SE450977B - Optiskt element for placering mellan en stralningskella och en derfor avsedd detektor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 450 977 strålningen och anordnad att fokusera strålning, som passerar genom en apertur däri mot detektorn och en reflekterande skärm för detektorn utanför aperturen, vilken omfattar en första op- tisk yta med ett mittparti, som är genomskinligt för påfallande strålning och ett omgivande område, som är reflekterande för därpå fallande strålning från detektorns riktning, och en andra optisk yta, på avstånd från den första optiska ytan i riktning mot detektorn och som har ett första mittområde, anordnat att reflektera strålning, som passerar genom mittområdet i den första ytan mot den första ytans reflekterande område, och ett andra område i den första ytan, ett andra område omgivande det första omrâdet och genom vilket den nämnda strålningen, reflekterad från den första ytans reflekterande område, kan passera mot de- tektorn, samt ett yttre område, som är reflekterande mot och koncentriskt med detektorn, för att ge en reflekterande sköld åt detektorn. l Företrädesvis är det optiska elementet bildat av ett enda stycke av optiskt transmitterande material.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till de medföljande figurerna, där: fig. 1 är en sidovy i genomskärning av ett optiskt element i enlighet med en första utföringsform av uppfinningen. - Fig. 2 är en liknande vy av ett andra utförande.

Fig. 1 visar ett optiskt element, utbildat av ett massivt mate- rialblock. Materialets natur beror av elementets funktion. Om det skall användas vid infrarörda våglängder, kan zinkselenid eller germanium vara lämpligt, under det att glas kan användas vid synliga våglängder. Elementet har två optiska ytor, båda av komplex form. Den första optiska ytan 10 är den, som är när- mast strålkällan, och har ett mittplacerat plant parti 11, definierar elementets optiska apertur. Detta mittområde är SOIII transparent för strålning, men det omgivande området 12 av den första ytan är gjort reflekterande mot sådan strålning som in- faller därpå från detektorns 13 allmänna riktning. Detta åstad- kommes genom att utsidan av ytan 12 belägges med en lämplig 10 15 30 35 450 977 reflekterande beläggning. Ytan 12 har ett krökningscentrum 14) beläget på elementets optiska axel och nära elementets effektiva fokalpunkt.

Elementets andra optiska yta 15 är den yta som ligger närmast detektorn 13, och har ett delvis sfäriskt mittområde 16 med ett krökningscentrum, som ligger mycket nära punkten 14. Detta mittområde är belagt med en reflekterande beläggning, så att strålning, som passerar genom aperturen 11, reflekteras till- baka mot ytan 12. Den återstående delen 17 av den andra ytan är utbildad koncentriskt med detektorns 13 aktiva area. Ett inre band 18 av ytan 17 är kvarlämnat som transparent för strålning, som reflekteras från ytan 12 mot detektorn, och bred- den av detta band bestämmes av elementets apertur. Ytans 17 yttre del är belagd med ett reflekterande skikt för att bilda en reflekterande sköld kring detektorn 13.

Den infallande strålgången för strålar, som går in genom den plana ytan 11, visas i ritningen. Utanför elementets apertur ser detektorn endast sin egen reflektion. Om detektorn kyles till lämplig temperatur, så kommer detektorn ej att själv alstra strålningsbrus av ovan angivet slag.

Ehuru ett element av ovan beskrivet slag kan erhålla många tillämpningar, är det särskilt lämpligt för tillämpningar, där man behöver ett optiskt system med liten fysisk storlek och litet F-tal. Såsom exempel kan nämnas ett element med en öppning av 5 mm och en fokallängd av 5 mm, som då har F-talet 1. Ett dylikt optiskt system skulle vara svårt att tillverka på andra, mera konventionella sätt.

Eftersom båda de refrakterande ytorna 11 och 18 är normala mot de strålar som passerar genom dessa, så kommer brytnings- index för det material som användes för elementet ej att på- verka elementets egenskaper. Av samma skäl är dessa båda ytor fria från sfärisk aberration och koma. Ytan belägges företrä- desvis med en antireflexzionsbeläggning. De två reflekterande ytorna 12 och 16 är nästan koncentriska, för att uppnå optimal 10 15 20 25 30 450 977 sfärisk aberrationskorrektion, och är även i huvudsak fria från koma. Eftersom ingen refraktion sker, är elementet även fritt från longitudinell kromatisk aberration, och från fo- kusändringar på grund av ändringen av brytningsindex med tem- peraturen. Det senare är ett stort problem vid konventionella optiska infraröd-system med litet F-tal och fungerande med refraktion, särskilt sådana som använder germanium. Pâ grund av frånvaron av refraktion kan komponenten provas och fokuseras vid vilken som helst våglängd där materialet är transparent.

I stället för den ganska komplicerade maskinutrustning som behövs för att bilda det ovan beskrivna elementet ur en massiv kropp är det möjligt att bygga upp det ur en uppsättning speg- lar. Ett dylikt arrangemang visas-i-fig. 2 och innefattar ett filter för att eliminera strålning vid oönskade våglängder.

I fig. 2 bildas den första ytan av den sfäriska spegeln 20, som har en mittöppning 21. Mot spegelns 20 öppna ände är placerat ett filter 22, som är av zinkselenid eller germanium, om infra- röd-strålning användes. Filtret 22 uppbär mittreflektorn 23 i den andra ytan. Den reflekterande skölden kring detektorn 24 åstadkommes genom en reflektor 25, som är koncentrisk med detek- torn. Ett radiellt gap kvarlämnas mellan reflektorn 23 och spe- geln 25 för att möjliggöra passage av strålning som reflekteras från spegeln 20 emot detektorn 24.

Utförandet enligt fig. 2 fungerar på precis samma sätt som det i fig. 1 visade och har samma optiska egenskaper, utom att dis- persionen i filtret kommer att medföra en liten andel longitudi- nell kromatisk aberration. Dessutom sker mindre dämpning av strålningen, eftersom strålningen passerar endast genom filtret 22. Det kan vara möjligt att eliminera filtret 22, ehuru någon form av bärare i så fall är nödvändig för mittreflektorn 23. f)

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 450 977 Patentkrav

1. Optiskt element för placering mellan en strålningskälla och en därför avsedd detektor samt anordnat att fokusera strål- ning, som passerar genom en apertur däri, mot detektorn, och att åstadkomma en reflekterande sköld för detektorn utanför denna apertur, k ä n n e t e c k n a t av en första optisk yta med ett mittparti, som är transparent mot därpå fallande strål- ning och ett omgivande område, som är reflekterande för därpå fallande strålning från detektorns riktning, och en andra optisk yta, som ligger på ett avstånd från den första optiska ytan, i riktning mot detektorn, och har ett första mittomrâde, anordnat att reflektera genom den första ytans mittparti passerande strål- ning, mot den första ytans reflekterande område, ett andra om- råde omgivande det första omrâdet, och genom vilket den nämnda, från den första ytans reflekterande omrâde reflekterade strål- ningen kan passera mot detektorn, och ett yttre område, som är reflekterande mot och koncentriskt med detektorn för att âstad- wa komma en reflekterande sköld åt detektorn.

2. Optiskt element enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det första reflekterande området i den första optiska ytan och mittområdet i den andra optiska ytan är väsentligen koncent- riska.

3. Optiskt element enligt något av krav 1 eller 2, t e c k n a t k ä n n e - av att den första och andra optiska ytan är mot- satta ytor till en massiv kropp av ett material, som är transpa- rent för strålningen, och de reflekterande medlen är utbildade genom beläggning av lämpliga områden på kroppen med en strål- ningsreflekterande beläggning.

4. Optiskt element enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att den massiva kroppen är gjord av zinkselenid.

5. Optiskt element enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av I att den massiva kroppen är gjord av germanium. 10 15 450 977 G»

6. Optiskt element enligt något av krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att den första och andra optiska ytans reflek- terande områden omfattar separata reflekterande ytor.

7. Optiskt element enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att ett filter är anordnat att genomsläppa endast strålning av en erforderlig våglängd.

8. Optiskt element enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att filtret är gjort av zinkselenid.

9. Optiskt element enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att filtret är gjort av germanium.

10. Optiskt element enligt något av krav 7 - 9, k ä n n e - t e c k n a t av att den andra optiska ytans reflekterande mittomrâde är uppburet av filtret. 77.»