DE2519961A1

DE2519961A1 - Mehrgliedriges infrarot-objektiv

Info

Publication number: DE2519961A1
Application number: DE19752519961
Authority: DE
Inventors: David Freeman
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1974-05-06
Filing date: 1975-05-05
Publication date: 1975-11-20
Also published as: BE828770A; FR2270607A1; NL7505187A; IL47228A0; GB1451276A

Description

R/275/HGA/RC/sb 5. Mai 1975

GB-PA 19922/74 9631-75 Dr.ν.Β/Ε

Filed: May 6, 1974

The Rank Organisation Limited Millbank Tower, Millbank, London S.W.I (England)

Mehrgliedriges Infrarot-Objektiv

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrgliedriges Objektiv für den infraroten Spektralbereich, insbesondere den Wellenlängenbereich zwischen 8 und 14 um, mit mindestens zwei Gliedern aus Germanium.

Linsenwerkstoffe, die sich für den infraroten Spektralbereich eignen, sind im allgemeinen verhältnismäßig teuer. Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv für den infraroten Spektralbereich anzugeben, das trotz hervorragender Eigenschaften dadurch ausgezeichnet ist, daß es einen relativ einfachen Aufbau hat und nur sehr wenig teuren Linsenwerkstoff benötigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfidung durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Objektiv gelöst.

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Ein mehrglxedrxges Objektiv gemäß der Erfindung besteht also aus einer einfachen/ nach vorne konvexen, sammelnden Germanium-Meniskusvorderlinse und einer hinteren sammelnden Linseneinheit aus zwei benachbarten, einfachen, nach vorne konvexen Meniskuslinsen. Der axiale Abstand S₁ zwischen der Rückseite der Vorderlinse und der hinteren Linseneinheit liegt zwischen 0,5 F und F; die Radien der vorderen und hinteren Oberfläche jeder Meniskuslinse unterscheiden sich um nicht mehr als 0,25 F, und mindestens eine der Meniskuslinsen der hinteren Linseneinheit besteht ebenfalls aus Germanium.

Vorzugsweise hat die Vorderseite der Vorderlinse einen Radius zwischen 0,5 F und F und ist kleiner als der Radius der rückwärtigen Oberfläche dieser Linse, während die Vorderfläche der vorderen Linse der hinteren Linseneinheit einen Radius zwischen 0,25 F und 0,6 F hat, was wieder größer ist als der Radius der rückwärtigen Oberfläche dieser Linse; und die Vorderseite der hinteren Linse der hinteren Linseneinheit hat einen Radius zwischen 0,25 F und 0,75 F, was wieder kleiner ist als der Radius der rückwärtigen Oberfläche dieser Linse. Diese verhältnismäßig geringen Krümmungen und insbesondere die relativ kleinen Unterschiede der Krümmungen der vorderen und rückwärtigen Oberflächen jeder Linse ermöglichen es, die axialen Dicken der Linsen ohne Schwierigkeit klein zu halten. Die axialen Dicken der Linsen sind jeweils vorzugsweise kleiner als 0,1 F, so daß für das ganze Objektiv nur eine geringe Menge Germanium benötigt wird. Es sei in dieser Hinsicht darauf hingewiesen, daß die hintere Linse der hinteren Linseneinheit zwar vorzugsweise aus Germanium besteht, die vordere Linse der hinteren Linseneinheit jedoch aus einem weniger kostspieligen Material, wie KRS5, Kodak Irtron 2 oder Kodak Irtron 4, bestehen kann.

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Mit dieser verhältnismäßig einfachen Konstruktion läßt sich zumindest im Spektralbereich zwischen 8 und 14 μΐη bei relativen Öffnungen bis zu F = 1:1,2 eine Abbildung mit geringem chromatischem Fehler erreichen, wenn einer der konjugierten Punkte im Unendlichen liegt, was in erster Linie auf dem relativ großen, festliegenden Luftzwischenraum zwischen der Vorderlinse und der hinteren Linseneinheit beruht, dessen Größe vorzugsweise zwischen 0,65 F und 0,85 F liegt. Zur Verringerung des chromatischen Fehlers kann mindestens eine asphärische Linsenfläche, vorzugsweise an der Rückseite der Vorderlinse, beitragen. Wenn sich der Gegenstandspunkt (vorderer konjugierter Punkt) im Unendlichen befindet, liegt die Bildebene zwischen 0,25 F und 0,75 F hinter der hinteren Linseneinheit, d.h. die hintere Brennweite (h.Bw.) des Objektivs liegt zwischen 0,25 F und 0,75 F.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, aus der das Konstruktionsprinzip eines IR-Objektivs gemäß der Erfindung ersichtlich ist, und

Fig. 2 eine Diagramm zur Erläuterung der Abbildungseigenschaften von Objektiven gemäß der Erfindung.

Die Parameter eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das gemäß Fig. 2 aufgebaut ist, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Dabei sind mit R₁, R₃... die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden, von vorne gezählten Linsenoberflächen bezeichnet. Ein Pluszeichen bedeutet, daß die betreffende Oberfläche nach vorne konvex ist; d-, a?''' ^s^ⁿ^ die axialen Dicken der Linsen und mit

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S₁ und S- sind die axialen Abstände zwischen benachbarten Linsen bezeichnet.

Beispiel Äquivalente Brennweite F = 100

Radien der Linsen- Axiale Dicken und Linsenwerkoberflächen Luftzwischenräume stoff

+ 75,76

d. 6,67 Ge

^R2	+	83,33 (aspherisch)	_s	74,12
^R3	+	36,23
			^d2	4,00
^R4	+	30,86		-
			S₂	3,13
^R5	+	50,13
			^d3	4,00
R₆	+	58,48
			(h.Bw)	40,56

KRS 5 Ge

Das Objektiv dieses Beispiels hat eine relative öffnung von F = 1:1,5 über ein Halbwinkelfeld von 4°. Die Gesichtsfeldausdehnung beträgt 0,13F.

Die rückwärtige Oberfläche der Vorderlinse

ist asphärisch bearbeitet. In Verbindung mit dem im wesentlichen festliegenden Luftabstand von O,7412F zwischen der Vorderlinse und der hinteren Linseneinheit kann mit dieser asphäerischen Linsenfläche ausgezeichnete Eigenschaften im spektralbereich von 8 bis 14 ym erreichen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, trotzdem der Aufbau des Objektivs einfach ist und nur ein Minimum an Germanium benötigt wird.

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Die Leistungsfähigkeit des vorliegenden

Objektivs ist aus Fig. 2 ersichtlich, in der die sogenannte "Modulationsübertragungsfunktion" (m.t.f.) des Objektivs dargestellt ist. Die Modulationsübertragungsfunktion wird in jüngerer Zeit immer häufiger zur Darstellung des Leistungsvermögens optischer Systeme verwendet und ist analog dem Frequenzgang eines elektrischen Vierpols.

Die Modulationsübertragungsfunktion ist

das Verhältnis des Kontrastes im Bild zum Kontrast im Objekt in Abhängigkeit von der Frequenz (Raumfrequenz). Das Meßobjekt ist eine eindimensionale sinusförmige Intensitätsverteilung nach Art eines Gitters in der Objektebene. Die Frequenz für die die Auflösung r bestimmt wird, ist der Reziprokwert der Periode der Intensitätsverteilung und in Fig. 2 in Linien pro Millimeter, bezogen auf die Bildebene, angegeben.

In Fig. 2 zeigt die Kurve A die Modulationsübertragungs funktion für ein schmales paraxiales Bündel, während die Kurven S und T diese Funktion über das ganze Feld in einem Sagittal- bzw. Tangentialschnitt angeben. Die Kurve D gibt die prinzipielle, durch die Beugung bestimmte Grenze der Auflösung an, diese hängt von der Wellenlänge der Strahlung und der Größe der Linsenöffnung ab. Die Kurve B entspricht also der Modulationsübertragungsfunktion eines aberrationsfreien Objektivs mit dem gleichen Öffnungsverhältnis.

Die Objektive gemäß der Erfindung können

entweder mit ebenem oder gekrümmten Feld und entweder als komplettes optisches System oder als Teil eines Abtastsystems verwendet werden. Gewünschtenfalls können die vorliegenden Objektive mit einem kleinen Bildfeldebnungskorrekturglied verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

[l. Mehrgliedriges Objektiv für den infraroten Spektralbereich mit mindestens zwei Gliedern aus Germanium, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer einfachen, positiven, nach vorne konvexen Meniskus-Vorderlinse aus Germanium und einer hinteren positiven Linseneinheit aus zwei einfachen, benachbarten, nach vorne konvexen Meniskuslinsen besteht; daß der axiale Abstand (S₁) zwischen der rückwärtigen Oberfläche der Vorderlinse und der hinteren Linseneinheit zwischen 0,5F und F ist; daß die Radien der vorderen und hinteren Oberfläche jeder Meniskuslinse sich um nicht mehr als 0,25 F unterscheiden, und daß mindestens eine Linse der hinteren Linseneinheit ebenfalls aus Germanium besteht.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der Vorderlinse einen Radius hat, der zwischen 0,5 F und F liegt und kleiner als der Radius der hinteren Oberfläche dieser Linse ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der vorderen Linse der hinteren Linseneinheit einen Radius hat, der zwischen 0,25 F und 0,6 F liegt und größer als der Radius der hinteren Oberfläche dieser Linse ist, und daß die vordere Oberfläche der hinteren Linse der hinteren Linseneinheit einen Radius hat, der zwischen 0,25 F und 0,75 F liegt und kleiner als der Radius der hinteren Oberfläche dieser Linse ist.

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-Ί Α. Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß S.. zwischen 0,65 F und 0,85 F ist.

5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Dicken der drei Linsenelemente kleiner als 0,1 F sind.

6. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der hinteren Oberfläche der vorderen Linse der hinteren Linseneinheit kleiner ist als der Radius der vorderen Oberfläche der hinteren Linse der hinteren Linseneinheit und daß der axiale Abstand dieser beiden Linsen zwischen 0,01 F und 0,05 F beträgt.

7. Objektiv nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Bildweite für einen im Unendlichen liegenden vorderen konjugierten Punkt zwischen 0,25 F und 0,75 F liegt.

8. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Linsenoberfläche asphärisch ist.

9. Objektiv nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Oberfläche der vorderen Linse asphärisch ist.

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