DE3320092A1 - Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereich - Google Patents
Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereichInfo
- Publication number
- DE3320092A1 DE3320092A1 DE19833320092 DE3320092A DE3320092A1 DE 3320092 A1 DE3320092 A1 DE 3320092A1 DE 19833320092 DE19833320092 DE 19833320092 DE 3320092 A DE3320092 A DE 3320092A DE 3320092 A1 DE3320092 A1 DE 3320092A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- lens
- temperature
- lens system
- primary
- lenses
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 22
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- WBFMCDAQUDITAS-UHFFFAOYSA-N arsenic triselenide Chemical compound [Se]=[As][Se][As]=[Se] WBFMCDAQUDITAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem mehr 1 ins igen Objektiv
zur Verwendung im infraroten Spektralbereich,
vor allem zur Verwendung in der Wärmebildtechnik.
Nachdem Hochleistungsdetektoren für infrarote Strahlung verfügbar wurden, entstand auch ein Bedarf an Hochleistungsobjektiven
dafür, und es sind in der Folge auch eine Reihe von Objektiven entwickelt worden, deren
Leistungsfähigkeit praktisch nur durch Beuguncjserscheinungen
begrenzt war.
Eine Forderung an mehrlinsige Hochleistungsinfrarotobjektive
lautet, daß sie praktisch keine chromatische Aberration zeigen sollen. Bei bekannten Objektiven
erreicht man das dadurch, daß man die Hauptlinse, wenn nicht sogar alle Linsen des Objektivs aus Germanium
herstellt, weil Germanium nur eine sehr geringe Dispersion zeigt und deshalb wegen dieser seiner
Materialeigenschaft nur kleine chromatische Aberrationen bewirkt.
Eine andere Forderung an solche Objektive lautet, daß
sie praktisch keine thermische Aberration zeigen sollen, m.a.W., es soll das vom Objektivaufbau bestimmte Auflösungsvermögen
über einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen, unter denen das Objektiv arbeiten soll,
beibehalten werden. Unglücklicherweise ist abor aufgerechnet bei Germanium die Tempera turabhänq ι qkH t, d<->s
Brechungsindexes im Vergleich zu den meisten anderen
infrarotoptischen Werkstoffen sehr hoch, sodaß Germanium
zwar günstig zur Vermeidung chromatischer Aberration,
aber ungünstig wegen der durch es bewirkten thermischen Aberration ist. Bei den bekannten Infrarotobjektiven
kompensiert man die thermische Aberration durch eine kompliziert aufgebaute Halterung für die Linsen, welche
so aufgebaut ist, daß die Verschiebungen der Objektivlinsen infolge der Wärmedehnung der Halterung in einem
ausgewählten Temperaturbereich die temperaturbedingten Änderungen der optischen Eigenschaften der Objektivlinsen
ausgleichen. Wie gesagt, eine solche Halterung ist in ihrem Aufbau sehr kompliziert und führt dazu,
daß das Objektiv insgesamt recht groß und aufwendig wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Objektiv zu schaffen, welches weitgehend frei von chromatischer und thermischer Aberration und von
einfachem und kompaktem Aufbau ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Objektiv mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
25
Das primäre Linsensystem kann aus einer oder aus mehreren einzelnen Linsen bestehen. Besteht es aus
mehreren Linsen, dann macht man es dadurch zu einem Achroma ton, daß man die Linsen, aus denen es zusammen-
gesetzt ist, in an sich bekannter Weise aus zwei unterschiedlichen
Materialien herstellt. Die brechenden Oberflächen der einzelnen Linsen sind in diesem Fall vorzugsweise
sphärisch oder z.T. plan und als Materialien für diese Linsen kommen vor allem die in Tabelle VIl
unter den Nummern 2 bis 9 aufgeführten Materialien infrage.
Wenn das primäre Linsensystem aus nur einer einzigen Linse besteht, dann erreicht man eine geringe chromatische
Aberration durch geeignete Materialwahl für diese eine Linse; weil jedoch zugleich die Forderung besteht, daß
die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes möglichst gering sein soll, kann man das bei den gegenwärtig bekannten
Materialien nur mit Diamant erreichen. Vorzugsweise verwendet
man in diesem Fall eine Primärlinse mit einer asphärischen Oberfläche, mit welcher man monochromatische
Aberrationen kompensiert, welche durch ein Fenster eingeführt werden, welches man in diesem Fall vor der
Primärlinse anordnet und welches keine oder nur sehr geringe optische Brechkraft besitzt.
Das sekundäre Linsensystem besitzt insgesamt positive Brechkraft (wirkt also als Sammellinse) und soll aus
zwei einzelnen Linsen zusammengesetzt sein, nämlich aus einer Sammellinse und aus einer Zerstreuungslinse.
Die Sammellinse besteht aus einem Material, welches eine chromatische Aberration bewirkt, doch weil die chromatische
Aberration teils durch die Brechkraft, teils
durch die Apertur und teils durch die Größe der Dispersion (Abbe'sche Zahl) des Materials bestimmt wird,
kann man sie durch geeignete Abstimmung dieser drei Parameter aufeinander so klein halten, daß sie die
optische Leistungsfähigkeit des Objektivs als Ganzem
praktisch nicht beeinträchtigt. Als Materialien für die Sammellinse im sekundären Linsensystem kommen
insbesondere die in Tabelle VII unter Nummern 2 bis 9 genannten Materialien infrage.
Die Zerstreuungslinse im sekundären Linsensystem besteht vorzugsweise aus Germanium, welches praktisch
keine chromatische Aberration zeigt, aber wegen der negativen Brechkraft und wegen der relativ starken
Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes von Germanium kann man die thermische Aberration, welche
durch die Zerstreuungslinse in das Objektiv eingeführt
wird und deren Stärke eine Funktion der gewählten Brechkraft und des Temperaturkoeffizienten des Brechungsindexes
ist, durch Gestaltung und Anordnung der Zerstreuungslinse
so einstellen, daß dadurch die durch die restlichen Objektivlinsen im primären und im sekundären
Linsensystem und durch die temperaturbedingten Relativverschiebungen
der Objektivlinsen infolge der Wärmedehnung ihrer Halterung eingeführte thermische Aberration
kompensiert wird.
Diese Kompensation ist eine passive Kompensation, d.h., das Objektiv verhält sich von sich aus - ohne besonderes
Zutun - "athermisch".
Ein athermisches Objektiv ist besonders erstrebenswert,
weil eine Linse mit temperaturabhänqiqom Hrnchung«, i ndox
bei Temperaturänderung auch ihre Brennweite andern würde.
5
5
Die gemeinsame Halterung der Objektivlinsen besteht vorzugsweise
aus nur einem Werkstoff, z.B. aus rostfreiem Stahl oder aus Invarstahl, vorzugsweise aus Aluminium.
Aluminium hat zwar einen verhältnismäßig großen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
doch die damit zusammenhängende temperaturabhängige Linsenverschiebung im Objektiv kann durch geeignete Gestaltung und Anordnung
der Objektivlinsen ausgeglichen werden, wozu sich die
Auswahl von Germanium als Werkstoff für die Zerstreuungslinse im sekundären Linsensystem als günstig erweist,
weil die starke Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes von Germanium eine Kompensation der Wärmedehnung
der Halterung über einen großen Bereich ermöglicht. Es ist klar, daß unter diesen Umständen die Halterung für
die Linsen des Objektivs außerordentlich einfach gehalten
werden kann.
Erfindungsgemäße Objektive zeichnen sich dadurch aus,
daß die Lage der Bildfläche außerhalb des Objektivs über einen weiten Temperaturbereich konstant bleibt, sodaß
dann, wenn in dieser Bildfläche ein Detektor angeordnet wird, das Objektiv über einen weiten Temperaturbereich
Bilder mit gleichbleibender Auflösung liefern kann.
- ίο -
Wenn der Detektor, mit dem zusammen das Objektiv benutzt wird, jedoch selbst auch temperaturabhängige Verschiebungen
infolge Wärmedehnung seines Trägers erfährt, dann kann man diesen Einfluß ebenfalls durch eine entsprechende
Anpassung des Objektivaufbaus kompensieren, und zwar in der
Weise, daß bei Temperaturänderungen die Bildfläche des Objektivs sich eben so verlagert wie die Detektoroberfläche.
Darüberhinaus kann durch einen entsprechenden Objektivaufbau nicht nur eine ebene Bildfläche, sondern
auch eine gewölbte Bildfläche erzeugt werden, je nach dem, wie es für die Art des Detektors, mit dem zusammen das
Objektiv benutzt werden soll, günstig ist. Trotz ihres einfachen Aufbaus kann man erfindungsgemäße Objektive
bis zu der durch Beugungseffekte bestimmten Leistungsgrenze
benutzen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß man für viele Anwendungsfälle alle brechenden Oberflächen
sphärisch ausbilden und so große Krümmungsradien wählen kann, daß für die einzelnen Objektivlinsen eine
Massenfertigung praktikabel wird.
Die beigefügte schematische Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel,
welches nachfolgend anhand von Tabellen näher erläutert wird.
Die Zeichnung zeigt ein Objektiv 15 bestehend aus einem primären Linsensystem 13 und aus einem sekundären
Linsensystem 14, welche mit Abstand voneinander auf einer gemeinsamen optischen Achse 10 angeordnet sind. Bei
dem Objektiv 15 handelt es sich um ein Linsensystem mit endlicher Brennweite, d.h. Bündel paralleler
Strahlen, welche im Sehfeld des Objektivs durch eine im Gegenstandsraum 11 liegende Eintrittspupille 0
eintreten, verlassen das Objektiv 15 als Bündel konvergenter Strahlen, welche im Bildraum 12 in einer
Bildfläche 9 ein reelles Bild erzeugen.
Das primäre Linsensystem 13 besteht aus einer Sammellinse A und aus einer Zerstreuungslinse B, welche eine
Doublette bilden und nur geringe chromatische Aberrationen bewirken. Das sekundäre Linsensystem 14 besteht aus einer
Sammellinse C und aus einer Zerstreuungslinse D, welche
gemeinsam und einzeln nur geringe chromatische Aberrationen bewirken, und das gilt insbesondere für die
,Zerstreuungslinse D, welche aus einem Material besteht,
dessen Brechungsindex wesentlich stärker temperaturabhängig ist als bei den Materialien, aus denen die
übrigen Objektivlinsen A,B und C bestehen.
Die Linsen A bis D besitzen die brechenden Oberflächen
1 und 2, 3 und 4, 5 und 6, sowie 7 und 8, welche sämtlich sphärisch sind. Die Bezeichnung "sphärisch" ist so
zu verstehen, daß solche Abweichungen von der idealen Kugelflächengestalt zugelassen sind, daß die brechenden
Oberflächen in der fachüblichen Terminologie noch als sphärisch bezeichnet v/erden können. Die vier Linsen A
bis D sind in ihrer Brechkraft und mit ihren gegenseitigen Abständen so aufeinander abgestimmt, daß die Bildfläche 9,
in welcher das Objektiv 15 ein reelles Bild eines entfernt im Gegenstandsraum 11 liegenden Gegenstandes
erzeugt, nahe der brechenden Oberfläche 8 der Zerstreuungslinse D außerhalb des Objektivs 15 liegt.
5
Die Linsen A bis D sind in einer gemeinsamen Halterung 16 gehalten, welche in der Zeichnung^nur schematisch
besteht
angedeutet ist. Die Halterung 16/im wesentlichen aus
nur einem Werkstoff und enthält keine komplizierten,
der Kompensation von thermischen Einflüssen dienenden Bestandteile, welche sonst beim Stand der Technik bekannt
sind.
Für die Herstellung der vier Objektivlinsen A bis D
werden wenigstens drei verschiedene optische Materialien verwendet: Die Sammellinse C kann aus demselben Material
bestehen wie die Sammellinse A oder die Zerstreuungslinse
B. Die Zerstreuungslinse D besteht aus einem Material, welches im Gegensatz zu den Materialien der übrigen
Linsen A bis C eine geringere Dispersion und einen hohen Temperaturkoeffizienten des Brechungsindexes aufweist.
Die Linsen A und B bzw. die Linsen C und D können in ihrer Lage zueinander vertauscht werden, d.h. im primären
Linsensystem könnte z.B. die Linse B die der Eintrittspupille 0 benachbarte Eintritts 1inse des Objektivs 15 sein
Die bpiden Sammellinsen A und C können aus einem der in
Tabelle VII aufgeführten Materialien mit Ausnahme von Germanium bestehen, insbesondere aus einem der Materialien
Nr. 2 bis 9. Die Zerstreuungslinse B kann ebenfalls aus
einem der in Tabelle VlI aufgeführten Materialien mit. Ausnahme
von Germanium bestehen, vorzuqswei so a\i<~, dem Material
Nr. 10 oder Nr. 11. Germanium ist wegen seiner starken Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes ungeeignet
fürdie Linsen A und B, aber gerade diese Eigenschaft und
seine geringe Dispersion machen Germanium sehr geeignet für die Zerstreuungslinse D.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Objektive ist der Spektralbereich von 8 um bis 13 um,
d.h. der Bereich der Wärmebildtechnik. Die Anwendung ist aber auch möglich im Spektralbereich von 3 um bis
5 um, und auch in diesem Spektralbereich sind die oben
erwähnten optischen Materialien neben weiteren Materialien so einsetzbar, daß man ein achromatisches und athermisches
Objektiv erhält.
Das dargestellte Objektiv 15 hat eine feste Brennweite. Man könnte aber auch irgendwelche Linsen A, B, C oder D
allein oder in Kombination axial verschiebl ich anordnen,
um eine Scharfeinstellung auf Gegenstände in unterschiedlichen
Entfernungen zu ermöglichen. Hierdurch würde die thermische Kompensation des Objektivs nicht beeinträchtigt,
doch müßte man in die gemeinsame Halterung 16 eine dementsprechende
aktive Verschiebemechanik integrieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Objektivs bestehen
die Linsen A und C aus Arsentriselenid (Tabelle
VII, Nr. 4), die Linse B aus Zinkselenid (Tabelle VII,
Nr. 10) und die Linse D aus Germanium (Tabelle VII, Nr. 1). Die Parameter eines solchen Objektivs sind
im einzelnen in den Tabellen I bis VI niedergelegt, wobei die Angaben in Tabelle I und II für die Temperatur
von +200C, die Angaben in Tabelle III und IV für eine
Temperatur von +800C und die Angaben in Tabelle V und VI für eine Temperatur von -400C gelten. Alle vier
Linsen A bis D befinden sich in einer gemeinsamen Halterung 16 aus Aluminium.
Aus den Angaben in den Tabellen I bis VI zur Lage der Bildebene 9 liest man ab, daß im Vergleich zur Lage
der Bildebene bei 200C die - über das Sehfeld gemittelte
- Brennpunktlage bei +800C nur um -15μπι
und bei -400C nur um +13 Mm verschoben ist, wobei die
Vorzeichen der Verschiebung anzeigen,daß das Objektiv 15 den Temperatureinfluß schwach überkompensiert. Diese
Überkompensation reicht aus, den Temperatureinfluß auf einen angeschlossenen Detektor, dessen sensitive Oberfläche
sich durch Wärmedehnungen des Detektors und seines Trägers ebenfalls verschieben kann, zu kompensieren.
Bei bekanntem Aufbau des Detektors und bekannter Gestalt der Detektoroberfläche kann das Maß der überkompensation des
Objektivs an den Detektor angepaßt werden. Die Überkompensation des Objektivs kann andererseits aber auch
beseitigt werden, indem man für die Halterung 16 ein Material mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten, als
ihn Aluminium besitzt, auswählt, oder indem man ohne
5 -
Änderung der Materialien für die Linsen Λ bis D deren
Form und Lage geringfügig abweichend neu optimiert.
Das in den Tabellen I bis VI angegebene Objektiv 15 besitzt eine effektive Brennweise von 51 mm, ein
Sehfeld von 5° (in der Diagonale gemessen) und eine Blendenzahl von f/1,5, was das Objektiv für viele
Detektoren sehr geeignet macht.
Das in den Tabellen I bis Vf angegebene Objektiv gehört
zu einer Familie von Objektiven, welche zur Änderung der effektiven Brennweite (sie ist in der Zeichnung
markiert, um zu zeigen, was damit gemeint ist),der Apertur, des Sehfeldes und der Blendenzahl maßstäblich
verändert werden können. Alle Mitglieder dieser Familie zeigen lediglich eine sehr geringe Verzeichnung
und keine Abschattierung. Die Eintrittspupille 0 kann
an unterschiedlichen Stellen liegen; sie kann sich vom
primären Linsensystem 13 weiter fort bewegen oder auch in den Luftraum zwischen dem primären und
sekundären Linsensystem 13 bzw. 14 hineinwandern, jenachdem, welche Verschlechterung des Auflösungsvermögens im
Einzelfall als vertretbar erachtet wird. Die in den Tabellen I, IiI und V angegebenen Abstandsmaße
nennen den Abstand einer aufgeführten Fläche von der in der Tabelle darüberstehenden Fläche. So entnimmt man
z.B. der Tabelle I, daß die Oberfläche 3 der Linse B
einen Krümmungsradius von 589,38 mm und einen Durchmesser von 34,57 mm aufweist und durch einen Luftspalt
von 0,75 mm (entlang der optischen Achse 10 gemessen) von der Oberfläche 2 der Linse A getrennt ist, oder
daß die Oberfläche 8 der Linse D einen Krümmungsradius von 59,23 mm und einen Durchmesser von 14,28 mm aufweist
und daß die Linse D aus Germanium besteht und eine Scheiteldicke von 1,250 mm hat.
- 17 -
Tabelle I : Objektivdaten für pine Temperatur
von 20° C
von 20° C
Element Fläche
Eintrittspupille * 0
Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite.
(mm) (mm) (mm Durchmesser)
(mm) (mm) (mm Durchmesser)
,uft
35,00
| Linse A | 1 2 |
0 3,250 |
57,24 209,89 |
Luft As2Se3(BSA) |
35,24 34,79 |
| Linse B | 3 4 |
0,750 1,250 |
589,38 99,97 |
Luft ZnSe |
34,57 33,73 |
| Linse C | 5 6 |
50,000 2,500 |
27,46 342,17 |
Luft As2Se3(BSA) |
16,38 15,68 |
| Linse D | 7 8 |
0,500 1,250 |
531,15 59,23 |
Luft Germanium |
14,86 14,28 |
| Bildebene * | 9 | 14,015 | plan | Luft | Biitiurchmesser 4,4 |
* Maximaler Sehfeldwinkel an der Eintrittspupille = 5°
© Gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld bestimmten
besten Brennpunkt lage.
Die gesamte Halterung für die Linsen besteht aus Aluminium; alle
Linsen und die Bildebene sind unter Ausnutzung maximaler öffnungsweite in Reihe hintereinander angeordnet.
Linsen und die Bildebene sind unter Ausnutzung maximaler öffnungsweite in Reihe hintereinander angeordnet.
Ungefähre quadratische Mittelwerte der Größe eines durch das Objektiv in dessen Bildebene abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes jangegeben ist
der Bildfleckdurchmesser in um *
Ausnutzung des Sehfeldes bei monochromatischem * bei poiychromatischem
(max. 5°) Licht der Wellenlänge Licht mit WeIlen-
10,0 um längen von 8,0-12,0 um
| nur axiale Strahlen | 1,8 |
| 1/2 | 3,2 |
| 3/4 vollständig |
6,4 11,4 |
3,1 6,8
10,5 15,6
* ■ gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld
bestimmten besten Brennpunktlage
* ermittelt als eine gleichgewichtete, akkumulierte Messung
bei den drei Wellenlängen 8,0 um, 10,0 um und 12,0 um
Alle Angaben gelten für eine Temperatur von 20° C.
Objektivdaten für eine Temperatur von 80° C
Element Fläche Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite
(mm) (mm) (mm Durchmesser)
| Eintritts pupille * |
0 | 0 3 |
0 | plan | Luft | 35,00 |
| Linse A | 1 2 |
0 1 |
,008 ,254 |
57,32 210,17 |
Luft As2Se3(BSA) |
35,24 34,79 |
| Linse B | 3 4 |
50 2 |
,753 ,251 |
589,66 100,02 |
Luft ZnSe |
34,57 33,73 |
| Linse C | 5 6 |
0 1 |
,074 ,503 |
27,49 342,63 |
Luft As2Se3(BSA) |
16,34 15,63 |
| Linse D | 7 8 |
14 | ,504 ,250 |
531,35 59,25 |
Luft Germanium |
14,81 14,23 |
| Bildebene ·■ | 9 | ,000 | plan | Luft | Bilddurchmesser 4,4 |
|
* Maximaler Sehfeldwinkel an der Eintrittspupille = 5°
® Gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld bestimmten
besten Brennpunktlage.
Die gesamte Halterung für die Linsen besteht aus Aluminium; alle Linsen und die Bildebene sind unter Ausnutzung maximaler öffnungsweite
in Reihe hintereinander angeordnet.
- 20 Tabelle IV
Ungefähre quadratische Mittelwerte der Größe eines durch das Objektiv in dessen Bildebene abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes;angegeben ist
der Bildfleckdurchmesser in pm *
Ausnutzung des Sehfeldes bei monochromatischem * bei polychromatischem
(max. 5°) Licht der Wellenlänge Licht mit Wellen-
10,0 um längen von 8,0-12,0 um
3,1
6,7 10,4 15,5
| nur axiale Strahlen | 1,5 |
| 1/2 | 2,9 |
| 3/4 | 6,2 |
| vollständig | 11,1 |
* gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld bestimmten besten Brennpunktlage
• ermittelt als eine gleichgewichtete, akkumulierte Messung
bei den drei Wellenlängen 8,0Mm, 10,0pm und 1
Alle Angaben gelten für eine Temperatur von 80° C.
-21-
Tabelle V
Objektivdaten für eine Temperatur von -400C
Objektivdaten für eine Temperatur von -400C
| Element | Fläche | Abstand (mm) |
Krümmungsradi (mm) |
us Material | öffnungsweite (mm Durchmesspr) |
| Eintritts pupille * |
0 | O | plan | Luft | 35,00 |
| Linse A | 1 2 |
-0,008 3,246 |
57,17 209,61 |
Luft As9Se.(BSA) |
35,24 34,79 |
| Linse B | 3 4 |
0,747 1,249 |
589,10 99,93 |
Luft ZnSe |
34,58 33,74 |
| Linse C | 5 6 |
49,925 2,497 |
27,42 341,72 |
Luft As2Se3(BSA) |
16,42 15,72 |
| Linse D | 7 8 |
0,496 1,250 |
530,96 59,21 |
Luft Germanium |
14,92 14,33 |
| Bildebene < | 8 9 | 14,028 | plan | Luft | Bilddurchmesser 4,4 |
* Maximaler Sehfeldwinkel an der Eintrittspupille = 5°
® Gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld bestimmten
besten Brennpunktlage.
Die gesamte Halterung für die Linsen besteht aus Aluminium; alle Linsen und die Bildebene sind unter Ausnutzung maximaler Öffnungsweite in Reihe hintereinander angeordnet.
·: 332UUB2
Ungefähre quadratische Mittelwerte der Größe eines durch das Objektiv in dessen Bildebene abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum
bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes;angegeben ist der Bildfleckdurchmesser in um *
Ausnutzung des Sehfeldes bei monochromatischem Ä bei polychromatischem
(max. 5°) Licht der Wellenlänge Licht mit WeIlen-
10,0 um längen von 8,0-12,0um
| nur axiale Strahlen | 2,5 |
| 1/2 | 3,7 |
| 3/4 | 6,8 |
| vollständig | 11,8 |
3,4
7,0 10,7 15,9
* gemessen an der als Mittelwert über das maximale Sehfeld bestimmten besten Brennpunktlage
♦ ermittelt als eine gleichgewichtete, akkumulierte Messung
bei den drei Wellenlängen 8,0um, 10,0um und 12,0 um.
Alle Angaben gelten für eine Temperatur von -4O0C.
332G09
- 23 Tabelle VII
Material
Nr, Art
Brechungsindex Haupt-Koeffizient Wärmeausdehnungs- Temperaturkoefbei
10,0 μΐΐΐ der Dispersion * koeffiizient fizient des
ν in'/or Brechungsindexes
X 10V0C
X 10V0C
| 1 | Ge | 4,00320 | 0,00187 | 61 | 3960 | 740 |
| 2 | GaAs | 3,27789 | 0,01067 | 57 | _ | 951 |
| 3 | BS21 * | 2,85632 | 0,00503 | - | - | 790 |
| 4 | As9Se.(BSA)1J Cm *J |
2,77880 | 0,00568 | 220 | 850 | |
| 5 | CdTe | 2,67517 | 0,00544 | 50 | 700 | |
| 6 | TI 11732) | 2,60037 | 0,00772 | 158 | 719 | |
| 7 | AMTIM3 * | 2,49748 | 0,00589 | 130 | 520 | |
| 8 | BS11> | 2,49143 | 0,00670 | 128 | 463 | |
| 9 | TI202) | 2,49166 | 0,00679 | 133 | ||
| 10 | ZnSe | 2,40652 | 0,01216 | 78 | ||
| 11 | ZnS. | 2,20030 | 0,02651 | 68 |
* über den Wellenlängenbereich von 8,0 bis 12,0
Chalkogenidgläser, welche von der Fa. Barr & Stroud Limited vertrieben
werden,
Chalkogenidgläser, welche von der Fa. Texas Instruments Inc., (U.S.A.)
vertrieben werden
ein Chalkogenidglas, welches von der Fa. Amorphous Materials Inc. in
Garland (Texas, USA) vertrieben wird.
Alle Angaben gelten ungefähr für 20° C.
Leerseite
Claims (8)
1 PATENTANWÄLTE * „, * *.." *.«**.."
DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH ! DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER
Wl'tllll Ml ,Ml It ΙΛΜ ι Γ HfOI MCI Λ ι .',
CJ 75.10 F1TPHZMnM luvt μ ».ihmun.»
ΪΪ r(i * -* ί t ' » n .« ,* lift »μ tiiisitAMMi Ι'ΛΙΜΛΙΙΙ1
31. Mai 1983 III/Be
Barr & Stroud Limited, Glasgow G 13 IH/, Schottland GROSSBRITANNiEN
"Mehrlinsiges Objektiv zur Verwendung im
infraroten Spektralbereich"
Patentansprüche:
i. Mehrlinisges Objektiv zur Verwendung im infraroten
Spektralbereich, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Merkmale:
j das Objektiv umfaßt ein primäres Linsensystem (13) und ein sekundäres Linsensystem (14), welche mit Abstand
1 voneian_der auf einer gemeinsamen optischen Achse (10)
und in einer gemeinsamen Halterung (16) angeordnet sind, wobei das primäre Linsensystem (13) die aus dem Gegenstandsraum
(11) kommende, durch eine Pupille (0) hindurchtretende Infrarotstrahlung empfängt und zum
sekundären Linsensystem (14) weiterleitet, welches daraus in einer außerhalb des Objektivs liegenden Bildfläche
(9) ein reelles Bild erzeugt;
- das primäre Linsensystem (13) besitzt positive Brechkraft, besteht aus eirvem Material dessen Brechungsindex
relativ temperaturunabhängig ist und ist so aufgebaut, daß sie eine chromatische Abeiration selbsttätig
kompens iert;
- das sekundäre Linsensystem (14) besitzt positive Brechkraft, bewirkt nur eine minimale chromatische Aberration
und ist aus einer Sammellinse (C) und aus einer Zerstreuungslinse (D) zusammengesetzt, von denen die Sammellinse
(C) aus einem Material mit relativ temperaturunabhängigem Brechungsindex besteht, wohingegen die
Zerstreuungslinse (D) aus einem Material mit relativ temperaturabhängigem Brechungsindex besteht;
- die Anordnung ist so getroffen, daß die von der Temperaturabhängigkeit des primären Linsensystems (13)
und von den temperaturbedingten relativen Verschiebungen des primären und sekundären Linsensystems (13,14) infolge
Wärmedehnung der Halterung (16) herrührende thermische Aberration kompensiert wird durch die von der
Zerstreuungslinse (D) eingeführte thermische Aberration.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das primäre Linsensystem (13) aus zwei zu einer Doublette zusammengefaßten, dicht benachbarten Linsen
(A, B) besteht.
Zb
3. Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Doublette (13) aus einer Arsentriselenid1inse
(A) und aus einer Zinkselenidlinse (B) besteht.
4. Objektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, . . dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (C)
und die Zerstreuungslinse (D) einteilige Linsen sind.
5. Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammellinse (C) aus Arsentriselenid und die
Zerstreuungslinse (D) aus Germanium besteht.
6. Objektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame
Halterung (16) für die beiden Linsensysteme (13, 14)
aus Aluminium besteht.
7. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
den in den Tabellen 1 und III und V beschriebenen Aufbau.
8. Objektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche
in Kombination mit einem Strahlungsdetektor, dessen Detektoroberfläche in jener Bildfläche (9) liegt, in
welcher das Objektiv das reelle Bild erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Objektiv und
Strahlungsdetektor als Ganzes dadurch gegen thermische
Aberration kompensiert ist, daß die von der Zerstreuungslinse (D) eingeführte thermische Aberration gerade so
groß gewählt ist, daß sie die durch die Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften des primären
Linsensystems (13) und durch temperaturbedingte relative Verschiebungen des primären und sekundären Linsensystems
(13,14) infolge Wärmedehnung ihrer gemeinsamen Halterung (16) sowie durch die Wärmedehnung des Strahlungsdetektors
zusammengenommen bewirkte thermische Aberration kompensieri 10
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8216035 | 1982-06-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3320092A1 true DE3320092A1 (de) | 1983-12-08 |
Family
ID=10530785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19833320092 Withdrawn DE3320092A1 (de) | 1982-06-02 | 1983-06-03 | Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereich |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4505535A (de) |
| BE (1) | BE896907A (de) |
| DE (1) | DE3320092A1 (de) |
| FR (1) | FR2528188A1 (de) |
| IT (1) | IT1159018B (de) |
| NL (1) | NL8301967A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007051291A1 (de) | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh | Adaptierbares optisches System |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8417993D0 (en) * | 1984-07-14 | 1984-08-15 | Pilkington Perkin Elmer Ltd | Infra-red lenses |
| FR2667695B1 (fr) * | 1990-10-09 | 1993-08-27 | Thomson Trt Defense | Systeme d'objectifs a athermalisation optique. |
| US5386315A (en) * | 1991-08-26 | 1995-01-31 | Martin Marietta Corporation | IR fast low light level lens system |
| US5214532A (en) * | 1992-04-29 | 1993-05-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Afocal objective lens |
| US5504628A (en) * | 1994-01-13 | 1996-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Passive athermalization of optics |
| US6018414A (en) * | 1996-03-04 | 2000-01-25 | Raytheon Company | Dual band infrared lens assembly using diffractive optics |
| US6118578A (en) * | 1998-05-28 | 2000-09-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Simplified dual field of view afocal |
| US6798587B2 (en) * | 2002-03-08 | 2004-09-28 | Mikron Infrared, Inc. | Thermal imaging combination and method |
| US6984598B1 (en) * | 2003-07-02 | 2006-01-10 | Amorphous Materials, Inc. | Infrared chalcogenide glass |
| DE102006005171B4 (de) * | 2006-02-06 | 2008-04-30 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Weitwinkeloptik |
| GB0705910D0 (en) * | 2007-03-27 | 2007-05-09 | Dsam London Llp | Optical arrangement |
| US7880978B2 (en) * | 2008-08-25 | 2011-02-01 | Acm Projektentwicklung Gmbh | Objective lens system |
| US8508864B2 (en) * | 2008-08-25 | 2013-08-13 | Acm Projektentwicklung Gmbh | Objective lens system |
| US8134691B2 (en) * | 2010-03-18 | 2012-03-13 | Mitutoyo Corporation | Lens configuration for a thermally compensated chromatic confocal point sensor |
| CN102401981B (zh) * | 2011-11-10 | 2013-06-12 | 河北汉光重工有限责任公司 | 全折射被动无热化红外双波段镜头 |
| FR3032039B1 (fr) * | 2015-01-23 | 2018-04-20 | Thales | Systeme optique anamorphoseur athermalise |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3321264A (en) * | 1963-06-05 | 1967-05-23 | Diffraction Ltd Corp Inc | Four element infrared objective |
| US4380363A (en) * | 1981-04-03 | 1983-04-19 | Rockwell International Corporation | Four element infrared objective lens |
-
1983
- 1983-05-23 US US06/498,004 patent/US4505535A/en not_active Expired - Fee Related
- 1983-05-31 IT IT8367601A patent/IT1159018B/it active
- 1983-06-01 BE BE2/60113A patent/BE896907A/fr not_active IP Right Cessation
- 1983-06-02 FR FR8309169A patent/FR2528188A1/fr active Granted
- 1983-06-02 NL NL8301967A patent/NL8301967A/nl not_active Application Discontinuation
- 1983-06-03 DE DE19833320092 patent/DE3320092A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007051291A1 (de) | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh | Adaptierbares optisches System |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT8367601A0 (it) | 1983-05-31 |
| BE896907A (fr) | 1983-12-01 |
| US4505535A (en) | 1985-03-19 |
| FR2528188A1 (fr) | 1983-12-09 |
| IT1159018B (it) | 1987-02-25 |
| NL8301967A (nl) | 1984-01-02 |
| FR2528188B3 (de) | 1985-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE68924961T2 (de) | Zweiband-Infrarotfernrohr. | |
| DE3320092A1 (de) | Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereich | |
| DE3120625C2 (de) | ||
| DE3300728C2 (de) | Ein im infraroten Spektralbereich arbeitendes optisches Beobachtungssystem | |
| DE69309338T2 (de) | Refraktives, afokales Infrarotteleskop mit drei Gesichtsfeldern | |
| DE3033509A1 (de) | Monozentrisches optisches system | |
| DE2553395A1 (de) | Endoskopobjektiv | |
| CH663096A5 (de) | Afokales fernrohr. | |
| DE102015110004B4 (de) | Thermisch kompensiertes IR-Objektiv und IR-Kamera mit einem solchen IR-Objektiv | |
| CH656013A5 (de) | Afokales linsenfernrohr mit zwei vergroesserungseinstellungen. | |
| EP0639783B1 (de) | Detektoreinrichtung | |
| DE3108345A1 (de) | "linsensystem fuer ein ir-objektiv" | |
| DE3108346A1 (de) | "afokales linsenfernrohr" | |
| DE102005021506B4 (de) | Optisches Einzelelement und seine Verwendung | |
| CH656012A5 (de) | Afokales linsenfernrohr. | |
| DE4331735C1 (de) | Objektiv | |
| DE3112689A1 (de) | Okular | |
| DE3517991A1 (de) | Afokales linsenfernrohr zur verwendung im infraroten spektralbereich | |
| DE2825088C2 (de) | Vorsatzsystem von der Art eines Galilei-Fernrohres für Infrarotstrahlung | |
| DE1497590C3 (de) | Lichtstarkes Objektiv mit veränderbarer Brennweite | |
| DE102007015896B4 (de) | Teleoptik für den infraroten Spektalbereich | |
| DE102014117275B4 (de) | Weitwinkelobjektiv | |
| EP2175299B1 (de) | Optik für eine Infrarotkamera | |
| DE19807093A1 (de) | Achrathermer Reimager | |
| DE3886232T2 (de) | Infrarotteleskop mit zweifacher Vergrösserung. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |