DE2603455C3

DE2603455C3 - Afokaler, pankratischer Fernrohrvorsatz

Info

Publication number: DE2603455C3
Application number: DE2603455A
Authority: DE
Inventors: Gary R. Los Angeles Calif. Noyes
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-02-28
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1985-07-18
Also published as: NL171629B; DE2603455B2; IL48865A; JPS6127723B2; US3947084A; FR2302538B1; NL7602070A; IT1057257B; NL171629C; DE2603455A1; SE413558B; GB1488472A; SE7601983L; FR2302538A1; JPS51110347A; IL48865A0

Description

118x	22332	316.18	16,71
89 χ	21135	314,40	30,45
60x	178.23	333,02	44.93
33 χ	96,44	40135	58,42
21 χ	15,21	47737	63,63

Die Erfindung betrifft einen afokalen, pankratischen Fernrohrvorsatz mit einem im infraroten Spektralbercich liegenden nutzbaren Durchlaßbereich für ein Objektiv fester Brennweite, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches beschrieben ist.

Afokale, pankratische Fernrohrvorsätze für Objektive mit fester Brennweite sind bisher nur für den sichtbaren Spektralbereich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 21 25 352, obwohl im Infrarot-Bereich arbeitende Radar- und Bildgeräte in zunehmendem Maße verwendet werden und für solche Geräte ein Bedarf an einem afokalen, pankratischen Fernrohrvorsatz besteht. Die Realisierung von paritätischen Systemen für den Infrarot-Bereich stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, weil Linsenelemente für den Infrarot-Bereich, insbesondere für den Bereich der Wellenlängen von 2 bis 20 μπι, relativ hohe Durchlaßverlnste haben, so daß die Anzahl der Linsenelemente in Objektiven für den Infrarot- Bereich auf ein Minimum beschränkt werden muß. Dagegen weisen pankratische Fernrohrvorsätze für den sichtbaren Bereich eine so große Anzahl von Linsen auf, daß sie für den Infrarotbereich nicht mehr brauchbar sind. So bestehen bei dem aus der DE-OS 21 25 352 bekannten Fernrohrvorsatz das erste und das zweite Glied aus je drei Linsen, so daß das System insgesamt acht Linsen umfaßt.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen afokalen, pankratischen Fernrohrvorsatz zur Verwendung im infraroten Spektralbereich zu schaffen, der bei guter Korrektur mit einem Minimum an Linsen auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des pankratischen Fernrohrvorsatzes mit den Konstruktionsdaten gemäß der im Kennzeichen des Patentanspruches aufgeführten Datentabelle gelöst.

Der erfindungsgemäße Fernrohrvorsatz kommt mit nur sechs Linsen aus, so daß bei der Verwendung der angegebenen Materialien für die Linsen der durch Absorption bedingte Energieverlust in dem Wellenlängenbereich von 2 bis 20 μίτι kleiner ist als 60%. Obwohl der Fernrohrvorsatz nur sechs Linsen aufweist, wird eine Bildqualität erzielt, die im gesamten Brennweitenänderungsbereich nahe an die durch Beugungserscheinungen gegebenen Grenzwerte heranreicht. Für die Konstruktion des erfindungsgemäßen Fernrohrvorsatzes ist es ferner vorteilhaft, daß das dritte Glied bei der Verstellung der Brennweite auf einer im wesentlichen geradlinigen Bahn geführt werden kann und nur die Bahn des zweiten Gliedes gekrümmt zu sein braucht.

Bei dem erfindungsgemäßen Fernrohrvorsatz erzeugen die ersten drei Glieder ein reelles Biid in einer ersten

Bildebene, die zwischen dem dritten und dem vierten Glied liegt. Das zweite ortsfeste Linsenglied erzeugt von diesem Bild ein paralleles Strahlenbündel. In dieser Bildebene kann demnach ein Fadenkreuz oder eine Stricbplatte angeordnet werden.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Hand der Zeichnung näher erläutert, die eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fernrohrvorsatzes mit den beweglichen Gliedern in den Stellungen für den größten und den geringsten Abbildungsmaßstab und den Verschiebewegen zeigt.

Das in der Zeichnung in Form eines Schnittbildes schematisch dargestellte, mechanisch kompensierte, afokale, nicht-galileische Zoom-Teleskop ist für Wellenlängen im Infrarotbereich und insbesondere für den Spektralbereich von 3 bis 5 μπι ausgebildet Es ermöglicht einen variablen Abbildungsmaßstab von 21 :1 bis 118:1, was einer Brennweitenänderung von mehr als 5,6 :1 entspricht

Wie die Zeichnung zeigt, umfaßt der erfindungsgemäße Fernrohrvorsatz vier als nicht-galileisches, mechanisch kompensiertes Zoom-System wirkende, optische Glieder E, F, G und H. Das erste Glied E besteht aus einer einzigen Linse £1 mit den Oberflächen 101, 102. Diese Linse besteht aus Silizium und hat die in Tabelle I angegebenen Abmessungen. Das Glied F besteht aus zwei ein Duplet bildenden Linsen Fl und F2 mit den Oberflächen 103,104 bzw. 105,106, von denen die erste Linse F1 aus Silizium und die zweite, zur Farbkorrektur dienende Linse F2 aus Zinksulfid besteht Das Glied C besteht wiederum aus einer einzigen, aus Silizium hergestellten, verschiebbaren Linse G1 mit den Oberflächen 107,108. Die Linsen H1 und H 2 des als Duplet ausgebildeten, ortsfesten Linsengliedes //bestehen aus Germanium. Die Linsen H1 und H2 haben die Oberflächen 109, 110 bzw. Ul, 112. Der Brechungsindex von Germanium ist 4,02, derjenige von Silizium 3,42 und derjenige von Zinksulfid 125. Die für die Gestalt der Linsen und deren Anordnung zu wählenden Abmessungen sind in der Tabelle ! angegeben. Ebenso sind die in .Abhängigkeit von dem Abbi!dungsn!.?.Sstab variablen Abstände der verschiebbaren Linsengliefer in Tabelle II für einige typische Werte des Abbildungsmaßstabes angegeben.

Die Veränderung des Abbildungsmaßstabes erfolgt durch Verschieben des Duplets F längs der Kurve LIl, sowie der Einzellinse G 1 längs der Kurve L 12. Die Verstellung der beiden beweglichen Glieder Fund G erfolgt mit Hilfe üblicher Führungskurven in solcher Weise, daß die beiuen Glieder die im entsprechenden Abbildungsmaßstab zugeordneten Stellungen einnehmen. Dabei ist die Bewegung des Duplets F nichtlinear, während die Einzellinse G eine lineare Verschiebung erfährt Die entsprechende Bewegung der beiden Linsenglieder hat eine kontinuierliche Änderung des Abbildungsmaßstabes des Systems zwischen den oben angegebenen Grenzen zur Folge.

Die ersten drei Glieder E, F, G erzeugen in jeder Stellung ein reelles Bild in einer Eben R, von dem das zweite, ortsfeste Linsenglied H ein paralleles Ausgangs-Strahlungsbündel erzeugt das durch die Austrittspupille austritt

Die Konstruktionsdaten des erfindungsgemäßen Fernrohrvorsatzes sind in den folgenden Tabelle angegeben:

Tabelle I

Linse	Oberfläche Radius	792,48	Abstand	Austrittspupille	Abstand 6	Material	Durch
		198737				messer
E	101	121,41	17,78	Abstand 2	Si
	102	127,94	Tab. Il		Luft	279,4
FI	103	226,80	10,16	Si
	104	117,88	33,30	Luft	146.0
F2	104	70,08	7,62	ZnS
	106	12423	Tab. II	Luft	119,4
G	107	-9,721	3,05	Si
	108	-8,532	Tab. Il	Luft	33,0
H]	109	5,545	1,27	Ge
	110	5,550	0,25	Luft	9,7
H2	111	1.14	Ge
	112	4.27	Luft	8,9
	113
Tabelle II
Vergrößerung			Abstände

118x 89 χ 6Ox 33 χ 21 χ

223,32

211,35

178,23

96,44

15,21

316.18
314.40
333,02
401.35
477,37

16,71
30,45
44,93
58.42
63,63

Mit dem er^fir:dungsgemäßen Fernrohrvorsatz wird eine Bildqualität erzeugt, die im gesamten Brennweiten-Änderungsbereich nahe an die durch Beugungserschtinungen gegebenen Grenzwerte heranreicht, obwohl ein I .insensystem verwe.i Jet wird, das aus nur sechs, zu vier Gliedern zusammengefaßten Linsen besteht, so daß der Verlust für die das System durchlaufende Strahlungsenergie weniger als 60% der eintretenden Strahiungsener-

gie beträgt. Mit anderen Worten verlassen mehr als 40% der auf das Objektiv einfallenden Energie das zweite ortsfeste Linsenglied H. Um die Qualität des mit dem erfindungsgemäßen Fernrohrvorsatz erzeugten Bildes durch Zahlenwerte zu veranschaulichen, sei erwähnt, daß das System ein Auflösungsvermögen von 0,043 mrad bei einem Abbildungsmaßstab 118:1 und von 0,235 mrad bei einem Abbildungsmaßstab 21 : 1 hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

AfokaJer, paritätischer Fernrohrvorsatz mit einem im infraroten Spektralbereich liegenden nutzbaren Durchlaßbereich für ein Objektiv fester Brennweite, bestehend aus vier optischen Gliedern, von denen das erste und das vierte Glied ortsfest und das zweite und das dritte Glied verschiebbar sowie das zweite Glied als Duplet und das dritte Glied als Einzellinsen ausgebildet sind, gekennzeichnet durch die nachfolgend aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle I

Linse

Oberfläche

Radius

Abstand

Material

Durchmesser

Fl

F2

HX

H2

Tabelle Il

101 792,48 17,78 Si 102 198737 Tab. II Luft 103 121,41 10,16 Si i04 12734 3330 Luft 105 226.80 7,62 ZnS 106 117,88 Tab. Il Luft 107 70,08 3,05 Si tos 1243 Tab. υ ι ..r* 109 -9,721 1,27 Ge UO -8332 0,25 Luft Ul 5,545 1,14 Ge 112 5,550 4,27 Luft 113 Austrittspupille

279,4 146,0

119,4

33.0

9,7

Vergrößerung

Abstand 2

Abstand 6

Abstände