DE3342002A1 - Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereich - Google Patents

Mehrlinsiges objektiv zur verwendung im infraroten spektralbereich

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DE3342002A1
DE3342002A1 DE19833342002 DE3342002A DE3342002A1 DE 3342002 A1 DE3342002 A1 DE 3342002A1 DE 19833342002 DE19833342002 DE 19833342002 DE 3342002 A DE3342002 A DE 3342002A DE 3342002 A1 DE3342002 A1 DE 3342002A1
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air
germanium
lens
zoom system
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Withdrawn
Application number
DE19833342002
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English (en)
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Iain Alexander Strathblane Stirlingshire Neil
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Thales Optronics Ltd
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Thales Optronics Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • 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
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Description

Nachdem Hochleistungsdetektoren für infrarote Strahlung verfügbar wurden, entstand auch ein Bedarf an Hochleistungsobjektiven dafür. Für gewisse Anwendungen benötigt man Objektive mit unterschiedliehen Sehfeldeinstellungen (Vergrößerungseinstellungen), und zwar in der Weise, dass während einer Änderung der Sehfeldeinstellung (Vergrößerungseinstellung) keine Unterbrechung der Bilderzeugung eintritt. Weitere Anforderungen zielen auf einen kompakten, mechanisch und optisch einfachen Aufbau der Objektive, auf durchgehend gute Visiergenauigkeit und Bildauflösung über den gesamten Bereich der Vergrößerungseinstellungen sowie ein verhältnismäßig großes Zoom-Verhältnis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Objektiv der eingangs genannten Art mit variabler Vergrößerungseinstellung zu schaffen, welches sich durch hohe Abbildungsgüte und besonders kompakten Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Objektiv mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegestand der Unteransprüche.
BAD ORIGINAL
Die erfindungsgemäßen Objektive zeichnen sich durch einen optisch und mechanisch einfachen Aufbau aus und sind vor allem dank der asphärisch ausgebildeten brechenden Oberfläche der vierten Komponente des Zoom-Systems sehr kompakt. Ausserdem bleibt die Visiergenauigkeit über den vollen Bereich der Zoom-Bewegung erhalten, weil die erste und dritte Komponente des Zoom-Systems auf einem gemeinsamen Träger montiert sind, wodurch die gleichbleibende Ausrichtung der Komponenten erleichtert wird- Ausserdem kann das Objektiv durch geeignete Materialwahl für die Linsen ohne Schwierigkeiten farbkorrigiert werden. Z.B. kann man alle Linsen des Objektivs mit Ausnahme einer Linse in der dritten Komponente des Zoom-Systems aus Germanium herstellen, wohingegen die erwähnte Linse in der dritten Komponente des Zoom-Systems vorzugsweise aus Zinkselenid (ZnSe) besteht. Die farbkorrigierende Linse bzw. die farbkorrigierenden Linsen können aus einem der Materialien bestehen,
20 welche in Tabelle V aufgeführt sind.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt und werden unter Zuhilfenahme der ebenfalls beigefügten Tabellen nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt den Aufbau eines Fernrohrs
mit einem erfindungsgemäßen Objektiv, und
30
Figur 2 zeigt den Aufbau eines Fernrohrs mit
einem abgewandelten erfindungsgemäßen Objektiv.
/Il
Das in Fig. 1 dargestellte Fernrohr 30 ist ein solches mit variabler Vergrößerung; der Vergrößerungsbereich reicht vom Vergrößerungsfaktor X1 bis zum Vergrößerungsfaktor X9, wobei der jeweilige Vergrößerungsfaktor abhängt von der Stellung der achsial verschieblichen Komponenten des Objektivs; für vier verschiedene Vergrößerungsfaktoren sind diese Stellungen in Fig. 1 untereinander dargestellt.
Das Fernrohr 30, besitzt ein mehrlinsiges Objektiv, und dies besteht zu—vorderst aus einem Zoom-System 25, sowie aus einem kollektiven System 26. Daran schließt sich im Fernrohr 30 ein Okular/ Aus" der Strahlung, welche aus dem Gegenstandsraum 22 auf das Objektiv auftrifft, wird durch das Zoom-System 25 und das kollektive System 26 in einer Bildfläche 24 ein reelles Bild erzeugt, welches durch das Okular 27 beobachtbar ist, oder anders ausgedrückt: Das Okular 27 überträgt die von dem Bild in der Bildfläche 24 ausgehende Strahlung durch eine Pupille
20 0 hindurch in den Bildraum 23. Das Zoom-System 25,
das kollektive System 26 und das Okular 27 sind hintereinander auf einer gemeinsamen optischen Achse 21 angeordnet.
Das kollektive System 26 besteht aus einer einzelnen Komponente, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine einzelne Linse D mit den brechenden Oberflächen 7 und 8 ist. Das Zoom-System besteht aus vier Komponenten, von denen die erste (vom kollektiven System 26 an ge-
BAD ORIGINAL
rechnet) aus einer einzelnen Linse E, die zweite aus einer einzelnen Linse F, die dritte aus einem Paar von Linsen H, G und die vierte aus einer einzelnen Linse I besteht. Die Linse E besitzt die brechenden Oberflächen 9 und 10, die Linse F die brechenden Oberflächen 11 und 12, die Linse G die brechenden Oberflächen 13 und 14, die Linse H die brechenden Oberflächen 15 und 16, und die Linse I besitzt die brechenden Oberflächen 17 und 18.
Das Okular 27 besteht aus drei Linsen A1B und C mit den brechenden Oberflächen 1 und 2 bzw. 3 und 4 bzw. 5 und 6 und ist auf der optischen Achse 21 fest angeordnet.
Um eine variable Vergrößerungseinstellung zu erhalten, sind in dem Fernrohr 30 die erste und die dritte Komponente des Zoom-Systems 25 auf einem gemeinsamen Träger 40 angeordnet, mit welchem sie in achsialer Richtung entlang der optischen Achse 21 verschoben werden können, wobei der Verschiebeweg begrenzt ist durch die Lage der zweiten und der vierten Komponente des Zoom-Systems sowie durch die Lage des kollektiven Systems 26. Die zweite und die vierte Komponente des Zoom-Systems 25 sind auf der optischen Achse 21 fest angeordnet. Das kollektive System 26 hingegen ist auf einem Träger 41 angeordnet und mit diesem entlang der optischen Achse 21 begrenzt verschieblich, sodass man eine Korrektur der Brennweite
und damit der Lage der Bildfläche zum Ausgleich von thermischen Effekten und zum Ausgleich einer durch die Zoom-Bewegung bewirkten Defokussierung vornehmen kann.
5
Von den brechenden Oberflächen 9 bis 18 des Zoom-Systems 25 ist nur die Oberfläche 17 asphärisch, wohingegen die übrigen brechenden Oberflächen 9 bis 16 und 18 entweder sphärisch oder plan sind. Dies ermögl icht eine verhältnismäßig einfache Herstellung des Zoom-Systems 25, wobei die Anwesenheit der asphärischen Oberfläche 17 das Zoom-System 25 verhältnismäßig kompakt macht. Das Profil der asphärischen brechenden Oberfläche 17 wird beschrieben durch die nachstehend wiedergegebene allgemeine
15 asphärisch^ Gleichung:
z.c = 1 -V 1 - c (c. h2 + b.h4 + g.h6 + d.h8) .. (1)
In der Gleichung (1) bedeutet:
ζ den entlang der optischen Achse gemessenen Abstand von Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche,
c den Kehrwert des Krümmungsradius der vorgegebenen
sphärischen Bezugsfläche,
h den radialen Abstand senkrecht von der optischen Achse,
b den asphärischen Koeffizienten erster Ordnung,
BAD ORIGINAL
-T (- V \J im
JIS-
-4-e—
g den asphärischen Koeffizienten zweiter Ordnung,
und
d den asphärischen Koeffizienten dritter Ordnung.
Für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wird die Gestalt der brechenden Oberfläche 17 durch die folgenden Zahlenwerte beschrieben:
c = -101,83~1
10 b = -1,2530 χ 10"8
g = -5,5100 χ 10"13
d = +7,5400 χ 10~17 , und für die Größe
h beträgt der Maximalwert 66,915 mm.
Setzt man in die Gleichung (1) mit den angegebenen Koeffizienten für die Größe h die Zahlenwerte in mm ein, dann erhält man die das Profil der asphärischen Fläche 17 beschreibende Größe ζ ebenfalls in mm. Die weiteren Parameter des in Fig. 1 dargestellten Fernrohres 30 sind zahlenmässig in der Tabelle I angegeben, aus welcher man entnimmt, dass auch die brechende Oberfläche 7 asphärisch ist, und zwar wird das Profil der brechenden Oberfläche 7 ebenfalls durch die allgemeine Gleichung (1) beschrieben, wobei jedoch die Koeffizienten die folgenden Werte annehmen:
c = -125,65~1
b = -7,8233 χ 10~7
g = +5,4650 χ 10~11 30 d = 0;
die Größe h nimmt maximal den Wert 29,335 mm an, d.h. die maximale öffnungsweite der brechenden Oberfläche 7 beträgt 58,67 mm (Durchmesser).
Die Angaben in der Tabelle II illustrieren die Leistungsfähigkeit des Fernrohres 30, welches die in Tabelle I angegebenen Parameter aufweist, und zwar für jede der vier in Fig. 1 dargestellten Vergrößerungseinstellungen. Aus den Angaben in Tabelle II ergibt sich, dass das Fernrohr über einen Bereich von wenigstens 75 % des Sehfeldes eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist (d.h., die Abbildungsgüte ist dort fast nur durch Beugungseffekte be- schränkt), und es ist bemerkenswert, dass diese hohe Leistungsfähigkeit mit einem extrem kompakten Aufbau des Fernrohrs erreicht wird. Die effektive Brennweite EFL (von engl.: effective focal length) ist in Fig. 1 für jede der Vergrößerungseinstellungen
15 eingezeichnet, und aus dieser Darstellung kann man
entnehmen, dass die Änderung der effektiven Brennweite umgekehrt proportional ist zur Lageänderung des Trägers 40 und direkt proportional ist zur Änderung des Vergrößerungsfaktors. Was die Brechkraft der Linsen des Zoom-Systems 25 und des kollektiven Systems 26 betrifft, so ist festzustellen, dass die Linsen I, F und D sämtlich positive Brechkraft besitzen, während die Linse E negative Brechkraft besitzt; die zu einer Komponente des Zoom-Systems 25 zusammengefaßten Linsen G und H besitzen zusammengenommen negative Brechkraft, und die beiden Linsen G und H sind auch jede für sich mit negativer Brechkraft ausgestattet. Bei Auswahl der in Tabelle I angegebenen Materialien für die Linsen des Fernrohrs 30 ist dieses in der Lage, im Wellen-
30 längenbereich zwischen 3 um und 13 um zu arbeiten;
BAD ORIGINAL
wählt man für die Parameter des Fernrohrs 30 die in Tabelle I angegebenen Zahlenwerte, dann ist mit diesem Fernrohr 30 eine Scharfeinstellung auf Objekte möglich, welche im Entfernungsbereich zwischen 50 m und unendlich liegen, ohne dass sich dadurch die Bildauflösung verschlechtert; nimmt man jedoch eine gewisse Verschlechterung der Bildauflösung in Kauf, dann kann man das Fernrohr sogar auf Objekte im Entfernungsbereich bis hinab zu 20 m einstellen. Ausserdem ist das Fernrohr 30 recht unempfindlich gegen Änderungen der Temperatur: Temperaturänderungen im Bereich zwischen -100C und +500C bewirken keine Verschlechterung der Auflösung; wenn man jedoch den Temperaturbereich ausdehnt bis auf -400C in der einen Richtung und bis auf +700C in der anderen Richtung, dann zeigen sich
infolge der Strahlungsabsorption im Germanium Transmissionsverluste. Die öffnungsweite der größten Linse im Zoom-System 25 benötigt nur ein Übermaß von 4 % zum Ausgleich von Pupillenaberrationen.
Das in Fig. 2 dargestellte Fernrohr 30 ist ähnlich aufgebaut wie jenes in Fig. 1, ist aber für einen anderen Bereich von Vergrößerungseinstellungen optimiert, nämlich für Vergrößerungsfaktoren von X4 bis X20, und sein kollektives System 26 besteht aus zwei optischen Elementen ; dies hat den Vorteil zur Folge, dass anders als im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 das kollektive System keine asphärische brechende Oberfläche enthält. Das Okular 27 des Fernrohrs 30 in Fig. 2"besteht ebenfalls aus drei Linsen A, B und C,
BAD ORIGINAL
/ii.
an welche sich das kollektive System 26 mit den beiden Linsen D und E, deren brechende Oberflächen mit den Bezugszahlen 7 bis 10 bezeichnet sind, anschließt. Auf das kollektive System 26 folgt dann wie im Beispiel der Fig. 1 ein Zoom-System 25, welches aus vier Komponenten besteht. Die - vom kollektiven System 26 aus gezählt - erste Komponente wird durch eine einzelne Linse F (Singlet ) mit den brechenden Oberflächen 11 und 12 gebildet, die zweite Komponente ist ebenfalls eine einzelne Linse G (Singlet ) mit den brechenden Oberflächen 13 und 14, die drit-te Komponente ist ein aus den beiden Linsen H und I mit den brechenden Oberflächen 15 und 16 bzw. 17 und 18 bestehendes Düblet , und die vierte Komponente wird durch eine einzelne Linse J (Singlet ) mit den brechenden Oberflächen 19 und 20 gebildet. Von den brechenden Oberflächen des Fernrohrs 30 in Fig. 2 ist nur die brechende Oberfläche 19 asphärisch,wobei auch ihre Gestalt durch die Gleichung (1) beschrieben wird, und für die Koeffizienten der Gleichung die
20 folgenden Zahlenwerte einzusetzen sind:
c = -208,40~1 b = -6,7000 χ 10"10 g = -3,0000 χ 10"15 d = +1,7000 χ 10"18 .
Die Größe h nimmt Werte an zwischen 0 und 110,55 mm.
Die übrigen Parameter und Materialien für das Fernrohr 30 in Fig. 2 sind in der Tabelle III niedergelegt und
BAD ORIGINAL
die mit diesem Fernrohr erzielbare Bildauflösung in Tabelle IV.
Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen I bis IV kann man durch maßstäbliche Änderungen und Optimierungen der Zoom-Systeme 25 einen weiten Bereich größter und kleinster effektiver Brennweiten und Vergrößerungsfaktoren erhalten, und wenn man den größten Vergrößerungsfaktor hinreichend niedrig wählt, dann sind Maßnahmen zur Farbkorrektur nicht erforderlich, sodaß alle Linsen aus ein und demselben Material, z.B. aus Germanium hergestellt werden können. In dem Fall, wo eine der Linsen eine einzelne asphärische brechende Oberfläche besitzt, wie es bei den dargestellten beiden Fernrohren 30 der Fall ist, kann man alternativ die eine oder die andere der beiden brechenden Oberflächen der jeweiligen Linse asphärisch gestalten, oder man kann auch beide brechende Oberflächen dieser Linse asphärisch gestalten, wobei das Maß der Abweichung von der idealen Kugelflächengestalt jeweils so zu wählen ist, dass zusammengenommen derselbe Effekt dabei herauskommt, wie wenn nur eine der beiden brechenden Oberflächen asphärisch wäre.
In beiden Ausführungsformen ist das Fernrohr 30 für die Entfernungseinstellung "Unendlich optimiert und eine Änderung des Sehfeldes (der Vergrößerung) durch Verschiebung des Trägers 40 ändert die Nenn-Brennweite nicht. Wenn man jedoch das Fernrohr 30 auf ein in endlicher Entfernung liegendes Objekt richten will, dann muss man das Fernrohr 30 hierauf zunächst scharf ein-
4-6
stellen, und dies geschieht durch Bewegung des Trägers 41, welcher im Beispiel der Fig. 1 die Linse D, im Beispiel der Fig. 2 die Linsen D und E trägt. Nach dieser anfänglichen Scharfeinstellung auf das in endlicher Entfernung liegende Objekt kann man den Träger 41 in dem erwähnten begrenzten achsialen Verschiebebereich auch noch zur Kompensation von Temperaturänderungmund von Einflüssen der Bewegungen des Zoom-Systems 25 auf die Scharfeinstellung verschieben und dadurch die bestmögliche Bildschärfe wieder herstellen.
Es sei noch erwähnt, dass alle Zahlenwerte in der Beschreibung und den Tabellen für eine Temperatur von 2O0C gelten und dass die V-Zahlen in Tabelle V nach der nachstehenden Formel berechnet sind:
Brechungsindex bei 10um - 1,00
Brechungsindex bei 8,5um - Brechungsindex bei 11,5pm
Die so definierte V-Zahl ist ein Maß für die Dispersion des betrachteten Werkstoffs in dem der Wärmebildtechnik dienenden Wellenlängenbereich.
BAD ORIGiWAi
■11
Oberfläche Abstand
(mm) /		 Tabelle I Material maximale Öff
nungsweite
(Apertur in mm
Durchmesser)
0 O Luft 15,30
Linse 1
2		 24,90
3,25		 bei Ver
größerung		 Krümmungs-
radius (mm)		 Luft
Germanium		 37,34
38,05
Austritts
pupille *		 3
4		 0,50
3,00		 ,jeder plan Luft
Germanium		 38,28
38,55
^A 5
6		 0,50
12,96		 jeder
jeder		 -229,25
-99,58		 Luft
Germanium		 35,68
23,84
B 7'#
8		 60,92
8,00		 jeder
j eder		 -318,43
-134,54		 Luft
Germanium		 58,67
61,27
C 9 66,00
46,00
26,00
6,00		 jeder
jeder		 31,36
22,92		 Luft 52,27
D 10 3,25 jeder
jeder		 -125,65
-64,82		 Germanium 51,44
E 11 5,59
25,59
45,59
65,59		 1 XI,04
X2.17
X4.44
X8.99		 -13869,63 Luft 78,19
12 9,75 jeder 154,89 Germanium 77,88
F 13 68,30
48,30
28,30
8,30		 XI,04
X2.17
X4.44
X8,99		 372,97 Luft . 71,75
14 4,00 jeder -310,81 Germanium 73,84
G 15
16		 2,00
4,25		 XI ,04
X2.17
X4.44
X8.99		 -116,62 Luft
ZnSe		 75,96
77,42
17I# 20,41
40,41
60,41
80,41		 jeder -549,06 Luft 133,83
H 18 12,5 jeder
jeder		 3054,37
660,41		 Germanium 142,63
I Xi ,04
X2.17
X4.44
X8.99		 -101,83
jeder -95,15
* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 46,4°.
# Die Linsenoberflächen 71 und 17' besitzen asphärisches Profil.
f Abstand der jeweiligen Oberfläche entlang der optischen Achse gemessen von der in der Tabelle darüberstehenden Oberfläche.
Tabelle II
ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Größe (in Milliradiant) eines durch das Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum unter verschiedenen Bedingungen *
bei einer Ver
größerung des Fern
rohrs von		 Bei monochromatischem Licht
der Wellenlänge 10,0 um		 Bei polychromatischem Licht mit ι
Wellenlängen von 8,5 pm bis 11,5 um		 0 0,41 0,82
X 1,04 Lage im Sehfeld, angegeben als Bruchteil des maximalen Sehfeld
winkels an der Austrittspupille #		 0,991 1,191 1,433
X 2,17 O 0,41 0,82 0,292 0,427 0,684
X 4,44 0,827 1,008 1,006 0,201 0,268 0,552
X 8,99 0,137 0,321 0,590 0,076 0,181 * 0,327
D,173 0,245 0,538
3,022 0,164 0,318
* Durchmesser der Austrittspupille = 14,4 mm.
® Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellenlängen 8,5; 10,0 und 11,5 um.
# Der maximale Sehfeldwinkel an der Austrittspupille beträgt 46,4°.
ti-
Tabelle III
Linse Oberfläche Abstand
(im) f 		bei Ver
größerung		 Krümmungs
radius (mm)		 Material maximale öff
nungsweite
(Apertur in mm
Durchmesser)
Austritts
pupille * 		0 O jeder plan Luft 11,00
A 1
2		 22,20
6,01		 jeder
jeder		 -34,23
-34,06		 Luft
Germanium		 37,66
43,04
B 3
4		 0,50
5,71		 jeder
jeder		 257,31
-418,32		 Luft
Germanium		 49,13
49,16
C 5
6		 0,50
17,50		 jeder
jeder		 52,21
41,83		 Luft
Germanium		 46,96
34,11
D 7
8		 111,87
4,25		 jeder
jeder		 -232,76
-1147,58		 Luft
Germanium		 68,13
70,30
E 9
10		 17,50
10,00		 jeder
jeder		 -232,96
-111,48		 Luft
Germanium		 90,30
92,92
110,00
X4.02
-1902'59
Luft
* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 72°.
# Die Oberfläche 19' hat ein asphärisches Profil.
f Abstand der jeweiligen Oberfläche entlang der optischen Achse gemessen von der in der Tabelle darüberstehenden Oberfläche.
88'07
12 4,5 jeder 604,52 Germanium 87,92
• 13 7,00
106,Όθ		 X4.02
X2O,'O2		 468,01 Luft 129,96
14 12,5 jeder -968,90 Germanium 129,29
H 15 109,00
76,00
43,00
10,00		 X4.02
X6,49
X20!02		 -279,82 Luft 124,28
16 5,50 jeder 3632,40 Germanium 126,04
I 17
18		 6,00
5,50		 jeder
jeder		 -989,90
-2315,89		 Luft
ZnSe		 128,33
130,66
J „■· 44,12
77,12
143,'i2		 X4.02
X6,49		 -208,40 Luft 221,10
20 15,50 jeder -183,19 Germanium 229,09
Tabelle IV
Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Größe (in Milliradiant) eines durch das Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum unter verschiedenen Bedingungen *
Bei monochromatischem Licht
der Wellenlänge 10,0 um		 Sehfeld, angegeben als J
an der Austrittspupille		 0,83 Bei polychromatischem
Wellenlängen von 8,5		 maximalen Licht mit *
um bis 11,5 um*
bei einer Ver Lage im
winkeis		 0,42 0,884 3ruchteil des
#		 0,42 Sehfeld-
größerung des Fern
rohrs von		 0 0,789 0,483 0 0,832 0,83
X4.02 0,484 0,601 0,297 0,547 0,610 0,923
X8.93 0,629 0,159 0,100 0,638 0,164 0,493
1 X14,03 0,087 0,465 0,095 0,065 0,300
X20.02 0,041 0,059 0,110
* Durchmesser der Aus'trittspupille = 10 mm.
@ Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellenlängen 8,5; 10,0 und 11,5 um.
# Der maximale Sehfeldwinkel an der Austrittspupille beträgt 72°.
■is
Tabelle V
Material Brechungsindex * V-Zahl #
248 209 142 169 152 144 77 260 316 176 137
* Bei einer Wellenlänge von 10 pm
# Gemittelt über den Wellenlängenbereich von 8,5um bis 11,5um gemäß der auf Seite 15 angegebenen Formel.
' Chalkogenidgiäser,welche von der Fa. Barr & Stroud Limited vertrieben werden (Chalkogene sind die Elemente der VI. Hauptgruppe des Periodischen Systems.
2)
; Chalkogenidgiäser, welche von der Fa. Texas Instruments Inc.,
U.S.A. vertrieben werden.
' Ein Chalkogenidglas, welches von der Fa. Amorphous Materials Inc. in Garland (Texas, U.S.A.) vertrieben wird.
' Ein kristalliner, infrarotdurchlässiger Halogenidwerkstoff, welcher von der Fa. Harshaw Chemical Co. in Selon (Ohio, USA) vertrieben wird.
BS2 " 2,85632
BSA1^ 2,77917
TI 1173 2) 2,60010
AMTIR 1 3) 2,49745
BS1 *> 2,49158
TI20 2) 2,49126
ZnSe 2,40653
KRS 5 4) 2,37044
CsJ 1,73933
CsBr 1,66251
KJ 1,62023

Claims (3)

17.11.1983 III/Be Barr & Stroud Limited, Glasgow G13 1HZ, Schottland Grossbritannien "Mehrlinsiges Objektiv zur Verwendung im infraroten Spektralbereich" Patentansprüche:
1. Mehrlinsiges Objektiv zur Verwendung im infraroten Spektralbereich, gekennzeichnet durch ein aus vier Komponenten bestehendes Zoom-System (25), welches die aus dem Gegenstandsraum (22) kommende Infrarotstrahlung auffängt,
und ein aus einer Komponente bestehendes kollektives System (26), welches hinter dem Zoom-System (25) angeordnet ist und aus den Strahlen, die vom Zoom-System (25) an das kollektive System (26) weitergeleitet werden, in einer Bildfläche (24) ein reelles Bild erzeugt,
wobei die Komponenten des Zoom-Systems (25) und des kollektiven Systems (26) aus Linsen (D,E,F,G,H,I, Fig.1;
bestehen
D,E,F,G,H,I,J, Fig.2)/deren brechende Oberflächen (7-18)
BAD ORIGINAL
auf einer gemeinsamen optischen Achse (21) angeordnet sind, wobei - vom kollektiven System (26) aus gezählt - die erste (E in Fig. 1;F in Fig. 2) und dritte (G, H in Fig. 1; H, I in Fig. 2) Komponente des Zoom-Systems (25) auf einem gemeinsamen Träger (41) angeordnet und mit diesem entlang der optischen Achse (21) verschiebbar sind, wohingegen die zweite (F in Fig. 1; G in Fig. 2) und vierte (I in Fig. 1; J in Fig. 2) Komponente des Zoom-Systems (25) auf der optischen Achse
(21) fest angeordnet sind, wodurch das Zoom-System (25) optisch kompensiert ist und eine variable effektive Brennweite besitzt,
und wobei die vierte Komponente des Zoom-Systems (25) eine Linse (I in Fig. 1; J in Fig. 2) mit einer asphärischen brechenden Oberfläche (17, in Fig. 1; 19 in Fig. 2) besitzt, wohingegen die brechenden Oberflächen (9 bis 16, bzw. 9 bis 18) aller anderen Linsen (E,F,G,H, in Fig. 1; E,F,G,H,I in Fig. 2) des Zoom-Systems (25) nicht asphärisch sind.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste (E in Fig. 1; F in Fig. 2) und dritte (G, H in Fig. 1; H, I in Fig. 2) Komponente des Zoom-Systems (25) beide negative Brechkraft besitzen, während die zweite (F in Fig. 1; G in Fig. 2) und vierte (I in Fig. 1 ; J in Fig. 2) Komponente des Zoom-Systems (25) beide positive Brechkraft besitzen.
BAD ORIGINAL
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gpkennzeichnet, daß das kollektive System (26) auf einem Träger (41) befestigt und wenigstens in kleinem Ausmaß entlang der optischen Achse (21) verschiebbar ist, um das Bild in der Bildfläche (24) wieder scharf einstellen zu können, wenn es infolge von — Temperaturänderungen oder Bewegungen des Zoom-Systems
(25) etwas unscharf geworden sein sollte.
4. Objektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß j edρ Komponente des Zoom-Systems (25) und das kollektive System (26) jeweils nur aus einer einzelnen Linse bestehen.
5. Objektiv nach einem der vorstellenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß alle Linsen aus Germanium bestehen.
6. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 1^ 20 daß die vierte Komponente (I in Fig. 1; J in Fiq.
2) aus Germanium besteht und daß wenigstens eine Linse der dritten Komponente (G,H in Fig. 1; H, I in Fig. 2) des Zoom-Systems (25) f arbkorri cj i erend ist und zu diesem Zweck aus einem der in Tabelle V .juf qe 1 ι ·-, tetmi M-sterialien besteht.
7. Verwendung des Objektivs nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem d-fokalen Linsenfernrohr.
8. Verwendung des Objektivs π.κ Ii einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem afokalen Linsenfernrohr mit dem in den nachstehenden Tabellen Γ und II niedergelegten Aufbau:
BAD ORIGINAL
«-f C VJ U Δ.
■ κ>-
Ie
Linse Oberf läciM 1 AbM1HId
("in) / bei Ver-
qroßerunq Krümmungs
radius (mm) Material max mi.) Ie n! ι
nunqsweiLe
(Apertur im
Durchmesser j Austritts-
pupilIe * 0 O jeder plan luft 15,3(1 A 1
2 24,90
3,25 jeder
jeder -229,25
-99,58 Luft
Germanium 37,34
38,05 B 3
4 0,50
3,00 jeder
jeder -318,43
-134,54 Luft
Germanium 38,28
38,55 C 5
6 . 0,50
12,96 jeder
jeder 31,36
22,92 Luft
Germanium 35,68
i'"i,M4 D 7'//
8 60,92
H1OO
" - 'WM'
46,00
26,00
6,00 jeder
jeder
y 1,04
X4!44
XM, 99 -125,65
-64,82
-13869,63 luft
Germanium 58,67
61,27 E 9 3,25 leder 154,89 luft 52,27 IO 2'j !by
45,59
65,59 X2.17
X4.44
XH ,99 372,97 Germanium 51,44 F 11 9,75 jeder
~ Xl ,Ü4"
X?, 1 7
X4,44
XH, 99 -310,81 Luft 78,19 12 68,30
4H, 30
28,30
8,30 jeder -116,62 Germanium 11 ,W G 13 4,00 jeder
jeder -549,06 luft /1./5 14 2,00
4.25 XI ,Γ)4
X2,17
X4,44
XH, 99 3054,37
660,41 Germanium 73,84 H 15
16 ~ 70,4T
40,41
60,41
80,41 jeder -101,83 luft
7nSe 75,(>f,
77,4? I ,7·» 12,5 -95,15 Luft 133,«3 18 Germanium 112,03
* Maximaler Sehfeldwinkel «in der Austri ttspupi 1 Ie = 46,4°.
H Die Linsenoberflächen 7' und 17' besitzen ar>phärir,ches l'rofil.
f Abstand der jeweiligen Oberf lache entlang der optischen Achse gemessen von der in der Tabelle darüberstehenden Oberfläche.
BAD ORIGINAL
Tabelle II
Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Große (in Mi11iradiant) eines durch das Fernr:nr abgeDiideten Pun<tes i^i Gegenstandsrau·- ^nter verschiedenen Bedingungen *
bei einer ver
größerung aes Fern-
rchrs von Bei ~onochrorr,3t;scTeT ;_icht
der Wellenlänge 10,0 ur 5ei poiyc^roratische^ Licht mit |
Weilenlangen von 8,5 μη bis 11,5 un 0 0,41 0,82 X 1,04 Lage irr. Sehfeld, angegeben als 3ruchteil des maximalen Sehfeld-
winKels an der Austrittspupille # 0,991 1,191 1,433 . X 2,17 0 0,41 0,82 0,292 0,427 0,684 X 4,44 0,827 1,008 1,006 0,201 0,268 0,552 X S,99 0,137 0,321 0,590 0,076 0,131 .0,327 D,173 0,245 0,533 0,022 0,164 C,313
* Durchmesser der Aüstrittspupille = 14,4 m.
© Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellenlängen 8,5; 10,0 und 11,5 um.
tt Der T.axiraie 5ehfeldwmkel an der Aüstrittspupille betragt 46,43.
LVVL
W Macho;-·
9. Verwendung des Objektivs nach oinem der Ansprüche 1 bis 6 in einem afokalen Li nsenf r>rnrohr mit dem in den nachstehenden Tabellen III und IV niedergelegten Aufbau:
Oberfläche Abstand
(mm) f label Ie III Material maximale Off-
nungswei Lp
(Apertur in mm
Durchmesser) 0 0 Luft 11,00 Linse 1
2 22,20
6,01 bei Ver
größerung Krümmungs
radius (mm) Luft
Germanium 37,66
43,04 Austritts-
pupilie * 3
4 0,50
5,71 jeder plan Luft
Germanium 49,13
49,16 Λ 5
6 0,50
1 /, 50 jeder
jeder -34,23
-34,06 Luft
Germanium 41.,'K)
34,11 B 7
H jeder
jeder 257,31
-418,32 C 9
10 111,87
4,25 joder
jeder 52,21
41,83 luft
Germanium 68,13
70,30 11 1 /, 50
10,00 Luft
Germanι um 90,30
92,92 ϋ 12 110,00
/7,00
44,00
11,00 jeder
jeder -232,76
-1147,58 Luft 88,07 Γ 13 4,5 jeder
jeder -232,96
-111,48 Germanium 87,92 F 14 7,00
40,00
73,00
106,00 X4.02
X6.49
X11.40
X20.02 -1902,59 Luft 129,96 1b 12,5 jeder 604,52 Germanium 129,29 G 16 109,00
76,00
4 J, 00
10, OO X4.02
X6.49
X11.40
X20.02 468,01 Luft 124,28 1/
IH 5,50 jeder -968,90 Germanium 126,04 Il 11J1" 6,00
5,'.O X4.02
X6.49
X11.40
X20.02 -279,82 Luft
ZnSe 128,33
130,66 20 44,12
//,12
110,12
143,12 jeder 3632,40 Luft 221,10 i 15,50 jeder
jeder -989,90
-2315,89 Germanium ??9,0c) j X4,02
X6,49
X11.40
X20.02 -208,40 jeder -183,19
* Maximaler Sohl"ldwinkel an der AusLrittspupille = 72°.
# Die Oberfläche I1V ImL ein ^sphärisches Profil.
f Abstand dor jeweiligen Oberfläche entlang der optischen Achse gemessen von der in der Tabelle darüberstehenden Oberfläche.
BAD ORIGINAL
Tabelle IV
Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Große (in Milliradiant) eines durch das Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum unter verschiedenen Bedingungen *
■r w-r-
Bei "onochro^atische"1 Licht
der wellenlänge 10,0 um
Bei Dolychronatiiche0 Licht'Tit WeIIi"längen von 8,5 jr bis 11,5 utf
•Lage i~ Se"
*IiNclS si
iac -ai
2a -ern-
rchrs
Durchmesser der Austrittsp-rilie = 10 ^m.
itte it als eine
icr.tete 2k<.-,~"_,l:erte Messung bei den drei Wellen! an nen
3.5; 10,0 und 11,5 ur.
« Der "laxi'aie Sehfeluwinkel an der Austrittspupille betragt 72°.
^-.32 0,529 ■:. "39 0,463 j 0,5·:: 0,6'O :,923 *5,93 0,OB7 C.601 0,297 0,633 0,16^ C.-93 XU,C3 0.0Ä1 0,159 0,100 0,095 0,065 C, 300 X2Q.02 0,465 0,059 C , 11 3
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