DE2544148A1 - LENS - Google Patents

LENS

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DE2544148A1
DE2544148A1 DE19752544148 DE2544148A DE2544148A1 DE 2544148 A1 DE2544148 A1 DE 2544148A1 DE 19752544148 DE19752544148 DE 19752544148 DE 2544148 A DE2544148 A DE 2544148A DE 2544148 A1 DE2544148 A1 DE 2544148A1
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lens
lenses
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convergent
central
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DE19752544148
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Brian Blandford
David Freeman
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

Objektivlens

Die Erfindung betrifft ein optisches Objektiv zur Verwendung in dem Wellenlängenbereich von 3 bis 5 pm des Infrarotbandes.The invention relates to an optical lens for use in the wavelength range from 3 to 5 μm of the infrared band.

Objektive in dem Infrarotband mit einem großen Öffnungsverhältnis in der Größenordnung von P/1.0 werden beispielsweise für Überwachungszwecke im militärischen oder zivilen Bereich eingesetzt. Um die erforderliche Durchlässigkeit bei den Infrarotwellenlängen zu erreichen, das Vorhandensein genügend großer Rohlinge sicherzustellen und die Eignung für die Einsatzbedingungen, z.B. die Bedingungen bei dem militärischen Einsatz, zu gewährleisten, müssen die Materialien für die Linsenkomponenten des Objektivs sorgfältig ausgewählt werden. Die Zahl der zur Verfügung stehenden Materialien ist jedoch sehr begrenzt.Lenses in the infrared band with a large aperture ratio on the order of P / 1.0 are used, for example, for Used for surveillance purposes in the military or civil sector. In order to achieve the required transmittance at the infrared wavelengths, the presence of sufficiently large ones To ensure blanks and the suitability for the conditions of use, e.g. the conditions for military use ensure that the materials for the lens components of the lens are carefully selected. The number of to However, available materials is very limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besseres Objektiv zur Verwendung in dem Wellenbereich von 5 bis 5 yum des Infrarotbandes anzugeben, bei dem durch geeignete Auswahl der Linsenmaterialien alle Seidel-Aberrationen, einschließlich der chromatischen Aberration, korrigiert werden können, ohne daß die Verwendung asphäriecher Oberflächen erforderlich wäre.The object of the invention is to provide a better lens for use in the 5 to 5 µm wave range of the infrared band indicate that all Seidel aberrations, including chromatic ones, by suitable selection of the lens materials Aberration, can be corrected without the need to use aspherical surfaces.

609816/079*5609816/079 * 5

Erfindungsgemäß wird ein Objektiv angegeben, das aus drei einfachen Linsen besteht und eine konvergente Frontlinse, deren Frontfläche konvex nach vorne gekrümmt ist, und deren hintere Fläche konkav zu einer divergenten, mittleren Linse gekrümmt ist, die hinter der Frontlinse unter einem verhältnismäßig kleinen axialen Abstand nicht größer als 0,35F liegt, wobei F die Äquivalentbrennweite des gesamten Objektivs ist, und eine konvergente, hintere Linse aufweist, die in einem axialen Abstand zwischen 0,2 F und 0,95 F hinter der mittleren Linse liegt. Die vordere und die hintere Linse bestehen aus Silizium, und die mittlere Linse aus Zinksulfid oder Arsentrisulfid.According to the invention, an objective is specified which consists of three simple Lenses and a convergent front lens, the front surface of which is convexly curved forward, and the rear Surface is concavely curved to a divergent, central lens, which is relatively behind the front lens under a small axial distance is not greater than 0.35F, where F is the equivalent focal length of the entire lens, and has a convergent, rear lens that is at an axial distance is between 0.2 F and 0.95 F behind the central lens. The front and rear lenses are made of silicon, and the middle lens made of zinc sulfide or arsenic trisulfide.

Vorzugsweise ist die vordere Fläche der hinteren Linse konvex zur Vorderseite, und die hintere Fläche der hinteren Linse konkav zur Rückseite. Die hintere Fläche der divergenten, mittleren Linse ist konkav zur Rückseite.Preferably, the front surface of the rear lens is convex to the front and the rear surface of the rear lens is concave to the back. The posterior surface of the divergent central lens is concave towards the posterior.

Obwohl große Variationsmöglichkeiten in den axialen Dicken und den Luftspalten in Bezug auf die Erfordernisse der Wirtschaftlichkeit des verwendeten Materials und der Festigkeit gegeben sind, ist der axiale Luftspalt zwischen der vorderen und der mittleren Linse vorzugsweise kleiner als die axiale Dicke von jeder der Linsen, wobei jede dieser axialen Dicken zwischen 0,05 F und 0,15 F liegt. Die axiale Dicke der hinteren Linse liegt vorzugsweise zwischen 0,03 F und 0,1 F, wobei diese Linse von der Rückseite der mittleren Linse unter einem Abstand nicht kleiner als 0,75 F liegt. Die hintere Brennweite, gemessen von der hinteren Fläche der hinteren Linse, liegt vorzugsweise zwischen 0,2 F und 0,35 F.Although there are great possibilities for variation in the axial thicknesses and the air gaps in relation to the requirements of economy the material used and the strength are given, is the axial air gap between the front and the middle lens preferably less than the axial thickness of each of the lenses, each of these axial thicknesses between 0.05 F and 0.15 F. The axial thickness of the rear lens is preferably between 0.03 F and 0.1 F, with this lens from the back of the center lens is at a distance not less than 0.75 F. The back focal length, measured from the posterior surface of the rear lens, is preferably between 0.2 F and 0.35 F.

In zwei praktischen Ausführungsbeispielen sind die Krümmungen C- bis Cg der Flächen der drei Linsen, beginnend von der Frontfläche, in dem folgenden Bereich, wobei das negative Vorzeichen anzeigt, daß die entsprechende Fläche konkav zur Vorderseite ist: In two practical embodiments, the curvatures C- to Cg of the surfaces of the three lenses, starting from the front surface, are in the following range, the negative sign indicating that the corresponding surface is concave to the front:

C1 0,7 bis 1,5 (x 1/F) C2 0,2 bis 0,8 C5 - 2,4 bis 0,6 C 1 0.7 to 1.5 (x 1 / F) C 2 0.2 to 0.8 C 5 - 2.4 to 0.6

609816/07BS . 609816/07 BS.

2544H82544H8

C4 0,2 bis 2,3 C5 - 0,4 bis 5,0 C6 - 1,0 bis 4,0C 4 0.2 to 2.3 C 5 - 0.4 to 5.0 C 6 - 1.0 to 4.0

Zwei praktische Beispiele für ein erfindungsgemäßes Objektiv sind in den folgenden Tabellen angegeben, wobei c., c« usw. die Krümmungen der aufeinanderfolgenden Linsenflächen, beginnend mit der Frontfläche, und d^, dg usw. die Dicken der einzelnen Linsen und der Luftspalte zwischen den Linsen bedeuten. In diesen beiden Ausführungsbeispielen sind alle Linsenflächen konvex zur Vorderseite. Die Tabelle gibt auch die Materialien für die Linsen an.Two practical examples of an objective according to the invention are given in the following tables, where c., C «etc. the curvatures of the successive lens surfaces, starting with the front surface, and d ^, dg, etc., the thicknesses of the individual ones Lenses and the air gap between the lenses mean. In these two exemplary embodiments, all lens surfaces are convex to the front. The table also gives the materials for the lenses.

Figuren 1 und 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigen zwei Beispiele für Objektive entsprechend den Tabellen, wobei die Figuren 1Δ und 2A das optische Verhalten der beiden Beispiele verdeutlichen. Figures 1 and 2 of the accompanying drawings show two examples for lenses according to the tables, with FIGS. 1Δ and 2A illustrating the optical behavior of the two examples.

Beispiel I (F - 50, Blende « P/1.0) Example I (F - 50, aperture «P / 1.0)

Krümmungcurvature 0.01410.0141 Dicke desThickness of the LuftspaltesAir gap Materialmaterial C4 C 4 0.00580.0058 C9 C 9 d1 d 1 5-375-37 Siliziumsilicon C.C. 0.00150.0015 d2 d 2 3.083.08 Luftair C3 C 3 d5 d 5 CiL C iL 0.01040.0104 5.005.00 ZinksulfidZinc sulfide *¥■* ¥ ■ C5 C 5 0.02720.0272 42.9542.95 Luftair 3.923.92 Siliziumsilicon

0.01910.0191

Beispiel II (P - 50, Blende - F/1.0) Example II (P - 50, aperture - F / 1.0)

Materialmaterial

Krümmungcurvature Dicke des LuftSpaltesAir gap thickness 8.188.18 C1 0.0156C 1 0.0156 4.164.16 C2 0.0067C 2 0.0067 d1 d 1 5.OO5.OO C5 . 0.0025C 5 . 0.0025 d2 d 2 39.4639.46 C4 0.0136C 4 0.0136 d3 d 3 5.735.73 C5 0.0307C 5 0.0307 d4 d 4 98 16/07 9598 16/07 95 C6 0.0237C 6 0.0237 d5 d 5 6060

Silizium Luft Arsentrisulfid Luft SiliziumSilicon air arsenic trisulfide Air silicon

In jedem Fall hat das Objektiv ein Halbwinkel-Gesichtsfeld von 5° und einen Bilddurchmesser von 8,74-· In Beispiel I ist die hintere Brennweite (dg) 14,69, und in Beispiel II beträgt sie 12,48. Die Blende liegt bei 11,96 hinter der Frontfläche in Beispiel I und 13,87 in Beispiel II.In each case the lens has a half-angle field of view of 5 ° and an image diameter of 8.74- · In Example I, the back focal length (dg) 14.69, and in Example II it is 12.48. The aperture is 11.96 in behind the front face Example I and 13.87 in Example II.

Die Figuren 1A und 2A zeigen jeweils die Eigenschaften der Ausführungsbeispiele in Form der Modulationsübertragungsfunktion MTF. Es ist ersichtlich, daß Beispiel II, bei dem Arsentrisulfid statt Zinksulfid in der mittleren Linse verwendet wird, eine etwas geringere Güte als Beispile I. hat. Beispiel II ist aber dann nützlich, wenn weniger hohe Erfordernisse die Verwendung von weniger teuren Materialien ermöglichen. Beide Ausführungsbeispiele haben jedoch gute Eigenschaften über einem flachen Feld, wobei der die Eigenschaften begrenzende Faktor das sekundäre Spektrum ist. Die Brechungsgrenze ist ebenfalls in den Figuren 1A und 2A gezeigt.FIGS. 1A and 2A each show the properties of the exemplary embodiments in the form of the modulation transfer function MTF. It can be seen that Example II, with the arsenic trisulfide is used instead of zinc sulfide in the middle lens, has a slightly lower quality than example I. Example II is however useful when less stringent requirements allow the use of less expensive materials. However, both embodiments have good properties over a flat Field, with the factor limiting the properties being the secondary Spectrum is. The refractive limit is also shown in Figures 1A and 2A.

609816/07609816/07

Claims (6)

PatentansprücheClaims Objektiv, bestehend aus drei einfachen Linsen, die eine konvergente, vordere Linse, eine divergente, mittlere Linse und eine konvergente, hintere Linse aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß die konvergente, vordere Linse eine zur Vorderseite konvexe Frontfläche und eine zu der divergenten, mittleren Linse konkave hintere Fläche hat, wobei die mittlere Linse um einen verhältnismäßig kleinen axialen Abstand, nicht größer als 0,35 *\ hinter der vorderen Linse liegt, wenn F die Äquivalentbrennweite des gesamten Objektivs bedeutet, daß die konvergente, hintere Linse um einen axialen Abstand zwischen 0,2 F und 0,95 F hinter der mittleren Linse liegt, und daß die vordere und die hintere Linse aus Silizium und die mittlere Linse aus Zinksulfid oder Arsentrisulfid besteht .Lens consisting of three simple lenses, a convergent, front lens, and a divergent, middle lens and having a convergent rear lens thereby characterized in that the convergent front lens has a front surface that is convex to the front and one to the divergent, central lens has concave posterior surface, with the central lens about a relatively small axial Distance not greater than 0.35 * \ behind the front lens if F means the equivalent focal length of the entire lens, that the convergent, rear lens is about an axial one Distance between 0.2 F and 0.95 F behind the middle lens, and that the front and rear lenses are made of silicon and the middle lens is made of zinc sulfide or arsenic trisulfide. 2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Linse eine zur Vorderseite konvexe Frontfläche und eine zur Rückseite konkave, hintere Fläche hat, während die divergente, mittlere Linse eine zur Rückseite konkave, hintere Fläche aufweist.2. Lens according to claim 1, characterized in that the rear lens has a front surface which is convex towards the front and has a rear surface concave towards the rear, while the divergent central lens has a rear surface concave towards the rear Has surface. 3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Luftspalt zwischen der vorderen Linse und der mittleren Linse kleiner als die axiale Dicke von jeder der Linsen ist, wobei jeder der axialen Dicken zwischen 0,05 F und 0,15 F liegt.3. Lens according to claim 1 or 2, characterized in that the axial air gap between the front lens and the central lens is less than the axial thickness of each of the lenses, each of the axial thicknesses being between 0.05 F and 0.15 F. 4·. Objektiv nach Anspruch 3T dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Dicke der hinteren Linse zwischen 0,03 F und 0,1 F liegt, wobei die hintere Linse um einen Abstand größer als 0,75 F hinter der mittleren Linse liegt. 4 ·. Objective according to Claim 3 T, characterized in that the axial thickness of the rear lens is between 0.03 F and 0.1 F , the rear lens being a distance greater than 0.75 F behind the central lens. 609816/0795609816/0795 5· Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Brennweite gemessen von der hinteren Fläche der hinteren Linse zwischen 0,2 F und 0,35 F liegt.5 · Objective according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the rear focal length measured from the rear surface of the rear lens is between 0.2 F and 0.35 F lies. 6. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungen C^. bis Cg der Flächen der drei Linsen nacheinander beginnend von der vorderen Fläche in den folgenden Bereichen liegen, wobei ein negatives Vorzeichen anzeigt, daß die entsprechende Fläche konkav zur Vorderseite ist:6. Lens according to one of claims 1 to 5 »thereby characterized in that the curvatures C ^. to Cg of the areas of the three lenses are located one after the other starting from the front surface in the following areas, with a negative sign indicates that the corresponding face is concave to the front: C1 0,7 bis 1,5 (x 1/F)C 1 0.7 to 1.5 (x 1 / F) Cg 0,2 bis 0.8Cg 0.2 to 0.8 Q-z - 2,4 bis 0,6 Qz - 2.4 to 0.6 C^ 0,2 bis 2,3C ^ 0.2 to 2.3 Cc - 0,4 bis 5>0Cc - 0.4 to 5> 0 C6 - 1,0 bis 4,0C 6 - 1.0 to 4.0 609816/07609816/07 LeerseiteBlank page
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