SE451038B - Okular- eller kollimationlinssystem - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 451 038 liggande på den plana brytningsytan, vilket kan vara för- delaktig, och emedan okularsystemet kan utformas med små pupillavvikelser och en nära brytningsgränsen begränsad prestanda över fältet kan det bli anordnat till ett lämp- ligt objektivlinssystem för att åstadkomma ett kompakt icke fokuserande teleskop med hög prestanda.

Linselementet närmast realbildsytan kan vara framställt av zinkselenid, medan vart och ett av de andra två lins- elementen kan vara framställda av germanium (som har ett V-värde av 1182 och ett brytningsindex av 4,003), varvid samtliga material har en effektiv spektral bandpass i det infraröda våglängdsområdet 3-13 mikron. Alternativt kan linselementet närmast realbilden vara framställt av ett av de andra materialen som är angivna i efterföljande tabell III, vilka samtliga har bandpass i området 3-13 mikron. Om emellertid ovannämnda linselement har real- bilden nära eller på en av dess ytor är det betydelse- fullt, att homogenitetskvaliteten hos det material, av vilket detta linselement är sammansatt, är tillräckligt god för att tillförsäkra att hög optisk prestanda uppnås.

Alla tre linselementen kan vara fast monterade, varvid okularsystemet är okänsligt för måttligt stora omgivande temperaturvariationer. Emellertid kan vilken som helst kombination av ett eller två eller tre linselement vara rörlig längs den optiska axeln varigenom systemet kan kompenseras för stora omgivande temperaturvariationer.

När det är önskvärt att innefatta ett siktorgan i syste- met, kan detta uppbäras av en planparallell platta (med noll-optisk effekt) och belägen vid systemets realbild antingen i kontakt med eller tätt intill linselementet med den plana brytningsytan. Detta förenklar centrering- en av siktelementet med avseende på systemets linsele- ment. Ett sådant siktelement kan alternativt uppbäras av den plana ytan hos linselementet närmast realbilden.

Föreliggande uppfinning är i det följande beskriven i 7.; 10 15 20 25 30 35 451 D38 utföringsexempel med hänvisning till tabeller och bifo- gade schematiska ritning.

Såsom visat på ritningen är ett teleskop 20 bildat av ett objektivsystem 21 och ett okularsystem 22 anordnade i linje på en gemensam optisk axel 23. Teleskopet 20 är av icke fokuserande refraktortyp och bildar invändigt en realbild I av strålning som inkommer till teleskopet från objektavståndet O. Objektivsystemet 21 är bildat av ett primärt positivt förstärkt linselemént F, ett sekundärt negativt förstärkt linselement E och ett ter- tiärt negativt förstärkt linselement D. Linselemen- tet E är färgkorrigerande och när kopplad till linsele- mentet D åstadkommer fokuserande och termisk kompensa- tion genom rörelser längs den optiska axeln 23. Okular- systemet 22 är bildat av positivt förstärkta linselemen- F0n'Aw B och C, vilka bildar ett fast fokussystem lik- som elementen D, E och F, så att objektivsystemet 21 accepterar en knippe parallella strålar från en ingångs- pnpiil bildad i objektavstånaet o och okuiarsystemet 22 samlar strålning från den inverterade realbilden I bil- dad av objektivsystemet 21 och alstrar en knippe paral- lella strålar som bildar en utgångspupill Q i bildawmfin- det E. Den optiska effekten av de olika linselementen A, B, C, D, E, F och avståndet mellan brytningsytorna 1-12 hos dessa är anordnade så att realbilden I ligger nära ytan 6, vilken är plan, medan samtliga andra bryt- ningsytor är i huvudsak sfäriska, dvs om de icke är helt sfäriska är de "sfäriska" i denna tekniks mening.

Teleskopet 20 är avsett för användning i det infraröda våglängdsområdet (dvs 8-13 mikron) och följaktligen är linselementens brytningsindex relativt stora. I syfte att åstadkomma hög optisk prestanda vid den inre real- bilden I är linselementet C företrädesvis framställt av ett optiskt material med låga materialhomogeniteter såsom t ex zinkselenid (CVD vakuumutfälld) som har ett 10 15 20 25 30 35 451 038 brytningsindex av 2,41, linselementen A, B, D och F är framställda av ett material som vid 10 mikron har en våg- längd av åtminstone 4, t ex germanium vars brytnings- V index är 4,003, och linselementet E är framställt av Barr and Stroud typ I kalkogenid glas, vars brytnings- index är 2,49 (samtliga mätta vid en temperatur av 20°C och vid en våglängd av 10 mikron). Dessa material (vil- ka är lämpade att vara anti-reflekterande belagda) ger även åtminstone 60% transmission av infallande strålning i området 8,5- 11,5 mikron när de är antireflexbehandlade.

Således kan samtliga brytningsytor i teleskopet vara antireflexbehandlade.

Okularsystemet 22 är lagom okänsligt för fokusändringar från objektivsystemet 21 och optisk prestandanedsättning föranledd av omgivande temperaturändringar typiska inom området -4o°c - +7o°c.

Ett exempel på ett teleskop 20 som innefattar objektiv- linssystemet 21 och okularlinssystemet 22 är närmare angivet i tabell I, där krökningsradien för varje bryt- ningsyta är given tillsammans med bländaröppningsdiame- tern för varje yta och för pupillen ø, vars läge använ- des såsom ett mätvärde från vilket separeringen av suc- cessiva brytningsytor är definierad, tillsammans med beskaffenheten hos materialet relevant för sådant sepa- reringsintervall. Sålunda har t ex ytan 2 en kröknings- radie av -117,35 mm, varvid minustecknet indikerar att krökningscentrum befinner sig på högra sidan av ytan 2; den är skild genom en tjocklek av 8,05 mm av germanium från den föregående ytan, nr. 1, i riktningen för pu- pillen ø; den har en bländaröppningsdiameter av 57,74 ' ¿ mm; och är skild från den efterföljande ytan, nr. 3, med ett luftavstând av 30,30 mm. Detta teleskop ger en förstoring av X7 och okularsystemet 22 har en effektiv fokal längd av approximativt 45,50 mm och vid realbil- den I ett approximativt f-nummer av 2,94. 10 15 451 038 Okularsystemet angivet i tabell I är ett av en grupp som kan konstrueras för att ge ibildavståndet E ett totalt fält upp till approximativt 80° och en pupilldiameter över- stigande 15,5 mm. Genomratt avväga okularsystemet med en faktor i området 0,01 - 10 kan en ökning eller minskning i den effektiva fokala längden erhållas. Okularsystemet som har beskrivits ger hög prestanda över nästan hela -fältet vid realbilden I, såsom framgår av tabell II, och med dess låga pupillavvikelser accepterar den utan olägen- het ett objektivlinssystem 21 av t ex det slag som beskri- vits för att tillhandahålla ett kompakt icke fokuserande teleskop med hög prestanda. Det skall observeras, att beroende på krökningsradierna hos okularlinsytorna 1 och 3 kan okularsystemet 22 när belagt med en högöver- förande, lågreflekterande beläggning, såsom t ex Barr & Stroud ARG3, kombineras med ett FLIR-system utan att införa någon anmärkningsvärd narcissuseffekt. Det är ej heller någon avbländning vid någon av linselementens brytningsytor. 451 038 6 TABELL I via.2o9c. _ Lins 'L Yta Separation Kröknings- Material Bländar-1 radie öppnings- diameter ' ingångs- ø o Plan Luft 15.50 pupill* A 1 46,63 -254,02 Luft 55,54 2 8,05 -117,35 Ge 57,74 B 30,30 54,61 Luft 56,12 22,91 38,10 Ge 38,23 C 12,92 113,54 Luft 36,96 3,50 plan ZnSe5 36,56 (cvn) D 7 113,02 -42,57 Luft 48,85 5/09 -49189 E 9 0,005 262,13 Luft 57,93 10 7,39 201,68 As/Se/Ge 58,11 ' (BSI) F 11 104,36 -228,09 Luft 123,58 12 12,00 -169,06 Ge 128,56 . * Maximal fältvinkel vid ingångspupill = 46,30. .9 451 038 7 TABELL.II Approximativa R.M.s. punkt- Apprøximativa R.M.s. punkt- storlekar (i mikron) vid storlekar (i milliradianer) realbild (I) hänförd till vid objektavstånd 0 hänförd Vid 20°C pupill ø till pupill ø Fält Nkmokromatisk *Kromatisk Monokroatisk *Krcnatisk Xdd 9,6 mikron över 8,5- vid 9,6 ndkro över 8,5 - 11,5 mikrn 11, Nüal 36,8 39,5 0,073 0,105 å 39,6 41,6 0,084 0,127 3/4 46,0 48,3 0,122 0,159 Full 55,8 58,8 0,115 0,160 * Given som en lika avvägd ackumulerad mätning för tre våglängder, varvid våglängderna är 8,5, 9,6 och 11,5 mikron TABELL III Material Brymmgsinaex* v-värae *f Ge 4,003 1182 BS2 2,856 248 BSA 2,779 209 TI 1173 2,600 142 AMTIR 2,497 169 BS1 2,492 152 TI20 2,492 144 ZnSe 2,407 77 KRS5 2,370 260 KRS6 2,177 95 AgCl 1,980 72 CSI 1,739 316 CsBr 1,663 176 KI 1,620 137 KBr 1,526 82 NaCl 1,495 25 KCl 1,457 40 *Brytningsindex är för 10 mikron ## över våglängdsområdet 8,5 - 11,5 mikron

Claims (7)

451 038 g5rENTKRAv=

1. Okular- eller kollimationslinssystem (22) bildat av tre optiskt-förstärkta linselement (A,B,C) i linje på en gemensam optisk axel (23) och anordnade för att mottaga strålning i det infraröda våglängdsområdet från en real- bild (I) och för att ge en knippe av parallella strålar vid en utgångspupill (Q), k ä n n e t e c k n a t av att vart och ett av nämnda linselement (A,B,C) är posi- tivt förstärkta och framställda av ett material som har en nyttig spektral bandpass i det infraröda våglängde- omrâdet, varvid brytningsytan (6) för linselementet (C) närmast nämnda realbild (I) är plan och de fem andra brytningsytorna (1,2,3,4,5) för nämnda linselement (A, B,C) är i huvudsak'sfäriska.¿

2. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ett siktorgan är anordnat på eller i närheten av nämnda plana brytningsyta (6).

3. System enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att en eller flera av nämnda brytningsytor (1,2,3,4,5) har en anti-reflekterande beläggning.

4. System enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att de två linselementen (A,B) i när- heten av nämnda utgàngspupill (ø) har brytningsindex icke mindre än 4,0 vid en våglängd av 10 mikron och en tempe- 'ratur av 20°C. _

5. System enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att nämnda linselement (C) i närheten av realbilden (I) är framställt av zinkselenid och att de övriga linselementen (A,B) i systemet (22) är fram- ställda av germanium.

6. System enligt något av föregående krav, k ä n n e - 451 033 t e c k n a t av att åtminstone ett av nämnda linselement (A, B, C) är anordnat för liten rörelse längs den optiska axeln (23) i förhållande till åtminstone ett annat av lins- elementen (A, B, C) varigenom systemet (22) kan kompenseras för stora omgivande temperaturvariationer.

7. k ä n n e t e.c k n a t av att krökningsradien för det närmast utgångspupillen (ø) belägna linselementets (A) brytningsyta (2) vänd från utgångspupillen är -117,35 mm, varvid minustecknet indikerar att kröknings- System enligt krav 1, centrum befinner sig på andra sidan om linselementets (A) mot- satta brytningsyta (1), att förstnämnda brytningsyta (2) är skild genom en tjocklek av 8,05 mm av germanium från nämnda motsatta brytningsyta (1), och att förstnämnda brytningsyta (2) har en bländardiameter av 57,74 mm och är skild från när- liggande linselements (B) närmaste brytningsyta (3) med ett luftavstånd av 30,30 mm.