FR2930049A1

FR2930049A1 - Lens for use in infrared radiation field, has optical group with athermalisation lens whose index variation according to temperature is negative and whose optical power sign is identical to determined sign

Info

Publication number: FR2930049A1
Application number: FR0852524A
Authority: FR
Inventors: Frederic Duval
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-16
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: FR2930049B1

Abstract

The lens has an optical group (G2) whose optical power is a determined sign. The group has an athermalisation lens (21) whose index variation according to temperature is negative and whose optical power sign is identical to the determined sign, where the lens (21) is made of calcium fluoride. A diffractive element (221) ensures an achromatization of the lens. The group includes a main lens (22) whose sign of optical power is identical to the determined sign and whose index variation according to temperature is positive.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un objectif adapté pour fonctionner dans le 5 domaine du rayonnement infrarouge avec une athermalisation passive. ETAT DE L'ART Un objectif est composé d'un ensemble d'éléments optiques, notamment de lentilles, qui sont caractérisés par leur géométrie et par les propriétés des matériaux les constituant. 10 Une de ces propriétés est l'indice de réfraction n, qui varie en fonction d'une part de la longueur d'onde et d'autre part de la température. La variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde est exprimée par la constringence v, ou nombre d'Abbe, qui est un nombre positif caractérisant le pouvoir dispersif du matériau dans lequel l'élément 15 est fabriqué. Plus la constringence est faible, plus le matériau est dispersif. La variation de l'indice de réfraction en fonction la température T est exprimée par la valeur dT , qui peut être positive ou négative. Un objectif dont la position du plan de focalisation ne varie pas en fonction de la température est dit athermalisé , et un objectif dont la 20 position du plan de focalisation ne varie pas en fonction de la longueur d'onde est dit achromatisé . Pour un objectif optique devant fonctionner dans une certaine plage de températures, par exemple entre -30°C et +70°C, et dans une bande spectrale étendue, par exemple la bande IR II [3 pm- 5 pm], on cherche à la 25 fois à - athermaliser la formule optique représentative du comportement optique de l'objectif, c'est-à-dire avoir un comportement de l'objectif le plus indépendant possible de la température, et - achromatiser la formule optique, c'est-à-dire avoir un comportement 30 le plus indépendant possible de la longueur d'onde. GENERAL TECHNICAL FIELD The present invention relates to an objective adapted to operate in the field of infrared radiation with passive athermalization. STATE OF THE ART An objective is composed of a set of optical elements, in particular lenses, which are characterized by their geometry and by the properties of the materials constituting them. One of these properties is the refractive index n, which varies according to a part of the wavelength and secondly of the temperature. The variation of the refractive index as a function of the wavelength is expressed by the constringence v, or Abbe number, which is a positive number characterizing the dispersive power of the material in which the element is manufactured. The lower the constringence, the more dispersive the material is. The variation of the refractive index as a function of the temperature T is expressed by the value dT, which can be positive or negative. An objective whose position of the focusing plane does not vary as a function of the temperature is said to be athermalized, and an objective whose position of the focusing plane does not vary as a function of the wavelength is said to be achromatized. For an optical objective to operate in a certain temperature range, for example between -30 ° C and + 70 ° C, and in an extended spectral band, for example the IR II band [3 pm-5 pm], we seek to 25 - athermalize the optical formula representative of the optical behavior of the objective, that is to say, to have a behavior of the objective as independent as possible from the temperature, and - to achromatize the optical formula, it is that is, to have the most independent behavior possible of the wavelength.

La démarche classique de conception d'un objectif est de rechercher des matériaux permettant en priorité l'achromatisation, puis de faire une sélection pour réaliser simultanément l'athermalisation. Plusieurs possibilités sont connues pour atteindre ces caractéristiques. 5 Une première possibilité pour athermaliser une formule optique est d'utiliser une athermalisation active. Une athermalisation active est relativement simple à réaliser sur le plan optique : on s'autorise à translater des éléments optiques de l'objectif, ou à translater le capteur final recevant les rayons passant par l'objectif. Le 10 choix des matériaux des éléments de l'objectif influe peu sur la solution, car il suffit d'ajuster la course de l'élément mobile pour rester athermalisé. L'athermalisation active est en revanche beaucoup plus contraignante sur le plan mécanique, car il faut introduire un mécanisme de translation de haute précision qui est soit motorisé, soit commandé manuellement par un 15 opérateur. Une deuxième possibilité pour athermaliser une formule optique est d'utiliser une athermalisation passive. Une athermalisation est qualifiée de passive dès lors qu'elle ne contient aucun mécanisme de refocalisation (il n'y a aucune translation 20 commandée d'élément optique ou de capteur notamment), et dès lors que ce sont uniquement les propriétés thermiques des matériaux (notamment la variation d'indice des éléments optiques et la dilatation de leurs supports) qui réalisent la fonction d'athermalisation. L'athermalisation passive présente l'avantage de ne devoir translater 25 activement aucun élément ou capteur. Les effets de la température sur les matériaux étant inévitables dans une plage de températures étendue, par exemple [-30°C ; +70°C], une solution pour réaliser une athermalisation passive d'un groupe optique est de constituer un couple de lentilles comportant une première lentille 30 principale ayant une fonction optique donnée (convergence ou divergence), et une deuxième lentille ayant une fonction d'athermalisation. La deuxième lentille compense les variations de distance de focalisation de la première lentille dues aux variations de température, afin de garder une distance de focalisation du groupe optique constante en fonction de la température. En général dans l'infrarouge, les matériaux ont un dT positif. Une lentille convergente sera de plus en plus convergente lorsque la température augmente. Inversement, une lentille divergente sera de plus en plus divergente (soit de moins en moins convergente) lorsque la température augmente. Ainsi, un groupe athermalisé comporte en général une lentille convergente et une lentille divergente, une des deux lentilles ayant une fonction d'athermalisation, et compensant les variations thermiques de distance de focalisation de l'autre lentille formant lentille principale. La difficulté réside dans le choix des matériaux du couple, car les matériaux qui sont avantageux pour l'achromatisation ne le sont pas forcément pour l'athermalisation. The classic approach to designing an objective is to search for materials that allow achromatization to be prioritized, then to make a selection to simultaneously perform the athermalization. Several possibilities are known for achieving these characteristics. A first possibility for athermalizing an optical formula is to use active athermalisation. An active athermalization is relatively simple to achieve in terms of optics: it is allowed to translate optical elements of the lens, or to translate the final sensor receiving the rays passing through the lens. The choice of lens element materials has little effect on the solution because it is sufficient to adjust the stroke of the movable member to remain athermalized. Active athermalization, on the other hand, is much more mechanically demanding because it is necessary to introduce a high-precision translation mechanism that is either motorized or manually controlled by an operator. A second possibility to athermalize an optical formula is to use a passive athermalization. An athermalisation is described as passive since it contains no refocusing mechanism (there is no controlled translation of optical element or sensor in particular), and since these are only the thermal properties of the materials ( in particular the index variation of the optical elements and the expansion of their supports) which perform the athermalization function. Passive athermalisation has the advantage of not having to actively translate any element or sensor. The effects of temperature on the materials being unavoidable over an extended temperature range, for example [-30 ° C; + 70 ° C], a solution for performing a passive athermalization of an optical group is to constitute a pair of lenses comprising a first main lens 30 having a given optical function (convergence or divergence), and a second lens having a function 'athermalization. The second lens compensates for the variations in focusing distance of the first lens due to temperature variations, in order to keep a focusing distance of the optical group constant as a function of temperature. In general in the infrared, the materials have a positive dT. A converging lens will be more and more convergent as the temperature increases. Conversely, a divergent lens will be more and more divergent (less and less convergent) when the temperature increases. Thus, an athermalized group generally comprises a convergent lens and a diverging lens, one of the two lenses having an athermalization function, and compensating for the thermal variations in the focusing distance of the other main lens lens. The difficulty lies in the choice of materials of the couple, because the materials that are advantageous for achromatization are not necessarily for athermalization.

Ainsi, pour un objectif devant fonctionner dans la bande 3 à 5 pm (bande IR II), les couples de matériaux fréquemment utilisés pour la fabrication de groupes optiques à peu près achromatisés et athermalisés sont : Silicium+Germanium, ou ZnSe+ZnS, ou Gasir+ZnS Ces couples ont des rapports de constringence et de dT qui permettent d'obtenir un objectif quasiment achromatisé et athermalisé. Thus, for an objective to operate in the band 3 to 5 pm (IR band II), the pairs of materials frequently used for the manufacture of approximately achromatic and athermalized optical groups are: Silicon + Germanium, or ZnSe + ZnS, or Gasir + ZnS These couples have a relationship of constringence and dT which makes it possible to obtain an almost achromatic and athermalized objective.

L'ajout dans la formule optique de l'objectif d'au moins un autre élément permettra d'obtenir l'achromatisation et l'athermalisation recherchées. Ces couples présentent en revanche l'inconvénient de devoir utiliser des lentilles ayant des puissances optiques relatives importantes pour arriver à l'achromatisation et l'athermalisation (la puissance d'une lentille est l'inverse de sa distance focale), ce qui a pour conséquence de générer des aberrations géométriques importantes, et une très grande sensibilité au tolérancement des lentilles. Ces problèmes peuvent être contournés en augmentant le nombre de lentilles afin de réduire la puissance de chacune d'elles, mais ceci au détriment de la simplicité de l'objectif, de sa compacité, de sa masse et de son coût. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, on propose selon l'invention un objectif adapté pour fonctionner dans le domaine du rayonnement infrarouge avec une athermalisation passive, caractérisé en ce qu'il comporte : - un groupe optique dont la puissance optique est d'un signe déterminé et comportant une lentille d'athemalisation dont - la variation d'indice en fonction de la température est négative, et - le signe de la puissance optique est identique au signe déterminé ; et - un élément optique apte à assurer par ailleurs une achromatisation de l'objectif. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison 20 techniquement possible : - le groupe optique comporte au moins une lentille principale dont le signe de la puissance optique est identique au signe déterminé, et dont la variation d'indice en fonction de la température est positive ; - la lentille d'athermalisation est en CaF2 ; 25 - l'élément optique d'achromatisation est un élément diffractif ; - la lentille d'athermalisation est optiquement située à proximité d'une pupille de l'objectif ; - la puissance optique du groupe optique est de signe positif, pour assurer la focalisation d'un rayonnement sur un capteur, la lentille d'athermalisation 30 étant alors une lentille convergente, l'objectif comportant en outre un groupe de génération de champ dont la puissance optique est de signe négatif, le groupe de génération étant optiquement situé en aval du groupe optique de focalisation ; - le champ optique généré par le groupe de génération est de l'ordre de 180°, préférentiellement supérieur à 180°, de sorte que l'objectif forme un objectif du type fish eye ; - le groupe de génération comporte deux lentilles en Germanium ; 5 - le groupe optique de focalisation comportant en outre une lentille principale convergente en ZnSe ; - l'élément diffractif est formé sur une surface de la lentille principale ; et - l'objectif est adapté pour travailler dans les bandes [1,9pm-2,4pm] et/ou [3pm-5pm]. 10 L'invention présente de nombreux avantages. L'objectif utilise une athermalisation passive, ce qui signifie qu'il ne comporte aucun mécanisme de translation commandée d'élément optique. Seules les propriétés thermiques des matériaux des éléments optiques et de leurs supports réalisent la fonction d'athermalisation. 15 Les aberrations géométriques sont limitées et corrigeables avec un nombre de lentilles réduit. Dans le cas d'un objectif fish-eye, d'une lunette de Galilée ou de certains objectifs catadioptriques par exemple, la courbure de champ peut être compensée. 20 Du fait du choix judicieux des matériaux et de la géométrie des éléments optiques, l'objectif comporte un nombre réduit d'éléments optiques, et est par conséquent simple et peu onéreux à réaliser, et peu encombrant. PRESENTATION DES FIGURES 25 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation possible d'un objectif selon l'invention ; et 30 - la figure 2 est un schéma explicatif de la courbure de champ. The addition in the optical formula of the objective of at least one other element will make it possible to obtain the desired achromatization and athermalisation. These couples, however, have the disadvantage of having to use lenses having significant relative optical powers to achieve achromatization and athermalisation (the power of a lens is the inverse of its focal length), which has for consequence of generating geometrical aberrations, and a very high sensitivity to the tolerancing of the lenses. These problems can be circumvented by increasing the number of lenses to reduce the power of each of them, but this to the detriment of the simplicity of the lens, its compactness, its mass and its cost. PRESENTATION OF THE INVENTION The invention proposes to overcome at least one of these disadvantages. For this purpose, the invention proposes an objective adapted to operate in the field of infrared radiation with passive athermalisation, characterized in that it comprises: an optical group whose optical power is of a certain sign and comprising an athemalisation lens whose - index variation as a function of the temperature is negative, and - the sign of the optical power is identical to the determined sign; and an optical element capable of ensuring otherwise achromatization of the objective. The invention is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination: the optical group comprises at least one main lens whose sign of the optical power is identical to the determined sign, and whose index variation as a function of temperature is positive; the athermalisation lens is CaF2; The achromatization optical element is a diffractive element; the athermalisation lens is optically located near a pupil of the objective; the optical power of the optical group is of positive sign, to ensure the focusing of a radiation on a sensor, the athermalizer lens then being a convergent lens, the lens further comprising a field generation group whose optical power is of negative sign, the generating group being optically located downstream of the focusing optical group; the optical field generated by the generation group is of the order of 180 °, preferentially greater than 180 °, so that the objective forms a fish-eye type objective; the generation group comprises two lenses made of Germanium; The optical focusing unit further comprising a convergent main lens made of ZnSe; the diffractive element is formed on a surface of the main lens; and the objective is adapted to work in the [1.9pm-2.4pm] and / or [3pm-5pm] bands. The invention has many advantages. The objective uses passive athermalization, which means that it does not include any optical element controlled translation mechanism. Only the thermal properties of the materials of the optical elements and their supports perform the athermalization function. Geometric aberrations are limited and can be corrected with a reduced number of lenses. In the case of a fish-eye lens, a Galilean telescope or some catadioptric lenses for example, the field curvature can be compensated. Due to the judicious choice of materials and the geometry of the optical elements, the lens has a reduced number of optical elements, and is therefore simple and inexpensive to make, and compact. PRESENTATION OF THE FIGURES Other features, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and which should be read with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows schematically a possible embodiment of an objective according to the invention; and Figure 2 is an explanatory diagram of the field curvature.

DESCRIPTION DETAILLEE La démarche suivie par l'inventeur pour la conception d'un objectif selon l'invention est radicalement différente de la démarche classique présentée plus haut. DETAILED DESCRIPTION The approach taken by the inventor for the design of an objective according to the invention is radically different from the conventional approach presented above.

La démarche nouvelle et inventive de conception est de proposer tout d'abord une formule optique athermalisée, et ensuite de l'achromatiser. Pour réaliser la première étape d'athermalisation de façon simple, l'inventeur a eu l'idée d'utiliser une lentille d'athermalisation dont la variation d'indice en fonction de la température est négative, étant donné que la plupart des matériaux ont une variation d'indice en fonction de la température positive. On obtient donc une compensation d'athermalisation avec la plupart des matériaux. On comprend que contrairement à une lentille d'athermalisation classique, une lentille convergente d'athermalisation selon l'invention est de moins en moins convergente lorsque la température augmente, et qu'une une lentille d'athermalisation divergente selon l'invention est de moins en moins divergente (de plus en plus convergente) lorsque la température augmente. Selon l'invention, et comme le montre la figure 1, un objectif 1 adapté pour fonctionner dans le domaine du rayonnement infrarouge avec une athermalisation passive, comporte un groupe optique G2 dont la puissance optique est d'un signe déterminé (ici positif puisque G2 est un groupe convergent de focalisation). Le groupe G2 comporte ainsi par exemple une lentille principale 22 25 convergente. Le groupe G2 comporte en outre une lentille 21 d'athermalisation dont la variation d'indice en fonction de la température est négative, et dont le signe de la puissance optique est identique au signe déterminé du groupe G2 (c'est-à-dire que la lentille 21 de la figure 1 est également de puissance 30 positive, et est convergente). Le groupe G2 convergent comporte classiquement la lentille principale convergente 22, mais contrairement à la situation de l'art antérieur, la lentille 21 d'athermalisation est également convergente. The new and inventive approach to design is to first offer an athermalized optical formula, and then to achromatize it. To achieve the first step of athermalization in a simple way, the inventor had the idea to use an athermalisation lens whose index variation as a function of the temperature is negative, since most of the materials have a variation of index as a function of the positive temperature. Athermalization compensation is therefore obtained with most materials. It is understood that in contrast to a conventional athermalisation lens, a converging athermalisation lens according to the invention is less and less convergent when the temperature increases, and that a divergent athermalisation lens according to the invention is less less divergent (more and more convergent) when the temperature increases. According to the invention, and as shown in FIG. 1, an objective lens 1 adapted to operate in the field of infrared radiation with a passive athermalisation, comprises an optical group G2 whose optical power is of a determined sign (here positive since G2 is a convergent focus group). The group G2 thus comprises, for example, a convergent main lens 22. The group G2 further comprises an athermalisation lens 21 whose index variation as a function of temperature is negative, and whose sign of the optical power is identical to the determined sign of the group G2 (that is to say that the lens 21 of Figure 1 is also of positive power, and is convergent). The group G2 convergent conventionally comprises the convergent main lens 22, but unlike the situation of the prior art, the athermalisation lens 21 is also convergent.

La lentille principale 22 est en matériau ayant un dT positif, et du fait que la lentille 21 d'athermalisation a un dT négatif, il y a bien une compensation d'athermalisation entre les deux lentilles 21 et 22, la lentille 21 compensant les variations de distance de focalisation de la lentille 5 principale 22 dues aux variations de température. De même, dans un mode de réalisation non représenté d'un objectif comportant un groupe optique divergent, l'objectif peut comporter - au moins une lentille principale divergente pour réaliser la fonction de divergence du groupe et ayant un dT positif, et The main lens 22 is made of material having a positive dT, and because the athermalizing lens 21 has a negative dT, there is indeed an athermalization compensation between the two lenses 21 and 22, the lens 21 compensating the variations focusing distance of the main lens 22 due to temperature changes. Likewise, in a not shown embodiment of an objective comprising a diverging optical group, the objective may comprise at least one divergent main lens for realizing the divergence function of the group and having a positive dT, and

10 - une lentille d'athermalisation divergente ayant un dT négatif. Dans les deux cas, la structure présente des avantages par rapport à l'art antérieur, outre bien entendu l'athermalisation. L'association de deux lentilles dont les puissances ont des signes identiques (au lieu d'une association lentille convergente/lentille divergente 15 dans l'art antérieur) engendre moins d'aberrations géométriques. En effet, une association lentille convergente/lentille divergente dans un groupe optique de puissance donnée selon l'art antérieur oblige à l'utilisation d'une plus grande puissance pour la lentille principale (on rappelle que la puissance est proportionnelle à l'inverse de la distance 20 focale) pour obtenir la fonction du groupe, du fait du signe opposé de la puissance de la lentille d'athermalisation par rapport à la lentille principale. Or une puissance plus importante sur la lentille principale engendre des aberrations géométriques plus importantes, qui doivent être compensées par une série de lentilles supplémentaires, ce qui complique et 25 rend plus onéreux et encombrant l'objectif. Du fait de l'association de deux lentilles convergentes 21 et 22 sur la figure 1, la puissance de chaque lentille peut être diminuée, ce qui engendre des aberrations géométriques plus faibles. Le nombre total de lentilles dans l'objectif est donc réduit. A divergent athermalisation lens having a negative dT. In both cases, the structure has advantages over the prior art, in addition to athermalization of course. The combination of two lenses whose powers have identical signs (instead of a convergent lens / divergent lens combination in the prior art) generates fewer geometric aberrations. Indeed, a convergent lens / divergent lens association in a given optical power group according to the prior art requires the use of a greater power for the main lens (it is recalled that the power is proportional to the inverse of the focal distance) to obtain the function of the group, due to the opposite sign of the power of the athermalizing lens relative to the main lens. However, greater power on the main lens generates larger geometric aberrations, which must be compensated for by a series of additional lenses, which complicates and makes the lens more expensive and cumbersome. Due to the combination of two convergent lenses 21 and 22 in FIG. 1, the power of each lens can be decreased, which generates lower geometric aberrations. The total number of lenses in the lens is therefore reduced.

On comprend également que dans le cas non représenté d'un groupe divergent, deux lentilles divergentes peuvent être associées, ce qui a les mêmes effets de diminution des aberrations géométriques qu'expliqué précédemment. It is also understood that in the case not shown of a divergent group, two divergent lenses can be associated, which has the same effects of reducing geometric aberrations explained above.

Avantageusement, la lentille 21 d'athermalisation est optiquement située à proximité d'une pupille 5 de l'objectif. Le fait que la lentille 21 est optiquement située à proximité d'une pupille (d'entrée, de sortie, ou intermédiaire) lui permet d'avoir une efficacité optimale pour une puissance donnée. En effet, une lentille de puissance donnée placée à proximité d'une pupille engendre une meilleure correction des aberrations d'ouverture (chromatisme axial, aberration sphérique par exemple) qu'une lentille de même puissance, mais placée loin de la pupille. On maximise ainsi les corrections d'aberrations d'ouverture tout en minimisant la création d'aberrations (car la puissance de la lentille d'athermalisation est, on le rappelle, limitée). Advantageously, the athermalisation lens 21 is optically located near a pupil 5 of the objective. The fact that the lens 21 is optically located near a pupil (input, output, or intermediate) allows it to have optimal efficiency for a given power. Indeed, a given power lens placed near a pupil generates a better correction of the opening aberrations (axial chromaticism, spherical aberration for example) than a lens of the same power, but placed far from the pupil. This maximizes aperture correction aberrations while minimizing the creation of aberrations (because the power of the athermalisation lens is, it is recalled, limited).

Une fois le dispositif athermalisé comme expliqué ci-dessus, la deuxième étape de conception est de rendre l'objectif achromatisé. L'objectif comporte alors au moins un élément optique apte à assurer par ailleurs une achromatisation de l'objectif, comme par exemple des lentilles supplémentaires, ou un élément diffractif comme on l'explique dans la suite de la présente description. Avantageusement, on forme l'élément diffractif sur la lentille d'athermalisation, mais cela n'est pas toujours possible ou facile 25 techniquement, en fonction du matériau utilisé. Once the device is athermalized as explained above, the second design step is to make the objective achromatized. The objective then comprises at least one optical element capable of ensuring further achromatization of the objective, such as for example additional lenses, or a diffractive element as explained in the rest of the present description. Advantageously, the diffractive element is formed on the athermalisation lens, but this is not always possible or technically easy, depending on the material used.

Les développements qui suivent donnent des exemples plus précis de réalisation. CHOIX DU MATERIAU DE LA LENTILLE PRINCIPALE 30 On rappelle que pour un objectif devant fonctionner dans le rayonnement infrarouge, les matériaux utilisables sont souvent très chers, difficiles à usiner et nocifs. Le tableau 1 reprend certains matériaux utilisables. The following developments give more specific examples of achievement. CHOICE OF THE MATERIAL OF THE MAIN LENS 30 It is recalled that for an objective to be operated in infrared radiation, the usable materials are often very expensive, difficult to machine and harmful. Table 1 shows some usable materials.

Matériau dn/dT [K"'] Constringence dans la (x10-6) bande IR II Silicium 167 250 Germanium 450 104 ZnS 42 110 ZnSe 62 170 Gasir 55 170 Amtir 77 206 Tableau 1 L'homme du métier sait que dans un groupe optique convergent, il est avantageux d'utiliser des matériaux à forte constringence (et donc peu dispersifs) pour les lentilles convergentes, et des matériaux à faible constringence (et donc fortement dispersifs) pour les lentilles divergentes. Dans un groupe optique divergent, il est avantageux d'utiliser des matériaux à forte constringence (et donc peu dispersifs) pour les lentilles divergentes, et des matériaux à faible constringence (et donc fortement dispersifs) pour les lentilles convergentes. Material dn / dT [K "'] Constriction in the (x10-6) band IR II Silicon 167 250 Germanium 450 104 ZnS 42 110 ZnSe 62 170 Gasir 55 170 Amtir 77 206 Table 1 The skilled person knows that in a group convergent optics, it is advantageous to use materials with strong constringence (and therefore little dispersive) for convergent lenses, and materials with low constringence (and therefore highly dispersive) for diverging lenses. It is advantageous to use materials with strong constringence (and therefore little dispersive) for diverging lenses, and materials with low constringence (and therefore highly dispersive) for convergent lenses.

Avantageusement, dans le mode de réalisation de la figure 1, la lentille 22 principale convergente, associée à la lentille d'athermalisation 21, est en Silicium, en ZnSe, en Gasir ou en Amtir. Dans le cas non représenté d'une lentille principale divergente dans un groupe optique divergent, la lentille principale divergente, associée à la lentille d'athermalisation, est de même en Silicium, en ZnSe, en Gasir ou en Amtir. Advantageously, in the embodiment of FIG. 1, the convergent main lens 22, associated with the athermalisation lens 21, is made of silicon, ZnSe, gasir or amtir. In the unrepresented case of a diverging main lens in a diverging optical group, the divergent main lens, associated with the athermalisation lens, is likewise in silicon, in ZnSe, in Gasir or in Amtir.

CHOIX DU MATERIAU DE LA LENTILLE D'ATHERMALISATION Les matériaux ayant un dT négatif et étant utilisables dans l'infrarouge sont 20 rares. Très préférentiellement, la lentille 21 d'athermalisation est en Calcium fluorine (CaF2). Ce matériau a pour propriétés : dn = _8.8 x 10-6 dT Constringence = 22 Le CaF2 présente l'avantage d'être non nocif, et d'un usinage classique relativement facile. CHOICE OF THE MATERIAL OF THE ATHERMALIZING LENS Materials having a negative dT and being usable in the infrared are rare. Very preferably, the athermalisation lens 21 is made of calcium fluorine (CaF2). This material has the following properties: dn = _8.8 x 10-6 dT Constringence = 22 CaF2 has the advantage of being non-harmful, and relatively easy conventional machining.

CAS PARTICULIER DE L'ACHROMATISATION AVEC L'UTILISATION DU CAF2 Cependant, du fait de la faible constringence du CaF2 (la plupart des autres matériaux ont une constringence comprise entre 100 et 250), ce dernier est très dispersif, et en général beaucoup plus dispersif que la lentille principale. L'objectif n'est donc pas achromatisé. SPECIAL CASES OF ACHROMATISATION WITH THE USE OF CAF2 However, because of the weak constringence of CaF2 (most other materials have a constringence between 100 and 250), the latter is very dispersive, and in general much more dispersive than the main lens. The objective is not therefore achromatized.

Il faut noter que l'effet néfaste du CaF2 sur l'achromatisation de l'objectif (du fait de sa faible constringence) est dû au fait que le CaF2 est utilisé, selon l'invention, pour une lentille convergente dans un groupe convergent, et pour une lentille divergente dans un groupe divergent (ce qui va à l'encontre de la pratique classique de l'Homme du métier, comme expliqué plus haut). Pour rendre l'objectif achromatisé, l'objectif comporte par conséquent avantageusement un élément apte à assurer l'achromatisation de l'objectif, très préférentiellement un élément diffractif. L'ajout dans un objectif d'un élément diffractif est en effet équivalent à l'ajout d'une lentille dont la constringence peut être choisie : en ajoutant un élément diffractif de constringence négative dans l'objectif, on peut obtenir la condition d'achromatisation, qui est donnée par l'équation 1 : 1 1 1 + + = 0 équation 1 F21v 21 l 22v 22 l 221v 221 où F; est la distance focale de la lentille i et v; est la constringence de la 25 lentille i. It should be noted that the deleterious effect of CaF2 on achromatization of the objective (because of its low constringence) is due to the fact that CaF2 is used, according to the invention, for a convergent lens in a convergent group, and for a diverging lens in a divergent group (which goes against the conventional practice of the skilled person, as explained above). To make the objective achromatized, the objective therefore advantageously comprises an element capable of ensuring the achromatization of the objective, very preferably a diffractive element. The addition in a lens of a diffractive element is indeed equivalent to the addition of a lens whose constringence can be chosen: by adding a diffractive element of negative constringence in the objective, one can obtain the condition of achromatization, which is given by the equation 1: 1 1 1 + + = 0 equation 1 F21v 21 l 22v 22 l 221v 221 where F; is the focal length of the lens i and v; is the constringence of the lens i.

MODE DE REALISATION PREFERENTIEL Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'objectif comporte un groupe G1 de génération de champ dont la puissance optique est de signe négatif. 30 G1 est donc divergent et est optiquement situé en aval d'un groupe optique G2 de focalisation. PREFERENTIAL EMBODIMENT In the embodiment of FIG. 1, the objective comprises a field generation group G1 whose optical power is of negative sign. G1 is therefore divergent and is optically located downstream of a focusing optical group G2.

Le champ optique généré par le groupe G1 de génération est de l'ordre de 180°, préférentiellement supérieur à 180°, très préférentiellement 190°, de sorte que l'objectif forme un objectif du type fish eye . Le groupe G1 de génération comporte deux lentilles divergentes 11 et 12, préférentiellement en Germanium. La lentille 11 a une distance focale F11=-25, et la lentille 12 a une distance focale F12=-14. L'objectif comporte un miroir de coudage 2, pour replier le rayonnement 4, et augmenter la compacité de l'objectif. The optical field generated by the generating group G1 is of the order of 180 °, preferably greater than 180 °, very preferably 190 °, so that the objective forms a fish-eye type objective. The generation group G1 comprises two diverging lenses 11 and 12, preferably in Germanium. The lens 11 has a focal length F11 = -25, and the lens 12 has a focal length F12 = -14. The lens includes a bending mirror 2, to fold the radiation 4, and increase the compactness of the lens.

Le groupe G2 de focalisation a une puissance optique de signe positif (le groupe est convergent), et est apte à assurer la focalisation du rayonnement 4 sur un capteur 3, par exemple un capteur matriciel, protégé par un hublot 23. Le groupe optique G2 de focalisation comporte une lentille 22 15 principale convergente, préférentiellement en ZnSe. La lentille 22 a une distance focale F22=45. II comporte en outre une lentille 21 d'athermalisation, préférentiellement en CaF2. La lentille 21 a une distance focale F21=50. L'objectif comporte donc au total quatre lentilles. 20 L'objectif est donc adapté pour travailler dans la bande [1,9pm-2,4pm] (bande IR I) et/ou la bande [3pm-5pm] (bande IR II), et est athermalisé de façon passive. Pour des raisons de facilité d'usinage des lentilles, un élément diffractif 221 permettant d'achromatiser l'objectif est formé sur une surface de la 25 lentille 22 principale. Préférentiellement, l'élément 221 forme une surface asphéro-diffractive. L'élément 221 d'achromatisation peut bien entendu être placé à tout autre endroit dans le groupe G2, et être formé sur une lentille quelconque de ce groupe. 30 Préférentiellement, la lentille 21 est placée à proximité d'une pupille 5 de l'objectif, pour maximiser son pouvoir de correction. The focusing group G2 has an optical power of positive sign (the group is convergent), and is able to focus the radiation 4 on a sensor 3, for example a matrix sensor, protected by a window 23. The optical group G2 The focusing lens comprises a convergent main lens 22, preferably ZnSe. The lens 22 has a focal length F22 = 45. It further comprises an athermalisation lens 21, preferably CaF2. The lens 21 has a focal length F21 = 50. The lens therefore has a total of four lenses. The lens is therefore suitable for working in the band [1.9pm-2.4pm] (IR band I) and / or the band [3 pm-5pm] (IR band II), and is passively athermalised. For ease of machining lenses, a diffractive element 221 for achromatising the lens is formed on a surface of the main lens 22. Preferably, the element 221 forms an asphero-diffractive surface. The achromatization element 221 can of course be placed at any other place in the group G2, and be formed on any lens of this group. Preferably, the lens 21 is placed near a pupil 5 of the lens, to maximize its correction power.

Outre l'athermalisation passive et l'achromatisation, l'objectif de la figure 1 permet de réduire la courbure de champ (Petzval). La courbure de champ est représentée schématiquement sur la figure 2. In addition to passive athermalization and achromatization, the objective of Figure 1 reduces the field curvature (Petzval). The curvature of the field is shown schematically in FIG.

Le rayon r de la courbure de Petzval est donné par l'équation 2 : 1 1 équation 2 r n*F Comme l'indique l'équation 1, la courbure de champ 1 d'un système r The radius r of Petzval's curvature is given by equation 2: 1 1 equation 2 r n * F As shown in equation 1, the field curvature 1 of a system r

optique est uniquement liée aux valeurs des focales F et des indices n des lentilles qui le composent. Optics is only related to the values of the focal lengths F and the indices n of the lenses that compose it.

10 Un fish-eye conforme à celui de la figure 1, malgré le fait qu'il constitue un système convergent, est constitué d'un groupe G1 divergent de génération de champ comportant des lentilles de focales très courtes (F=-25 et F=-14 dans le cas de la figure 1) qui sont prépondérantes dans le calcul de la courbure. Il en résulte que la courbure est positive. A fish-eye according to that of FIG. 1, despite the fact that it constitutes a convergent system, consists of a divergent field generation G1 group comprising very short focal lenses (F = -25 and F). = -14 in the case of Figure 1) which are preponderant in the calculation of the curvature. As a result, the curvature is positive.

15 Pour augmenter la valeur du rayon de courbure (le r idéal est infini), il faut dans ce cas particulier avoir des éléments convergents d'indice faible. To increase the value of the radius of curvature (the ideal r is infinite), it is necessary in this particular case to have convergent elements of low index.

Le couple CaF2/ZnSe utilisé dans le groupe G2 convergent de focalisation est tout indiqué pour cela (n=1.4 pour le CaF2, et n=2.4 pour le ZnSe). The CaF2 / ZnSe pair used in the convergent focussing G2 group is well suited for this (n = 1.4 for CaF2, and n = 2.4 for ZnSe).

20 Pour l'objectif de la figure 1, le rayon de la courbure de Petzval est de : r=ù 1 1 1 1 = 231.9 + + + -25*4 -14*4 50*1.4 45*2.4 Il faut noter que les dispositifs fish-eye de focale équivalente de l'art antérieur ont plutôt un rayon de courbure de l'ordre de 100. Ce gain important sur la courbure permet d'avoir une correction 25 meilleure en bord de champ. Cet avantage de l'utilisation du CaF2 de faible indice est également vrai pour d'autres systèmes optiques qu'un objectif fish-eye, comme par exemple une lunette de Galilée, ou certains types d'objectifs catadioptriques. 1 For the purpose of Figure 1, the Petzval curvature radius is: r = ù 1 1 1 1 = 231.9 + + + -25 * 4 -14 * 4 50 * 1.4 45 * 2.4 It should be noted that Fisheye devices of equivalent focal length of the prior art have a radius of curvature of the order of 100. This significant gain on the curvature provides a better correction at the edge of the field. This advantage of the use of low index CaF2 is also true for other optical systems than a fish-eye lens, such as a Galilean telescope, or certain types of catadioptric lenses. 1

Claims

REVENDICATIONS1. Objective (1) adapted to operate in the field of infrared radiation with passive athermalization, characterized in that it comprises: - an optical group (G2) whose optical power is of a certain sign and comprising a lens (21 ) of athemalisation of which - the index variation as a function of the temperature is negative, and - the sign of the optical power is identical to the determined sign; and 10 - an optical element (221) capable of further ensuring a achromatization of the objective.

2. The objective according to claim 1, wherein the optical group (G2) comprises at least one main lens (22) whose sign of the optical power is identical to the determined sign, and whose variation of index as a function of the temperature is positive.

3. Objective according to one of claims 1 or 2, wherein the athermalisation lens (21) is CaF2. 20

4. Objective according to one of claims 1 to 3, wherein the optical element (221) achromatization is a diffractive element.

5. An objective according to one of claims 1 to 4, wherein the athermalizing lens (21) is optically located near a pupil of the objective.

6. Objective according to one of claims 1 to 5, wherein the optical power of the optical group (G2) is of positive sign, to ensure the focusing of a radiation (4) on a sensor (3), the lens (21) athermalization then being a convergent lens, the lens further comprising a field generation group (G1) whose optical power is of negative sign, the generation group (G1) being optically located upstream of the optical group (G2) focusing.

7. Objective according to claim 6, wherein the optical field generated by the generation group (G1) is of the order of 180 °, preferably greater than 180 °, so that the objective forms a fish eye type objective .

8. Objective according to one of claims 6 or 7, wherein - the generation group (G1) comprises two lenses (11, 12) in Germanium; - The focusing optical group (G2) further comprising a lens (22) converging main ZnSe.

An objective according to one of claims 6 to 8 when it also depends on claim 4, wherein the diffractive element (221) is formed on a surface of the main lens (22).

10. Objective according to one of claims 1 to 9, adapted to work in the bands [1.9pm-2.4pm] and / or [3 pm-5pm].