DE69825875T2

DE69825875T2 - Brechende/beugende infrarotabbildungsoptik

Info

Publication number: DE69825875T2
Application number: DE69825875T
Authority: DE
Inventors: B. Robert CHIPPER
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: EP0970400A1; JP4422216B2; AU6685198A; JP2001521635A; EP0970400B1; US5973827A; WO1998044374A1; DE69825875D1; EP0970400B9

Description

Technisches Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Infrarot-Bilderzeugungs-Linsensystem und insbesondere auf einen Infrarot-Bilderzeuger, der beugende Oberflächen verwendet, um Farb- und/oder Feldaberrationen zu berichtigen.
Ein System dieses Typs ist aus US-A-5,504,628 oder EP-A-0532267 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass verschiedene Lichtfrequenzen sich nicht auf denselben Ort fokussieren, nachdem sie eine Linse durchtreten haben. Aus diesem Grund ist in die dem Stand der Technik entsprechenden Linsensysteme eine Farbberichtigung eingebaut worden. Das gilt natürlich nicht nur für Linsensysteme, die sichtbares Licht fokussieren, sondern auch für Infrarot-Linsensysteme. Ein typisches Infrarot (IR)-System arbeitet über ein moderates Wellenband, beispielsweise 3-5 Mikrometer oder 8-12 Mikrometer. Weiterhin bringen die meisten Linsen, insbesondere Linsen mit sphärischen Oberflächen, Feldaberrationen, einschließlich Astigmatismus und Koma (Asymmetriefehler) ein.
1 zeigt einen herkömmlichen Bilderzeuger mit einfachem Sichtfeld (FOV). Er weist drei brechende Elemente auf, das Objektiv 10, die Farbberichtigungslinse 12 und die Feldlinse 14. Die Objektivlinse 10 ist das primäre fokussierende Element, welches die größte Wirkung hat und eine Sammellinse ist. Die Objektivlinse sammelt das Licht von dem abzubildenden gewünschten Objekt und fokussiert diese Energie auf den Detektor. Die Objektivlinse ist üblicherweise aus Germanium hergestellt, weil Germanium eine hohe Brechungszahl und eine geringe Farbzerlegung des Lichts aufweist. Farbzerlegung ist die Veränderung der Brechungszahl mit der Wellenlänge, wodurch bewirkt wird, dass sich jede Wellenlänge an einem geringfügig unterschiedlichen Ort fokussiert. Für ein 8-12 Mikrometer-Wellenband würden diese mehrfachen Brennpunkte eine Unschärfe des Bilds bewirken. Daher wird eine Farbberichtigungslinse benötigt. Die Farbberichtigungslinse 12 ist ein optisch negativ wirkendes, in hohem Maße zerstreuendes Material, das verwendet wird, um alle gewünschten Wellenlängen des Lichts zu einem gemeinsamen Brennpunkt zu bringen. Die Farbberichtigungslinse ist normalerweise aus Zinkselenid hergestellt. Die Feldlinse 14 ist eine optisch positiv wirkende Linse, die verwendet wird, um Feld- oder Bildaberrationen, beispielsweise Astigmatismus und/oder Koma zu berichtigen. Die Feldlinse ist normalerweise aus Germanium hergestellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Ausdrücke beugendes optisches System oder beugendes optisches Element beziehen sich auf solche optischen Elemente, deren Arbeitsweise auf der Nutzung der Wellennatur des Lichts basiert. Diese umfassende Kategorisierung kann in mehrere Unterabschnitte unterteilt werden. Beugende Linsen sind Elemente, die Funktionen erfüllen, die denen von herkömmlichen brechenden Linsen gleich sind, z.B. erzeugen sie ein Bild. Kinoformen sind beugende Elemente, deren Phasenmodulation durch ein Oberflächenrelief einge leitet wird. Binäre optische Systeme sind Kinoformen, die durch fotolithographische Technologien hergestellt sind und die sich in einer „Treppenstufen„-Annäherung an das gewünschte Profil ergeben. Jeder fotolithographische Schritt erhöht die Anzahl der Ebenen in der Oberfläche um einen Faktor von zwei, daher der Ausdruck binäre Optik. Kinoformen sind hocheffektive beugende Elemente.
Zwei Bezugsquellen zu diesem Thema sind „Binary Optics„ von Veldkamp u.a., Scientific American, Mai 1992, S. 92-97 und „Diffractive Optical Elements For Use In Infrared Systems (Beugende optische Elemente für die Verwendung in Infrarot-Systemen), von Swanson u.a., Optical Engineering, 28(1989)6, S. 605-608. Kürzlich hat Veldkamp die Fotolithographie verwendet, um eine Annäherung an das Kinoform-Oberflächenprofil zu erreichen. In noch neuerer Zeit haben wir das Diamantspitzendrehen (DPT) verwendet, um die korrekte Kinoform-Oberfläche für IR-Optik-Elemente für lange Wellenlängen (10 Mikrometer) zu erzeugen und dadurch die binäre Annäherung umgangen.
Wegen ihrer farbzerlegenden Natur können beugende Elemente für die Farbberichtigung verwendet werden. Beugende optische Elemente sind in hohem Maße farbzerlegend, indem sie weißes Licht in seine Komponentenfarben von rot an einem Ende des Spektrums bis blau am anderen Ende aufbrechen. Diese Farbzerlegung ist im Vorzeichen der von den meisten Gläsern entgegengesetzt und hebt die Farbzerlegung der meisten herkömmlichen Linsen auf. Daher kann über ein kleines Wellenlängenband durch Kombinieren der herkömmlichen Optik mit der Beugungsoptik die chromatische Aberration, die aus der farbzerlegenden Eigenschaft des Glases entsteht, verringert werden.
Normalerweise ist auf einer Glaslinse die beugende Oberfläche eine Kinoform, die durch Diamantspitzendrehen hergestellt, gemustert und geätzt oder ähnlich behandelt wird. Kinoformen sind farbzerlegende Elemente, deren Phasenmodulation durch ein Oberflächenreliefmuster eingeleitet wird. Die farbzerlegende optische Oberfläche führt zu einer Stufenfunktion, deren Oberfläche um genau eine Wellenlänge der interessierenden Lichtfrequenz (vorzugsweise 10 Mikrometer für den Betrieb im 8- bis 12-Mikrometer-Bereich) jedes Mal dann verringert wird, wenn ihre Dicke um diesen Betrag zunimmt. Das Muster, das erforderlich ist, um das holographische Element zu erzeugen, wird durch Hinzufügen eines Ausdrucks zu der asphärischen Gleichung, der eine Phasenverschiebung dazu bewirkt, bereitgestellt.
2 zeigt eine Methode zur Vereinfachung der herkömmlichen Ausgestaltung. Diese verbesserte Ausgestaltung ist der der herkömmlichen Ausführung ähnlich, mit der Ausnahme, dass sie die Farbberichtigungslinse durch eine beugende Oberfläche 16 auf der Objektivlinse ersetzt. Die beugende Oberfläche 16 ist normalerweise durch Diamantspitzendrehen auf die zweite Oberfläche der Objektivlinse gedreht. In der Ausgestaltung von 2 wird nur die beugende Oberfläche 16 für die Farbberichtigung verwendet.
Es wird ein Infrarot-Bilderzeuger offenbart. Der Bilderzeuger umfasst eine brechende Objektivlinse, beispielsweise eine Infrarot durchlassende Linse aus Glas mit einer Oberfläche, die ein farbberichtigendes Beugungsmuster und eine Infrarot durchlassende, polymere Feldlinse mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche mit einem ersten feldberichtigenden Beugungsmuster darauf aufweist, wobei das erste feldberichtigende Beugungsmuster dazu dient, Aberrationen eines Bildes zu reduzieren. In einigen Ausführungen umfasst der Bilderzeuger ferner ein zweites feldberichtigendes Beugungsmuster auf der Feldlinse, wobei das erste und das zweite feldberichtigende Beugungsmuster zusammenwirken, um die Aberrationen des Bildes zu verringern. Vorzugsweise ist die Objektivlinse eine Glaslinse, wobei das Glas aus der Gruppe bestehend aus Ge, Chalkogenid-Glas, ZnS, ZnSe, GaAs und TI-1173-Glas ausgewählt ist.
Es wird ein weiterer Infrarot-Bilderzeuger offenbart. Der Bilderzeuger umfasst eine Infrarot durchlassende achromatische Linsengruppe. Diese achromatische Gruppe umfasst eine brechende Objektivlinse, beispielsweise eine Infrarot durchlassende Linse aus Glas, und eine zweite Infrarot durchlassende Linse. Die zweite Infrarot durchlassende Linse hat eine im Wesentlichen ebene Oberfläche mit einem Oberflächenbeugungsmuster, wobei das Oberflächenbeugungsmuster mit der brechenden Linse zusammenwirkt, um chromatische Aberrationen zu verringern. Der Bilderzeuger umfasst ferner eine Infrarot durchlassende polymere Feldlinse. Die Feldlinse weist eine im Wesentlichen ebene Oberfläche mit einem ersten feldberichtigenden Beugungsmuster auf, wobei das erste feldberichtigende Beugungsmuster dazu dient, Aberrationen eines Bildes zu reduzieren. In einigen Ausführungen umfasst die Feldlinse ein zweites feldberichtigendes Beugungsmuster, wobei das erste und das zweite feldberichtigende Beugungsmuster zusammenwirken, um die Aberrationen des Bildes zu verringern.
In einigen Ausführungen umfasst einer dieser Bilderzeuger ferner einen oder mehrere Faltspiegel, Fenster und/oder Filter. In einigen Ausführungen umfasst der Bilderzeuger einen Chopper zwischen der Feldlinse und der Bildebene. Der Chopper kann die optische Energie unwirksam machen oder reflektieren oder er könnte ein oder mehrere optische Elemente umfassen, die das Bild unbrauchbar machen oder defokussieren. In einigen Ausführungen umfassen ebene Oberflächen, die keine beugenden Oberflächen aufweisen, anti-reflektierende Sub-Wellenlängen-Strukturen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein vereinfachtes Bild eines herkömmlichen Bilderzeugers mit einfachem Sichtfeld (FOV).
2 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Bilderzeugers mit einer beugenden Oberfläche auf der Objektivlinse.
3 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Bilderzeugers mit einer beugenden Oberfläche auf der Objektivlinse und mit einer polymeren Feldlinse.
4 zeigt einen Bilderzeuger mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld mit einer beugenden Oberfläche auf der Objektivlinse.
5 zeigt einen Bilderzeuger mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen Bilderzeuger mit einem horizontalen 3° -Sichtfeld gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt einen Bilderzeuger mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld.
8 zeigt einen Bilderzeuger mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld.
9 zeigt einen Chopper, der in den optischen Pfad eines Bilderzeugers eingesetzt ist.
10 zeigt einen gefalteten Bilderzeuger.
11 zeigt eine grafische Darstellung, welche die Phase über dem Radius der farbberichtigenden Beugungsoberfläche des Bilderzeugers von 7 darstellt.
12 zeigt eine grafische Darstellung, welche die Phase über dem Radius der ersten feldberichtigenden Beugungsoberfläche des Bilderzeugers von 7 darstellt.
13 zeigt eine grafische Darstellung, welche die Phase über dem Radius der zweiten feldberichtigenden Beugungsoberfläche des Bilderzeugers von 7 darstellt.
14 zeigt die theoretische Modulations-Übertragungsfunktion (MTF) des Bilderzeugers mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld von 4.
15 zeigt die theoretische Modulations-Übertragungsfunktion (MTF) des Bilderzeugers mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld von 5.
16 zeigt die theoretische Modulations-Übertragungsfunktion (MTF) des Bilderzeugers mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld von 7.
17 zeigt die theoretische Modulations-Übertragungsfunktion (MTF) des Bilderzeugers mit einem horizontalen 12° -Sichtfeld von 8.
18 zeigt mehrere Arten von beugenden achromatischen Linsengruppen.
19 zeigt beugende achromatische Linsengruppen mit farbberichtigenden beugenden Linsen, die aus alternierenden Materialien gebildet sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Beim Entwurf eines Infrarot-Bilderzeugers werden oft mehrere Parameter berücksichtigt. Diese Parameter schließen die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) sowohl auf der Achse als auch außerhalb der Achse, Kosten, Gewicht, Lebensdauer und Fehlerrisiko ein. Ein neuerer Entwurf eines Bilderzeugers mit einem hori zontalen Sichtfeld (HFOV) von 12° für das 8- bis 12-Mikrometer-Infrarotband zeigte, dass ein herkömmlicher Bilderzeuger mit einer farbberichtigenden Beugungsoberfläche auf der Objektivlinse eine gute Leistungsfähigkleit (MTF und Durchlässigkeitsgrad), eine hohe Lebensdauer und ein geringes Fehlerrisiko bieten könnte. 4 zeigt diesen Anfangsentwurf und 14 zeigt die theoretische MTF dieses Anfangsentwurfs. Die bekannten Technologien erlauben jedoch keine wesentlichen Kosten- und Gewichtsverringerungen bei Beibehaltung der Leistungsfähigkeit. Um dieses Problem zu lösen, habe ich mehrere neue Klassen von Entwürfen untersucht. Zwei Methoden, die sowohl die Objektiv- als auch die Feldlinse durch polymere beugende Linsen und die Objektivlinse durch eine polymere beugende Linse ersetzen, haben sich als unpraktisch erwiesen. Eine Klasse von Entwürfen, die 3 in vereinfachter Form darstellt, ist jedoch vielversprechend. Diese Entwürfe behielten das Glasobjektiv mit einer farbberichtigenden Beugungsoberfläche bei, verwendeten jedoch eine polymere beugende Linse, um Feldaberrationen, beispielsweise Astigmatismus und Koma zu berichtigen. Die polymere beugende Linse verwendet in einer ebenfalls anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Dauerhafte polymere optische Systeme„, Seriennummer 08/289,404 das Merkmal der Infrarot durchlassenden Scheibe. Diese Scheibe ist durch Bilden eines Beugungsmusters auf einer oder auf beiden Seiten zu einer Linse weiter bearbeitet. Normalerweise ist das beugende Muster eingeprägt. Es könnten jedoch auch andere Mustererzeugungsverfahren, wie zum Beispiel Ätzen, verwendet werden. Beim Einprägen einer polymeren Infrarot durchlassenden Scheibe ist es bevorzugt die Scheibe zuerst zu erweichen. Das Erwärmen einer polymeren Infrarot durchlassenden Scheibe erweicht diese. Temperaturen in der Größenordnung von 150°C erzielen gute Ergebnisse. Das zu erzeugende beugende Muster muss jedoch mit Übermaß erzeugt werden, um während des Abkühlens ein Schrumpfen zu erlauben. Ein eingeprägtes beugendes Muster könnte eine binäre Annäherung sein. Es wird jedoch bevorzugt, eine reine Kinoform durch Diamantspitzenddrehen in ein Einprägewerkzeug einzuarbeiten.
Diese Untersuchung ergab keinen Entwurf, welcher der MTF-Leistungsfähigkeit des Entwurfs von 4 entspricht. Es war jedoch ein Entwurf mit geringfügig geringerer Leistungsfähigkeit möglich. Dieser in 5 dargestellte Entwurf ist ebenfalls ein 12°-HOFV-Entwurf, ist jedoch leichter und billiger als der Entwurf von 4. Wie 15 zeigt, weist der Bilderzeuger eine Objektivlinse 10 mit einer farbberichtigenden Oberfläche 16, eine im Wesentlichen ebene, beugende Feldlinse 18, die aus einem Infrarot durchlassenden Polymer mit einem ersten Oberflächenbeugungsmuster 20 und einem zweiten Oberflächenbeugungsmuster 22 gebildet ist, auf. 5 zeigt weiterhin eine Blende 26, ein Detektorfenster 24 und die Bildebene 36, jedoch weder einen Chopper noch einen Abtastspiegel, wie sie in einigen Arten von IR-Systemen üblicherweise verwendet werden. 6 zeigt einen ähnlichen Bilderzeuger mit einem 3°-HFOV. In dieser Ausführung ist die Blende 26 nahe der Montagefläche der Objektivlinse 10 angeordnet. Tabelle 1 enthält eine Zusammenfassung der verschiedenen Elemente der Figuren.
Tabelle 1. Elemente der Figuren
Diese spezielle Ausgestaltung verwendet eine beugende Faltlinse 18 mit sowohl einem ersten beugenden Oberflächenmuster 20 und einem zweiten beugenden Oberflächenmuster 22. Eine andere Ausführung dieser Ausgestaltung verwendet nur ein beugendes Muster, um die gleichen Aberrationen zu berichtigen, wie die Dualmusterausgestaltung. Die Dualmuster-Ausgestaltung wurde gewählt, weil das erste Muster 20 und das zweite Muster 22 jeweils einfacher ist, als ein Einzelmuster, das die gleichen Aberrationen berichtigt. Eine beugende Feldlinse 20 mit einem beugenden Einzelmuster könnte das beugende Einzelmuster entweder als ein erstes beugendes Oberflächenmuster 20 oder als ein zweites beugendes Oberflächenmuster 22 aufweisen. Ein Vorteil einer Feldlinse mit einem einzelnen beugenden Muster ist, das es möglich ist, dass die andere Seite der Linse eine anti-reflektierende Sub-Wellenlängen-Struktur (eine Art von einem abgestuften Index) aufweist, wodurch die Fresnel-Reflexionsverluste verringert werden. Physical Optics Corp. Ist in der Lage Einprägungswerkzeuge herzustellen, die anti-reflektierende Sub-Wellenlängen-Strukturen auf einer ebenen Oberfläche eines optischen Elements erzeugen können.
In einem Ausführungsbeispiel, das nicht Bestandteil der Erfindung ist, ist die farbberichtigende beugende Oberfläche von der Objektivlinse 10 entfernt worden. Statt dessen ist die farbberichtigende beugende Oberfläche 16 auf der beugenden farbberichtigenden Linse 28 gebildet, wie es in 7 dargestellt ist. In dieser Ausführung wirken die Objektivlinse 10 aus Glas und die beugende farbberichtigende Linse 28 zusammen, um einen beugenden Achromat 30 zu bilden. Dieser beugende Achromat ist billiger und leichter als ein farbberichtigendes Standardschema, das zwei Brechungslinsen verwendet. In einigen Anwendungen können die geringen Kosten von polymeren beugenden Linsen dazu führen, dass dieser beugende Achromat gegenüber einer beugenden Oberfläche auf der Objektivlinse bevorzugt wird. Ein beugender Achromat kann zusätzliche Vorteile aufweisen, wenn er mit einer Linse niedriger Leistungsfähigkeit kombiniert wird, beispielsweise mit einer billigen Objektivlinse 10 mit sphärischen Oberflächen. Die farbberichtigende beugende Oberfläche 16 kann modifiziert werden, um auch Aberrationen, die durch eine nicht-ideale Linse hervorgerufen werden, wie zum Beispiel sphärische Aberrationen, zu berichtigen. Alternativ könnte die einzelne beugende Oberfläche in zwei einfachere beugende Oberflächen, eine auf jeder Seite der beugenden Linse 28, geteilt werden. Wenn die beugende Linse 28 nur eine beugende Oberfläche aufweist, kann es vorteilhaft sein, eine anti-reflektierende Sub-Wellenlängen-Struktur auf der anderen Oberfläche zu bilden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Tabelle 2 zeigt die Vorschrift und 16 die MTF-Leistungsfähigkeit einer Ausführung dieser Ausgestaltung. 11, 12 und 13 stellen graphische Darstellungen der Phase über dem Radius für die farbberichtigende beugende Oberfläche 16, die erste feldberichtigende beugende Oberfläche 20 bzw. die zweite feldberichtigende beugende Oberfläche 22 dar. Es sollte bemerkt werden, dass diese Information nur ein erläuterndes Beispiel ist und nicht dazu ausgelegt werden sollte, die vorliegende Erfindung einzuschränken.
Tabelle 2. Optische Auslegung eines Infrarot-Bild erzeugers
Asphärische Gleichung:
Darin ist CC = 1/RD und Y ist der Halbdurchmesser (Radius).
Beugungsgleichung:
Darin ist N1 = 1,50, N2 = 1, Lambda = 10,2 μm, Hor = –1 und Y ist der Halbdurchmesser
8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Diese Methode verwendet eine brechende Feldlinse 14 mit dem beugenden Achromat 30 aus der Ausführung von 7. 17 zeigt, dass diese Ausführung eine gegenüber der Ausführung von 7 verbesserte MTF-Leistungsfähigkeit außerhalb der Achse zeigt.
9 zeigt einen Infrarot-Bilderzeuger ähnlich dem von 7, der jedoch einen Chopper 32 vor dem Fenster 24 aufweist. Dieser Chopper moduliert die optische Energie, die in die Bildebene 36 einfällt, wie es von einigen Arten von Astro-IR-Systemen gefordert wird. Im Fachgebiet sind viele Chopper bekannt. Eine Art ist ein optisch transparentes Fenster mit einem lichtundurchlässigen Muster auf Teilbereichen des Fensters. Im Betrieb rotiert der Chopper 32 schnell. Wenn der lichtundurchlässige Teilbereich des Choppers in das Strahlenbündel eintritt, blockiert er die optische Energie (von mindestens einem Teil der Szene) so, dass sie nicht den in der Bildebene angeordneten Detektor erreicht. Andere Chopper ersetzen den lichtundurchlässigen Teilbereich durch ein optisches Element oder durch mehrere optische Elemente. Ein solches Schema verwendet einen optischen Diffusor oder ein anderes optisches Element, beispielsweise eine Anordnung von Mikrolinsen, um das Bild in der Bildebene zu defokussieren oder unbrauchbar zu machen. Obwohl diese Chopper Elemente mit optischer Wirkung verwenden, verwenden sie diese Elemente nicht dazu, ein Bild zu erzeugen, sondern statt dessen das Bild unbrauchbar zu machen. Ein Chopper 32 ist normalerweise dort angeordnet, wo das optische Strahlenbündel klein ist, beispielsweise zwischen der Feldlinse 18 und dem Fenster 24. Bei einigen Ausgestaltungen kann jedoch der Chopper an anderen Orten positioniert werden.
10 zeigt einen Infrarot-Bilderzeuger, ähnlich dem von 7, der jedoch einen Faltspiegel 34 zwischen dem beugenden Achromat 30 und der beugenden Feldlinse 18 aufweist. Die Verwendung von einem oder von mehreren Faltspiegeln und/oder anderen Elementen ohne optische Wirkung (beispielsweise Fenster) sind allgemein bekannte Technik für die Zusammenstellung von Baugruppen. In einigen Systemen, einschließlich von Abtast-Inrarot-Systemen, jedoch nicht darauf beschränkt, kann ein Faltspiegel auf einem Drehzapfen angeordnet sein. Das würde es erlauben, den Spiegel zu drehen und somit den Szenenort in der Bildebene zu verlagern.
Die Erfindung ist nicht so auszulegen, dass sie auf die hierin beschriebenen Beispiele eingeschränkt ist, da diese als erläuternde und nicht als einschränkende Beispiele angesehen werden. Die Erfindung ist dazu bestimmt, alle Prozesse und Strukturen, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, zu erfassen. So ist es zum Beispiel in der beugenden Achromatgruppe 30 bevorzugt, die beugende farbberichtigende Linse 28 auf einer ebenen Oberfläche der Objektivlinse 10 anzubringen. Eine akzeptable Leistungsfähigkeit kann jedoch an Stellen erreicht werden, die von der Objektivlinse weg verlagert sind. Weiterhin zeigen die vorhergehenden Beispiele des beugenden Achromaten 39 eine positive Meniskuslinse. 18 zeigt mehrere verschiedene Ausgestaltungen von beugenden Achromaten. Die beugenden Achromaten schließen auch Gruppen mit negativen brechenden Linsen 40, beispielsweise bikonkave Linsen und Meniskus-Linsen ein. Obwohl sich das vorliegende Patent auf farbberichtigende beugende Linsen auf Polymerbasis konzentriert, könnten statt dessen andere durchsichtige Materialien mit farbberichtigenden beugenden Oberflächen verwendet werden. 19 zeigt beugende Achromaten mit dickeren beugenden Linsen.
Das vorliegende Patent verwendet beugende optische Systeme mit auf ihrer Oberfläche gebildeten Kinoform-Mustern. Es können jedoch andere Arten von beugenden Elementen, beispielsweise binäre beugende und auf der Holografie basierende beugende Elemente verwendet werden, um die hierin angeführten optischen Korrekturmerkmale bereitzustellen.
Das vorliegende Patent hat Infrarot durchlassende optische Systeme für ihre Beispiele verwendet. Alle hierin beschriebenen Techniken und Prinzipien sind jedoch auch auf optische Systeme für sichtbares Licht anwendbar. Anstelle der Verwendung von Infrarot durchlassenden brechenden und beugenden Elementen können auch das sichtbare Licht durchlassende Elemente verwendet werden. Die bevorzugten Elemente für sichtbares Licht können nicht die beugenden Kinoform-Elemente sein. Es gibt jedoch im Fachgebiet viele bekannte Techniken, einschließlich binäre und holografische, um beugende optische Elemente für die Verwendung für sichtbare Wellenlängen zu bilden.

Claims

Ein Infrarot-Bilderzeuger mit: einer Infrarot-durchlassenden Objektivlinse (10) aus Glas mit einer Oberfläche (16), die ein farbberichtigendes Zerstreuungsmuster aufweist; und einer Infrarot-durchlassenden Feldlinse (18), die eine im Wesentlichen ebene Oberfläche (20) mit einem ersten feldberichtigenden Zerstreuungsmuster darauf aufweist, das dazu dient, die Feldaberrationen eines Bildes zu reduzieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten feldberichtigenden Zerstreuungsmuster auf der Feldlinse, wobei die ersten und zweiten feldberichtigenden Zerstreuungsmuster zusammenwirken, um die Aberrationen des Bildes zu reduzieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse (10) Glas umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ge, Chalkogenid-Glas, ZnS, ZnSe, GaAs, und TI-1173-Glas.
Bilderzeuger nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse (10) Teil einer Infrarot-durchlassenden achromatischen Linsengruppe (30) ist, wobei die Gruppe auch eine zweite IR-durchlassende Linse (28) mit einer im Wesentlichen ebenen Fläche ist, die ein Oberflächenzerstreuungsmuster aufweist, das mit der Objektivlinse (10) zusammenwirkt, um die chromatischen Aberrationen zu reduzieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 4, ferner mit einem zweiten feldberichtigenden Zerstreuungsmuster auf der Feldlinse (18), wobei die ersten und zweiten feldberichtigenden Zerstreuungsmuster zusammenwirken, um die Aberrationen des Bildes zu reduzieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 4, wobei die Objektivlinse (10) Glas umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ge, Chalkogenid-Glas, ZnS, ZnSe, GaAs, und TI-1173-Glas.
Bilderzeuger nach Anspruch 4, ferner mit einem Faltspiegel (34).
Bilderzeuger nach Anspruch 4, ferner mit einem Chopper (32) zwischen der Feldlinse (18) und dem Bild.
Bilderzeuger nach Anspruch 4, wobei die Objektivlinse (10) eine Meniskus-linse ist.
Bilderzeuger nach Anspruch 4, wobei der Bilderzeuger keine zusätzlichen Elemente zur Bilderzeugung bis auf Elemente verwendet, die keine optische Wirkung haben.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, ferner mit einem optischen Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Faltspiegeln (34), Fenstern (24) und Filtern besteht.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, ferner mit einem Chopper (32) zwischen der Feldlinse (18) und einer Bildebene (36).
Bilderzeuger nach Anspruch 12, wobei der Chopper (32) eine undurchlässige Oberfläche besitzt, um optische Energie zu blockieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 12, wobei der Chopper (32) ein defokussierendes optisches Element zum Defokussieren des Bildes besitzt.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei die Objektivlinse (10) brechende Wirkung hat.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei beide Oberflächen (20, 22) der Feldlinse (18) zerstreuende Muster aufweisen, die zusammenwirken, um die Aberrationen des Bildes zu reduzieren.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei die Feldlinse (18) ein Polymeres umfasst.
Bilderzeuger nach Anspruch 17, wobei eine Oberfläche (22) der Feldlinse (18), die nicht die Oberfläche (20) mit dem zerstreuenden Muster ist, eine anti-reflektierende Sub-Wellenlängen Struktur hat.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei die Feldlinse (18) ein Polymeres aufweist und wobei das Zerstreuungsmuster eingeprägt ist.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei die Feldlinse (18) ein Glasmaterial umfasst.
Bilderzeuger nach Anspruch 10, wobei das zerstreuende Oberflächenmuster der zweiten IR-durchlassenden Linse (28) ferner mit der Objektivlinse (10) zusammenwirkt, um auch monochromatische Aberrationen zu reduzieren.