material mit hoher Dispersion (z.B. CaF). Dadurch lässt sich die chromatische Vergrößerungsdifferenz des Relaysystems sehr klein halten.Behind the second deflection element 8th is the positive relay group 9 that the intermediate image on the detector 11 maps. It preferably consists of two lenses, one lens having an aspherical surface, preferably on the first lens (second to last lens). The two lenses preferably consist of a material with low dispersion (eg silicon) and a material with high dispersion (eg CaF). As a result, the chromatic magnification difference of the relay system can be kept very small.
Der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 ist so gewählt, dass das Zwischenbild verkleinert abgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass der chromatische Längsfehler des Objektivs 1 in der Telestellung verkleinert abgebildet wird. Bevorzugt sollte der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 zwischen 0.7 und 1.3 liegen.The image scale of the relay group 9 is selected so that the intermediate image is displayed in a reduced size. This has the advantage that the chromatic longitudinal error of the lens 1 is shown reduced in the tele position. The imaging scale of the relay group should be preferred 9 are between 0.7 and 1.3.
Hinter der Relaygruppe 9 sitzt die einschwenkbare Warmblende 10 b und der Detektor 11. Innerhalb des Kühlgehäuses 13 des Detektors 11 ist entsprechend den 4 und 8 die Kaltblende 10 a platziert.Behind the relay group 9 the swiveling warm panel sits 10 b and the detector 11 . Inside the cooling case 13 of the detector 11 is according to the 4th and 8th the cold aperture 10 a placed.
In der folgenden Tabelle 3 sind die Radien, Dicken und Materialien des Ausführungsbeispiels gem. 12 aufgelistet. Die Radien der Flächen sowie die Abstände sind in mm angegeben.
TABELLE 3 Radien, Dicken Materialien für Bsp. 3
Nr Radius Abstand Glas
1 375.26606 25.000 ‚SI‘ Frontgruppe
2 658.77402 0.000
3 INFINITY (variabel)
4 49.08217 5.200 ‚SI‘ Variator
5 35.87800 59.753
6 -75.87938 4.500 ‚SI‘ Variator
7 -361.75560 0.000
8 INFINITY (variabel)
9 -194.73316 8.000 ‚SI‘ Kompensator
10 -124.04115 0.000
11 INFINITY (variabel)
12 126.27843 8.800 ‚SI‘ Hauptobjektiv
13 752.93557 13.433
14 488.47329 6.800 ‚GE‘ Hauptobjektiv
15 238.16182 32.200
16 -304.44151 3.400 ‚GE‘ Hauptobjektiv
17 127.84437 6.263
18 76.87607 4.800 ‚SI‘ Hauptobjektiv
19 89.79836 (variabel)
20 304.48798 6.500 ‚SI‘ Pupillenkompensator
21 -842.12547 (variabel)
22 INFINITY 20.983
23 INFINITY 57.396 optionaler Umlenkspiegel
24 INFINITY 27.733 Zwischenbild
25 INFINITY 50.026 optionaler Umlenkspiegel
26 51.64112 5.900 ‚SI‘ Relaysystem
27 130.83986 4.298
28 -171.77663 8.000 ‚CAF‘ Relaysystem
29 -496.99228 13.907
30 INFINITY 5.000
31 INFINITY 0.500 Warmblende
32 INFINITY 1.000 ‚SI‘ Detektoreintrittsfenster
33 INFINITY 1.600
34 INFINITY 0.300 ‚GE‘
35 INFINITY 0.000
36 INFINITY 30.000 Kaltblende
37 INFINITY 0.000
38 INFINITY 0.000 Detektor / Bildebene
In the following Table 3, the radii, thicknesses and materials of the embodiment are gem. 12th listed. The radii of the surfaces and the distances are given in mm. TABLE 3 Radii, thick materials for Ex. 3
No radius distance Glass
1 375.26606 25,000 'SI' Front group
2nd 658.77402 0,000
3rd INFINITY (variable)
4th 49.08217 5,200 'SI' Variator
5 35.87800 59,753
6 -75.87938 4,500 'SI' Variator
7 -361.75560 0,000
8th INFINITY (variable)
9 -194.73316 8,000 'SI' Compensator
10th -124.04115 0,000
11 INFINITY (variable)
12th 126.27843 8,800 'SI' Main lens
13 752.93557 13,433
14 488.47329 6,800 'GE' Main lens
15 238.16182 32,200
16 -304.44151 3,400 'GE' Main lens
17th 127.84437 6,263
18th 76.87607 4,800 'SI' Main lens
19th 89.79836 (variable)
20 304.48798 6,500 'SI' Pupil compensator
21 -842.12547 (variable)
22 INFINITY 20,983
23 INFINITY 57,396 optional deflecting mirror
24th INFINITY 27,733 Intermediate image
25th INFINITY 50,026 optional deflecting mirror
26 51.64112 5,900 'SI' Relay system
27 130.83986 4,298
28 -171.77663 8,000 'CAF' Relay system
29 -496.99228 13,907
30th INFINITY 5,000
31 INFINITY 0.500 Warm glare
32 INFINITY 1,000 'SI' Detector entry window
33 INFINITY 1,600
34 INFINITY 0.300 'GE'
35 INFINITY 0,000
36 INFINITY 30,000 Cold fade
37 INFINITY 0,000
38 INFINITY 0,000 Detector / image plane
Die Materialbezeichnungen sind entsprechend Tabelle 1. Die mit (variabel) gekennzeichneten Abstände oder Lufträume sind im Folgenden für eine Reihe von Brennweiten angegeben.The material designations are according to Table 1. The distances or air spaces marked with (variable) are given below for a number of focal lengths.
Die folgende Auflistung gibt die Asphärenkonstanten für die obigen Flächen aus Tabelle 3 des Bsp.3 an.
Asphaerenkonstanten Bsp.3
Asphaerische Flaeche S2:
Entwicklungskonstanten:
A: 5.817e-010 B: 0.000e+000 C: 0.000e+000 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S7:
Entwicklungskonstanten:
A: -4.588e-007 B: 6.041e-011 C: -6.636e-014 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S13:
Entwicklungskonstanten:
A: 4.142e-008 B: -1.278e-012 C: 0.000e+000 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S17:
Entwicklungskonstanten:
A: 1.792e-008 B: 2.364e-010 C: -3.652e-013 D: 6.426e-016
Asphaerische Flaeche S27:
Entwicklungskonstanten:
A: 7.999e-007 B: -2.937e-010 C: 0.000e+000 D: 0.000e+000
The following list gives the aspherical constants for the above surfaces from Table 3 of Example 3. Aspherical constants Ex. 3
Aspheric surface S2: Development constants:
A: 5.817e-010 B: 0.000e + 000 C: 0.000e + 000 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S7: development constants:
A: -4.588e-007 B: 6.041e-011 C: -6.636e-014 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S13: development constants:
A: 4.142e-008 B: -1.278e-012 C: 0.000e + 000 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S17: Development constants:
A: 1.792e-008 B: 2.364e-010 C: -3.652e-013 D: 6.426e-016
Aspheric surface S27: development constants:
A: 7.999e-007 B: -2.937e-010 C: 0.000e + 000 D: 0.000e + 000
Die diffraktiven Entwicklungskoeffizienten für Bsp.3 können der folgenden Tabelle entnommen werden:
Diffraktive Flaeche fuer Bsp.3 Diffraktive Flaeche S2:
Entwicklungskonstanten:
C1: -8.679e-006 C2: 0.000e+000
Designwellenlaenge: 4600nm
Beugungsordnung: 1
The diffractive development coefficients for Example 3 can be found in the following table: Diffractive area for Example 3 Diffractive surface S2: Development constants:
C1: -8.679e-006 C2: 0.000e + 000
Design wavelength: 4600nm
Diffraction order: 1
In der folgenden Tabelle sind die variablen Lufträume für zehn 10 Brennweitenstellungen und die Position, sowie der Durchmesser der Systemblende angegeben. Hieraus erkennt man auch das Einschwenken der Warmblende 10 b ab Zoomposition Z8 (Brennweite ca. 1200mm). Die Lage der Systemblende ändert sich von Fläche 36 (Kaltblende 10 a) auf Fläche 31 (Warmblende 10 b). Der Abstand zwischen der Warmblende 10 b und der Kaltblende 10 a kann der Radien- und Abstandsliste gemäß Tabelle 3 entnommen werden und beträgt hier 3.4 mm. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 (siehe Luftraum S19 und S21) bewegt sich erst, nachdem die Warmblende 10 b eingeschwenkt wurde. Davor steht sie fest. Dies kann den Spalten Z1 bis Z7 entnommen werden. Die Abstände sind hier jeweils gleich.
In the table below are the variable airspaces for ten 10th Focal length positions and the position, as well as the diameter of the system aperture are given. From this you can also see the pivoting of the warm screen 10 b from zoom position Z8 (Focal length approx. 1200mm). The position of the system cover changes from surface 36 (Cold aperture 10 a ) on surface 31 (Warm fade 10 b ). The distance between the warm screen 10 b and the cold aperture 10 a can be taken from the list of radii and distances according to table 3 and amounts to 3.4 mm. The pupil compensation group 6 (see airspace S19 and S21 ) only moves after the warm fade 10 b was swung in. Before that she is certain. This can be seen in columns Z1 to Z7. The distances are the same here.
In der folgenden Tabelle sind die Gruppenbrennweiten für das dritte Ausführungsbeispiel angegeben. Daraus kann der Aufbau des IR-Zoomobjektivs gem. 12 abgelesen werden. Einer positiven Frontgruppe 2 folgt eine negative variable erste Zoomgruppe 3. Danach kommt eine positive variable zweite Zoomgruppe 4, die vor dem positiven fest stehenden Hauptobjektiv 5 steht. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist wieder variabel und hat eine positive Brechkraft. Die beiden Umlenkspiegel 7, 8 haben keine Brechkraft und tauchen auch somit nicht auf. Anschließend bildet die Relaygruppe 9 mit einem Abbildungsmaßstab von 0.834 das Zwischenbild verkleinert auf den Detektor 11 ab. Die Brennweite bis zum Zwischenbild ist ebenfalls für die Weitwinkelstellung angegeben.
Gruppenbrennweiten fuer Bsp.3: Frontgruppe S1..3 : 336.791mm
Variator S4..8 : -17.979mm
Kompensator S9..11: 130.539mm
Hauptobjektiv S12..19: 324.620mm
Pupillenkompensationsgruppe S20..21: 92.651mm
Relaygruppe S26..29: 35.016mm
Frontgruppe bis ZB S1..24: 43.182mm fuer Z1
Abbildungsmassstab Relaygruppe : 0.834
The group focal lengths for the third exemplary embodiment are given in the following table. From this, the structure of the IR zoom lens according to 12th be read. A positive front group 2nd follows a negative variable first zoom group 3rd . Then comes a positive variable second zoom group 4th that are in front of the positive fixed main lens 5 stands. The pupil compensation group 6 is variable again and has a positive refractive power. The two deflecting mirrors 7 , 8th have no refractive power and therefore do not appear. The relay group then forms 9 with a magnification of 0.834, the intermediate image is reduced to the detector 11 from. The focal length up to the intermediate image is also given for the wide-angle position. Group focal lengths for example 3: Front group S1..3: 336.791mm
Variator S4..8: -17.979mm
Compensator S9..11: 130.539mm
Main lens S12..19: 324.620mm
Pupil compensation group S20..21: 92.651mm
Relay group S26..29: 35.016mm
Front group up to ZB S1..24: 43.182mm for Z1
Image scale relay group : 0.834
Zur Verdeutlichung der Funktion des Pupillenkompensators ist die folgende Tabelle „Vignettierungen für Bsp. 3“ angegeben. Der Durchmesser der Frontlinse beträgt 257.2 mm. Für die jeweiligen Zoom- bzw. Brennweitenstellungen sind hier die Öffnung (F#), der Eintrittspupillendurchmesser (EPD), die Eintrittspupillenlage EP-Lage in Bezug zum Scheitel der ersten Linse und der maximale Durchmesser der Strahlbündel für die jeweilige Zoomposition Zx (max. DM Pos Zx) angegeben. Ist der Wert für max. DM Pos Zx kleiner als der Wert des Durchmessers der Frontlinse, so tritt keine Vignettierung auf. Alle Werte in der Zeile max. DM Pos Zx sind kleiner als der Durchmesser der Frontlinse. Daher tritt keine Vignettierung auf. Die Lage der Eintrittspupille der Zoompositionen Z7 bis Z10 ist hier auf Null gelegt. Zwischen der Brennweite 1157 mm und 1833 mm erfolgt dies mit Hilfe der Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6.
To clarify the function of the pupil compensator, the following table "Vignetting for Ex. 3" is given. The diameter of the front lens is 257.2 mm. For the respective zoom or focal length settings, the opening (F #), the entrance pupil diameter (EPD), the entrance pupil position EP position in relation to the apex of the first lens and the maximum diameter of the beam for the respective zoom position Zx (max. DM Pos Zx) specified. If the value for max. DM Pos Zx smaller than the value of the diameter of the front lens, so there is no vignetting. All values in the line max. DM Pos Zx are smaller than the diameter of the front lens. Therefore, vignetting does not occur. The position of the entrance pupil of the zoom positions Z7 to Z10 is set to zero here. Between the focal length of 1157 mm and 1833 mm, this is done by shifting the pupil compensation group 6 .
Die Variation der Lage der Eintrittspupille ist in 13 grafisch dargestellt. Der Sprung der Eintrittspupillenlage ins Negative ist hier durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 korrigiert. Durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 wird die Lage der Eintrittspupille ab der Brennweite fWS auf die Frontlinse gelegt.The variation in the position of the entrance pupil is in 13 represented graphically. The jump of the entrance pupil position into the negative is due to the shift of the pupil compensation group 6 corrected. By shifting the pupil compensation group 6 the position of the entrance pupil from the focal length f WS is placed on the front lens.
Der Verlauf der Bewegung der Zoomgruppen 3, 4 und der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist in 14 zu sehen. Der Verlauf 20 gibt die Bewegung der ersten Zoomgruppe 3 (Variator), der Verlauf 21 die Bewegung der zweiten Zoomgruppe (Kompensator) wieder. Der Verlauf 22 beschreibt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Zoomgruppe 3 bzw. 4. Der Verlauf 23 zeigt die Bewegung der Pupillenkompensationsgruppe 6. Um von der Weitwinkelstellung zur Telestellung zu gelangen verschiebt sich der Variator 3 von der Objektseite zur Bildseite. Der Kompensator 4 fährt vor dem Variator 3 her, hat aber bei längeren Brennweiten einen Umkehrpunkt und läuft geringfügig in Richtung Objekt zurück. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Variator und Kompensator. Dieser Abstand erreicht ein Minimum bei der Telestellung. Zusätzlich zur Pupillenkompensationsgruppe 6 werden noch Variator 3 und Kompensator 4 geringfügig versetzt, um die Brennweite und die Fokussierung einzustellen.The course of the movement of the zoom groups 3rd , 4th and the pupil compensation group 6 is in 14 to see. The history 20 gives the movement of the first zoom group 3rd (Variator), the course 21 the movement of the second zoom group (compensator) again. The history 22 describes the distance between the first and the second zoom group 3rd or. 4th . The history 23 shows the movement of the pupil compensation group 6 . The variator shifts in order to move from the wide-angle position to the telephoto position 3rd from the object side to the image side. The compensator 4th drives in front of the variator 3rd forth, but has a turning point at longer focal lengths and runs back slightly towards the object. This reduces the distance between the variator and compensator. This distance is at a minimum when telephoto. In addition to the pupil compensation group 6 become a variator 3rd and compensator 4th slightly offset to adjust the focal length and focus.
Zum motorischen Verstellen der beweglichen ersten und zweiten Zoomgruppe 3, 4, der Pupillenkompensationsgruppe 6 entsprechend der Bewegungsabläufe nach 14 sowie zum Einbringen bzw. Einklappen der Warmblende 10 b in den Strahlengang ab der Brennweite fWS ist eine Steuereinheit 16 (entsprechend 4) vorgesehen.For motorized adjustment of the movable first and second zoom group 3rd , 4th , the pupil compensation group 6 according to the movements 14 as well as for inserting or folding in the warm panel 10 b In the beam path from the focal length f WS is a control unit 16 (corresponding 4th ) intended.
In 15 sind drei Zoomstellungen gezeichnet. Der untere Linsenschnitt a) zeigt die Weitwinkelstellung, der obere c) die Telestellung. Hier erkennt man deutlich, dass sich der Variator 3 und der Kompensator 4 zum Bild hin bewegt haben. Auch die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat sich bewegt und ist Richtung Bild verschoben. Das mittlere Bild b) zeigt das IR-Zoomobjektiv 1 entsprechend 12 unmittelbar vor dem Einschwenken der Warmblende 10 b. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat dieselbe Position wie in der Weitwinkelstellung a). Man erkennt, dass das Mittenbündel die volle Frontlinse ausfüllt. Eine weitere Vergrößerung würde zu Vignettierung führen, deshalb wird an dieser Stelle die Warmblende 10 b eingeführt.In 15 three zoom positions are drawn. The lower lens section a) shows the wide-angle position, the upper c) the telephoto position. Here you can clearly see that the variator 3rd and the compensator 4th have moved towards the picture. Also the pupil compensation group 6 has moved and moved towards the image. The middle picture b) shows the IR zoom lens 1 corresponding 12th immediately before the warm screen is swung in 10 b . The pupil compensation group 6 has the same position as in the wide-angle position a). It can be seen that the central bundle fills the full front lens. A further enlargement would lead to vignetting, which is why the warm screen is at this point 10 b introduced.
In 16 ist der Aufbau eines IR-Zoomobjektivs 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Unterschied zu den Ausführungsbeispielen entsprechend 4, 8 und 12 ist, dass hier die Frontgruppe 2 und das Hauptobjektiv 5 anders aufgebaut sind, und die Zoomgruppen 3, 4 eine andere Brechkraftverteilung haben. Auch bei dem IR-Zoomobjektive entsprechend 16 handelt es sich um ein 50-fach kontinuierliches Zoomsystem.In 16 is the construction of an IR zoom lens 1 shown according to a fourth embodiment. The difference to the exemplary embodiments accordingly 4th , 8th and 12th is that the front group here 2nd and the main lens 5 are constructed differently, and the zoom groups 3rd , 4th have a different power distribution. Correspondingly also with the IR zoom lenses 16 is a 50x continuous zoom system.
Die Frontgruppe 2 besteht aus zwei positiven Linsen, hat eine positive Brechkraft und steht fest. Die Kombination aus einer sphärischen Linse aus Silizium und einer asphärischen Linse aus Zinksulfid ZnS mit einem diffraktivem optischen Element (DOE) hat sich als sehr vorteilhaft für die Farbkorrektur erwiesen. Zur Korrektur der sphärischen Aberration ist eine Linse auf einer Seite asphärisch ausgeprägt. Zusätzlich ist noch ein diffraktives optisches Element aufgebracht. Die Asphäre und das diffraktive optische Elemente werden meist auf derselben Seite der Linse aufgebracht, da diese in einem Arbeitsgang realisiert werden.The front group 2nd consists of two positive lenses, has a positive refractive power and is fixed. The combination of a spherical lens made of silicon and an aspherical lens made of zinc sulfide ZnS with a diffractive optical element (DOE) has proven to be very advantageous for color correction. A lens is aspherical on one side to correct spherical aberration. In addition, a diffractive optical element is applied. The asphere and the diffractive optical element are mostly applied on the same side of the lens, since they are realized in one operation.
Der Nachteil der ZnS-Linse ist, dass ihr Durchmesser relativ groß sein muss und sie stark durchgebogen ist. Die starke Durchbiegung ergibt sich unter anderem aus der Forderung nach kleinen Einfallswinkeln, damit die Zentrierempfindlichkeit und Abstandsempfindlichkeit nicht zu stark wird. Die starke Durchbiegung hat einen hohen Materialverbrauch zur Folge, was die Linse hier sehr teuer macht. Ein weiterer Nachteil einer geteilten Frontgruppe ist das relativ große Bauvolumen und das Gewicht. Die Verlängerung der Baulänge kann durch eine Änderung im Aufbau der beiden Zoomgruppen 3, 4 kompensiert werden. Durch zwei negative Zoomgruppen 3, 4 reduziert sich die Baulänge wieder. The disadvantage of the ZnS lens is that its diameter must be relatively large and it is strongly bent. The strong deflection results, among other things, from the requirement for small angles of incidence so that the centering sensitivity and distance sensitivity do not become too strong. The strong deflection results in high material consumption, which makes the lens very expensive here. Another disadvantage of a divided front group is the relatively large volume and weight. The length can be extended by changing the structure of the two zoom groups 3rd , 4th be compensated. Through two negative zoom groups 3rd , 4th the overall length is reduced again.
Die erste Zoomgruppe 3 besitzt eine negative Brechkraft und besteht aus zwei Linsen, wobei eine Linse eine negative Brechkraft besitzt und eine Linse eine positive Brechkraft. Mindestens eine der beiden Linsen hat eine asphärische Fläche. Die erste Zoomgruppe 3 bewegt sich entlang der optischen Achse. Die zweite Zoomgruppe 4 besitzt ebenfalls eine negative Brechkraft und besteht bevorzugt nur aus einer einzigen Linse. Auch die zweite Zoomgruppe 4 bewegt sich entlang der optischen Achse.The first zoom group 3rd has a negative refractive power and consists of two lenses, one lens having a negative refractive power and one lens having a positive refractive power. At least one of the two lenses has an aspherical surface. The first zoom group 3rd moves along the optical axis. The second zoom group 4th also has a negative refractive power and preferably consists of only a single lens. Also the second zoom group 4th moves along the optical axis.
Das Hauptobjektiv 5 mit positiver Brechkraft besteht aus zwei Linsen mit mindestens zwei asphärischen Flächen. Das Hauptobjektiv 5 steht fest.The main lens 5 with positive refractive power consists of two lenses with at least two aspherical surfaces. The main lens 5 is certain.
Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat eine positive Brechkraft. Sie steht fest bis zum Einschwenken der Warmblende 10 b und wird danach verschoben, um die Eintrittspupille so zu korrigieren, dass keine Vignettierung an der Frontlinse auftritt. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist aus einer rein sphärischen Linse aufgebaut.The pupil compensation group 6 has a positive refractive power. It is fixed until the warm panel is swung in 10 b and is then shifted to correct the entrance pupil so that there is no vignetting on the front lens. The pupil compensation group 6 is made up of a purely spherical lens.
Das IR-Zoomobjektiv 1 gem. 16 ist abgewinkelt gebaut. Dazu sind zwei Umlenkelemente 7, 8 vorgesehen, die als plane Umlenkspiegel ausgebildet sind. The IR zoom lens 1 acc. 16 is built angled. There are two deflection elements for this 7 , 8th provided, which are designed as a flat deflecting mirror.
Zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 befindet sich das Zwischenbild des Hauptobjektivs 5.Between the two deflection elements 7 , 8th is the intermediate image of the main lens 5 .
Es kann aber auch nur ein einzelnes Umlenkelement 7, 8 verwendet werden. Mit zwei Umlenkelementen 7, 8 wird das Objektiv 1 kompakter, da der Detektor 11 aufgrund der Kühleinheit eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung hat. Die beiden oder einer der beiden Umlenkspiegel kann auch sphärisch oder asphärisch ausgeführt werden, damit Linsenelemente eingespart werdenBut it can also be a single deflecting element 7 , 8th be used. With two deflection elements 7 , 8th becomes the lens 1 more compact because of the detector 11 due to the cooling unit has a not negligible expansion. The two or one of the two deflecting mirrors can also be made spherical or aspherical so that lens elements are saved
Aus Justage Gründen ist keine Linse zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 angebracht, da diese senkrecht zur optischen Achse des Hauptobjektivs stehen würde. Das Hauptobjektiv 5 bildet das Objekt auf eine Zwischenbildebene 12 ab, welche sich zwischen den beiden Umlenkelementen 7, 8 befindet. Es kann auch vorteilhaft sein, hier eine oder mehrere Linsen zu platzieren, weil man hier nahe am Zwischenbild ist und damit die Pupillenlage gut korrigieren kann. Auch ist diese Position gut für eine Korrektur der Feldbündel geeignet, da diese hier pupillenfern und nahe dem Zwischenbild sind.For adjustment reasons there is no lens between the two deflection elements 7 , 8th attached, as this would be perpendicular to the optical axis of the main lens. The main lens 5 forms the object on an intermediate image level 12th from which is between the two deflection elements 7 , 8th located. It can also be advantageous to place one or more lenses here because you are close to the intermediate image and can therefore correct the pupil position well. This position is also well suited for a correction of the field bundles, since these are far from the pupil and close to the intermediate image.
Hinter dem zweiten Umlenkelement 8 befindet sich die positive Relaygruppe 9, die das Zwischenbild auf den Detektor 11 abbildet. Sie besteht bevorzugt aus zwei Linsen, hier jedoch aus drei Linsen, wobei eine Linse eine asphärische Oberfläche besitzt, bevorzugt auf der ersten Linse (drittletzte Linse). Der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 ist so gewählt, dass das Zwischenbild vergrößert abgebildet wird. Da der chromatische Längsfehler des Objektivs durch die aus zwei Linsen bestehende Frontgruppe 2 sehr gut korrigiert ist, kann der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe 9 auch vergrößern, was den Vorteil hat, dass die maximale Brennweite des Zoomobjektivs 1 vor der Relaygruppe 9 kleiner gewählt werden kann. Bevorzugt sollte der Abbildungsmaßstab der Relaygruppe zwischen 0.7 und 1.3 liegen.Behind the second deflection element 8th is the positive relay group 9 that the intermediate image on the detector 11 maps. It preferably consists of two lenses, but here of three lenses, one lens having an aspherical surface, preferably on the first lens (third to last lens). The image scale of the relay group 9 is selected so that the intermediate image is shown enlarged. Because the chromatic longitudinal error of the lens due to the front group consisting of two lenses 2nd is corrected very well, the imaging scale of the relay group 9 also enlarge, which has the advantage that the maximum focal length of the zoom lens 1 in front of the relay group 9 can be chosen smaller. The imaging scale of the relay group should preferably be between 0.7 and 1.3.
Hinter der Relaygruppe 9 sitzt die einschwenkbare Warmblende 10 b und der Detektor 11. Innerhalb des Kühlgehäuses 13 des Detektors 11 ist entsprechend den 4, 8, 12 die Kaltblende 10 a enthalten.Behind the relay group 9 the swiveling warm panel sits 10 b and the detector 11 . Inside the cooling case 13 of the detector 11 is according to the 4th , 8th , 12th the cold aperture 10 a contain.
In der folgenden Tabelle 4 sind die Radien, Dicken und Materialien von Bsp.4 aufgelistet. Die Radien und Abstände sind in mm angegeben.
TABELLE 4 Radien, Dicken Materialien für Bsp. 4
Nr Radius Abstand Glas
1 610.47150 25.009 ‚SI‘ Frontgruppe
2 1118.42049 56.413
3 200.60448 14.986 ‚ZNS‘ Frontgruppe
4 277.95776 0.000
5 INFINITY (variabel)
6 -9795.96625 11.283 ‚GE‘ Variator
7 -836.01064 15.218
8 -107.57092 0.434 ‚SI‘ Variator
9 96.32623 0.000
10 INFINITY (variabel)
11 -129.83710 5.698 ‚SI‘ Kompensator
12 -232.64791 (variabel)
13 -3298.34795 7.304 ‚SI‘ Hauptobjektiv
14 -115.17518 52.225
15 -350.97141 1.266 ‚GE‘ Hauptobjektiv
16 232.02399 (variabel)
17 1098.95929 1.921 ‚SI‘ Pupillenkompensator
18 -304.42471 (variabel)
19 INFINITY 32.574
20 INFINITY 48.759 optionaler Umlenkspiegel
21 INFINITY 37.216 Zwischenbild
22 INFINITY 30.000 optionaler Umlenkspiegel
23 92.26527 2.727 ‚ZNS‘ Relaygruppe
24 -440.92045 0.100
25 28.57661 3.621 ‚SI‘ Relaygruppe
26 35.12150 5.836
27 44.34616 0.593 CAF Relaygruppe
28 23.01446 11.056
29 INFINITY 5.000
30 INFINITY 0.500 Warmblende
31 INFINITY 1.000 ‚SI‘ Detektoreintrittsfenster
32 INFINITY 1.000
33 INFINITY 0.300 ‚GE‘
34 INFINITY 0.000
35 INFINITY 30.000 Kaltblende
36 INFINITY 0.000 Detektor / Bildebene
The radii, thicknesses and materials of Example 4 are listed in Table 4 below. The radii and distances are given in mm. TABLE 4 Radii, thick materials for example 4
No radius distance Glass
1 610.47150 25,009 'SI' Front group
2nd 1118.42049 56,413
3rd 200,60448 14,986 'CNS' Front group
4th 277.95776 0,000
5 INFINITY (variable)
6 -9795.96625 11,283 'GE' Variator
7 -836.01064 15,218
8th -107.57092 0.434 'SI' Variator
9 96.32623 0,000
10th INFINITY (variable)
11 -129.83710 5,698 'SI' Compensator
12th -232.64791 (variable)
13 -3298.34795 7,304 'SI' Main lens
14 -115.17518 52,225
15 -350.97141 1,266 'GE' Main lens
16 232.02399 (variable)
17th 1098.95929 1,921 'SI' Pupil compensator
18th -304.42471 (variable)
19th INFINITY 32,574
20 INFINITY 48,759 optional deflecting mirror
21 INFINITY 37,216 Intermediate image
22 INFINITY 30,000 optional deflecting mirror
23 92.26527 2,727 'CNS' Relay group
24th -440.92045 0.100
25th 28.57661 3,621 'SI' Relay group
26 35.12150 5,836
27 44.34616 0.593 CAF Relay group
28 23.01446 11.056
29 INFINITY 5,000
30th INFINITY 0.500 Warm glare
31 INFINITY 1,000 'SI' Detector entry window
32 INFINITY 1,000
33 INFINITY 0.300 'GE'
34 INFINITY 0,000
35 INFINITY 30,000 Cold fade
36 INFINITY 0,000 Detector / image plane
Die Materialbezeichnungen sind entsprechend Tabelle 1. Die mit (variabel) gekennzeichneten Abstände oder Lufträume sind im Folgenden für eine Reihe von Brennweiten angegeben.The material designations are according to Table 1. The distances or air spaces marked with (variable) are given below for a number of focal lengths.
Die folgende Auflistung gibt die Asphärenkonstanten für die obigen Flächen aus Tabelle 4 des vierten Ausführungsbeispiels an.
Asphaerenkonstanten Bsp.4 Asphaerische Flaeche S4:
Entwicklungskonstanten:
A: -5.103e-010 B: 1.061e-015 C: 0.000e+000 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S9:
Entwicklungskonstanten:
A: -1.509e-006 B: -3.485e-010 C: 5.250e-013 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S13:
Entwicklungskonstanten:
A: -2.694e-007 B: 2.978e-011 C: -2.577e-015 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S15:
Entwicklungskonstanten:
A: 6.689e-007 B: -2.314e-010 C: 8.520e-014 D: 0.000e+000
Asphaerische Flaeche S23:
Entwicklungskonstanten:
A: -9.449e-007 B: 0.000e+000 C: 0.000e+000 D: 0.000e+000
The following list gives the aspherical constants for the above areas from Table 4 of the fourth exemplary embodiment. Aspherical constants Ex. 4 Aspheric surface S4:
Development constants:
A: -5.103e-010 B: 1.061e-015 C: 0.000e + 000 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S9:
Development constants:
A: -1.509e-006 B: -3.485e-010 C: 5.250e-013 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S13:
Development constants:
A: -2.694e-007 B: 2.978e-011 C: -2.577e-015 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S15:
Development constants:
A: 6.689e-007 B: -2.314e-010 C: 8.520e-014 D: 0.000e + 000
Aspheric surface S23:
Development constants:
A: -9.449e-007 B: 0.000e + 000 C: 0.000e + 000 D: 0.000e + 000
Die diffraktiven Entwicklungskoeffizienten für Bsp. 4 können der folgenden Tabelle entnommen werden:
Diffraktive Flaeche fuer Bsp.4 Diffraktive Flaeche
Entwicklungskonstanten: S4:
C1: -2.795e-005 C2: -9.949e-011
Designwellenlaenge: 4200nm
Beugungsordnung: 1
The diffractive development coefficients for Example 4 can be found in the following table: Diffractive area for Example 4 Diffractive area development constants: S4:
C1: -2.795e-005 C2: -9.949e-011
Design wavelength: 4200nm
Diffraction order: 1
In der folgenden Tabelle sind die variablen Lufträume für zehn Brennweitenstellungen und die Position, sowie der Durchmesser der Systemblende angegeben. Hieraus erkennt man auch das Einschwenken der Warmblende 10 b ab Zoomposition Z8 (Brennweite ca. 1200 mm). Die Lage der Systemblende ändert sich von Fläche 35 (Kaltblende 10 a) auf Fläche 30 (Warmblende 10 b). Der Abstand zwischen der Warmblende 10 b und der Kaltblende 10 a kann der Radien und Abstandsliste aus Tabelle 4 entnommen werden und beträgt hier 2.8 mm. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 (siehe Luftraum S16 und S18) bewegt sich erst, nachdem die Warmblende 10 b eingeschwenkt wurde. Davor steht sie fest. Dies kann den Spalten Z1 bis Z7 entnommen werden. Die Abstände sind hier jeweils gleich.
The following table shows the variable airspaces for ten focal lengths and the position as well as the diameter of the system aperture. From this you can also see the pivoting of the warm screen 10 b from zoom position Z8 (Focal length approx. 1200 mm). The position of the system cover changes from surface 35 (Cold aperture 10 a ) on surface 30th (Warm fade 10 b ). The distance between the warm screen 10 b and the cold aperture 10 a can be taken from the radius and distance list from table 4 and is 2.8 mm here. The pupil compensation group 6 (see airspace S16 and S18 ) only moves after the warm fade 10 b was swung in. Before that she is certain. This can be the columns Z1 to Z7 be removed. The distances are the same here.
In der folgenden Tabelle sind die Gruppenbrennweiten angegeben. Daraus kann der Aufbau des Zoomsystems abgelesen werden. Einer positiven Frontgruppe 2 folgt eine negative variable erste Zoomgruppe 3. Danach kommt eine zweite negative variable Zoomgruppe 4, die vor dem positiven fest stehenden Hauptobjektiv 5 steht. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 ist wieder variabel und hat eine positive Brechkraft. Die beiden Umlenkspiegel 7, 8 haben keine Brechkraft und tauchen somit auch nicht auf. Anschließend bildet die Relaygruppe 9 mit einem Abbildungsmaßstab von 1.013 das Zwischenbild vergößert auf den Detektor 11 ab. Die Brennweite bis zum Zwischenbild ist ebenfalls für die Weitwinkelstellung angegeben.
Gruppenbrennweiten fuer Bsp. 4: Frontgruppe S1..5 : 275.314mm
Variator S6..10 : -23.753mm
Kompensator S11..12: -126.119mm
Hauptobjektiv S13..16: 45.954mm
Pupillenkompensationsgruppe S17..18: 98.411mm
Relaygruppe S25..28: 64.262mm
Frontgruppe bis ZB S1..21: 35.538mm fuer Z1
Abbildungsmassstab Relaygruppe: 1.013
The group focal lengths are given in the following table. The structure of the zoom system can be read from this. A positive front group 2nd follows a negative variable first zoom group 3rd . Then comes a second negative variable zoom group 4th that are in front of the positive fixed main lens 5 stands. The pupil compensation group 6 is variable again and has a positive refractive power. The two deflecting mirrors 7 , 8th have no refractive power and therefore do not appear. The relay group then forms 9 with a magnification of 1,013 the intermediate image is enlarged on the detector 11 from. The focal length up to the intermediate image is also given for the wide-angle position. Group focal lengths for example 4: Front group S1..5: 275.314mm
Variator S6..10: -23.753mm
Compensator S11..12: -126.119mm
Main lens S13..16: 45.954mm
Pupil compensation group S17..18: 98.411mm
Relay group S25..28: 64.262mm
Front group up to ZB S1..21: 35.538mm for Z1
Image scale relay group: 1,013
Zur Verdeutlichung der Funktion der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist die folgende Tabelle angegeben. Der Durchmesser der Frontlinse beträgt 252 mm. Für die jeweiligen Zoom- bzw. Brennweitenstellungen sind hier die Öffnung (F#), der Eintrittspupillendurchmesser (EPD), die Eintrittspupillenlage (EP-Lage) in Bezug zum Scheitel der ersten Linse und der maximale Durchmesser der Strahlbündel für die jeweilige Zoomposition Zx (max. DM Pos Zx) angegeben. Ist der Wert für max. DM Pos Zx kleiner als der Wert des Durchmessers der Frontlinse, so tritt keine Vignettierung auf. Alle Werte in der Zeile max. DM Pos Zx sind kleiner als der Durchmesser der Frontlinse. Daher tritt keine Vignettierung auf. Die Lage der Eintrittspupille der Zoompositionen Z7 und Z10 ist hier auf nahe Null gelegt. Zwischen der Brennweite 1131 mm und 1796 mm erfolgt dies mit Hilfe der Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6.
Vignettierung fuer Bsp. 4: Durchmesser Frontlinse: 252.00mm
Zoomstellung Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10
Brennweite -36.000 -60.000 -110.000 -280.000 -660.006 -879.982 -1131.164 -1199.982 -1549.949 -1796.537
F# 4.700 4.667 4.644 4.648 4.599 4.591 4.582 6.949 7.021 7.176
EPD 7.660 12.857 23.688 60.235 143.502 191.693 246.898 172.695 220.754 250.362
EP-Lage 200.834 377.364 675.406 1333.875 1750.813 1477.517 707.154 -1493.880 -3286.016 -276.745
max.DM Pos Zx 158.967 176.948 175.860 163.379 167.630 195.693 246.898 181.010 240.641 250.362
To clarify the function of the pupil compensation group 6 the following table is given. The diameter of the front lens is 252 mm. For the respective zoom or focal length settings, the opening (F #), the entrance pupil diameter (EPD), the entrance pupil position (EP position) in relation to the apex of the first lens and the maximum diameter of the beam for the respective zoom position Zx (max. DM Pos Zx) specified. If the value for max. DM Pos Zx smaller than the value of the diameter of the front lens, so there is no vignetting. All values in the line max. DM Pos Zx are smaller than the diameter of the front lens. Therefore, vignetting does not occur. The position of the entrance pupil of the zoom positions Z7 and Z10 is here close to zero. Between the focal length of 1131 mm and 1796 mm, this is done by shifting the pupil compensation group 6 . Vignetting for example 4: Front lens diameter: 252.00mm
Zoom position Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10
Focal length -36,000 -60,000 -110,000 -280,000 -660.006 -879,982 -1131.164 -1199,982 -1549,949 -1796.537
F # 4,700 4,667 4,644 4,648 4,599 4,591 4,582 6,949 7,021 7,176
EPD 7,660 12,857 23,688 60,235 143.502 191.693 246.898 172,695 220,754 250,362
EP location 200,834 377.364 675.406 1333.875 1750.813 1477.517 707.154 -1493.880 -3286.016 -276,745
max.DM Pos Zx 158,967 176,948 175,860 163,379 167,630 195,693 246.898 181.010 240,641 250,362
Die Variation der Lage der Eintrittspupille ist in 17 graphisch dargestellt. Der Sprung der Eintrittspupillenlage ins Negative wird durch die Pupillenkompensationsgruppe 6 zurück auf nahe Null gestellt. Für die Zoompositionen Z8 und Z9 könnte die Lage der Eintrittspupille durch Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 auch auf nahe Null gelegt werden. Dies ist aber hier nicht notwendig, da der maximale Wert des Durchmessers der Strahlbündel max.DM Pos Zx für die Zoompositionen Z8 und Z9 kleiner als der Durchmesser der Frontlinse (252 mm) ist. Somit wird durch die Verschiebung der Pupillenkompensationsgruppe 6 die Lage der Eintrittspupille in die Nähe der Frontlinse gelegt.The variation in the position of the entrance pupil is in 17th represented graphically. The jump of the entrance pupil position into the negative is due to the pupil compensation group 6 reset to near zero. For the zoom positions Z8 and Z9 could change the position of the entrance pupil by shifting the pupil compensation group 6 can also be set to near zero. However, this is not necessary here, since the maximum value of the diameter of the beam bundle max.DM Pos Zx for the zoom positions Z8 and Z9 is smaller than the diameter of the front lens (252 mm). Thus, by shifting the pupil compensation group 6 the position of the entrance pupil placed near the front lens.
Der Verlauf der Bewegung der Zoomgruppen 3, 4 und der Pupillenkompensationsgruppe 6 ist in 18 zu sehen. Der Verlauf 20 gibt die Bewegung der ersten Zoomgruppe 3 (Variator), der Verlauf 21 die Bewegung der zweiten Zoomgruppe (Kompensator) wieder. Der Verlauf 22 beschreibt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Zoomgruppe 3 bzw. 4. Der Verlauf 23 zeigt die Bewegung der Pupillenkompensationsgruppe 6. Um von der Weitwinkelstellung zur Telestellung zu gelangen verschiebt sich der Variator 3 von der Objektseite zur Bildseite. Der Kompensator 4 läuft dem Variator 3 zunächst entgegen und läuft dann in Richtung Bild zurück. Dadurch ergibt sich eine Stellung mit minimalem Abstand zwischen Variator 3 und Kompensator 4. Dieser Abstand wird bei einer Brennweite zwischen 600 mm und 700 mm erreicht. Zur Vereinfachung sind hier nur die Positionen der zehn vorgestellten Brennweiten gezeichnet.The course of the movement of the zoom groups 3rd , 4th and the pupil compensation group 6 is in 18th to see. The history 20 gives the movement of the first zoom group 3rd (Variator), the course 21 the movement of the second zoom group (compensator) again. The history 22 describes the distance between the first and the second zoom group 3rd or. 4th . The history 23 shows the movement of the pupil compensation group 6 . The variator shifts in order to move from the wide-angle position to the telephoto position 3rd from the object side to the image side. The compensator 4th runs the variator 3rd first towards and then runs back towards the picture. This results in a position with a minimal distance between the variator 3rd and compensator 4th . This distance is achieved with a focal length between 600 mm and 700 mm. To simplify matters, only the positions of the ten focal lengths presented are drawn here.
Zum motorischen Verstellen der beweglichen ersten und zweiten Zoomgruppe 3, 4, der Pupillenkompensationsgruppe 6 entsprechend der Bewegungsabläufe nach 18 sowie zum Einbringen bzw. Einklappen der Warmblende 10 b in den Strahlengang ab der Brennweite fWS ist eine Steuereinheit 16 (entsprechend 4) vorgesehen.For motorized adjustment of the movable first and second zoom group 3rd , 4th , the pupil compensation group 6 according to the movements 18th as well as for inserting or folding in the warm panel 10 b In the beam path from the focal length f WS is a control unit 16 (corresponding 4th ) intended.
In 19 sind drei Zoomstellungen des IR-Zoomobjektivs gem. 16 gezeichnet. Der untere Linsenschnitt a) zeigt die Weitwinkelstellung, der obere die Telestellung. Hier erkennt man deutlich, dass sich der Variator 3 und der Kompensator 4 zum Bild hin bewegt haben. Auch die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat sich bewegt und ist in Richtung Bild verschoben. Das mittlere Bild b) zeigt das Zoomsystem 1 unmittelbar vor dem Einschwenken der Warmblende 10 b. Die Pupillenkompensationsgruppe 6 hat dieselbe Position wie in der Weitwinkelstellung a). Man erkennt, dass das Mittenbündel die volle Frontlinse ausfüllt. Eine weitere Vergrößerung würde zu Vignettierung führen, deshalb wird an dieser Stelle die Warmblende 10 b eingeführt.In 19th are three zoom positions of the IR zoom lens acc. 16 drawn. The lower lens section a) shows the wide-angle position, the upper the telephoto position. Here you can clearly see that the variator 3rd and the compensator 4th have moved towards the picture. Also the pupil compensation group 6 has moved and moved towards the image. The middle picture b) shows the zoom system 1 immediately before the warm screen is swung in 10 b . The pupil compensation group 6 has the same position as in the wide-angle position a). It can be seen that the central bundle fills the full front lens. A further enlargement would lead to vignetting, which is why the warm screen is at this point 10 b introduced.
BezugszeichenlisteReference list
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11
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IR-ZoomobjektivIR zoom lens
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22nd
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FrontgruppeFront group
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33rd
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erste Zoomgruppefirst zoom group
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44th
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zweite Zoomgruppesecond zoom group
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55
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HauptobjektivMain lens
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66
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PupillenkompensationsgruppePupil compensation group
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77
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erstes Umlenkelementfirst deflecting element
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88th
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zweites Umlenkelementsecond deflection element
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99
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RelaygruppeRelay group
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10 a10 a
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KaltblendeCold fade
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10 b10 b
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WarmblendeWarm glare
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1111
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Detektordetector
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1212th
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ZwischenbildebeneIntermediate image level
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1313
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KühlgehäuseCooling case
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1414
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EintrittsfensterEntry window
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1616
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SteuereinheitControl unit
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2020
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Verlauf erste Zoomgruppe (Variator)First zoom group (variator)
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2121
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Verlauf zweite Zoomgruppe (Kompensator)Second zoom group (compensator)
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2222
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Verlauf Abstand erste, zweite ZoomgruppeHistory distance first, second zoom group
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2323
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Verlauf PupillenkompensationsgruppeCourse of the pupil compensation group