SE451410B - Detekteringssystem for infrarod stralning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 451 410 2 fältkrökning av strålning fokuserad vid detekteringsytan sam- manfallande med den fysikaliska krökningen hos nämnda detek- teringsyta, och att de respektive axiella dimensionerna för luftutrymmet mellan de två linselementen närmast bildytan och mellan de två linselementen närmast detekteringsytan är väsentligt större än den för det återstående luftutrymmet hos överföringslinssystemet, varvid nämnda axiella dimensioner är valda för att förlägga pupillen bildad av överföringslins- _systemet sammanfallande med nämnda kylda öppning, och varvid den totala styrkan hos överföringslinssystemet är vald för att dimensionera pupillen bildad av överföringslinssystemet att anpassas till dimensionen hos den kylda öppningen samt varvid krökningen hos nämnda linselements brytningsytor är vald för att åstadkomma små bildfält- och pupillavvikelser.

Företrädesvis är centrumtjockleken hos varje linsele- ment i överföringslinssystemet liten, varigenom strålnings- överföring maximeras och använt linselementmaterial minimeras.

Företrädesvis är även det axiella luftutrymmet mellan de tvâ centrala linselementen i överföringslinssystemet i huvudsak noll, varigenom överföringslinssystemet blir relativt kompakt.

Lämpligen är linselementens brytningsytor var och en sfärisk (i teknikens mening) så att framställningen av dessa element är optiskt och mekaniskt enkel.

Lämpligen uppnås fältkrökningsändringar genom val av tjockleken hos de individuella linselementen och/eller mate- rialet av vilket linselementen framställes, ehuru när mer än ett material användes i överföringslinssystemet det kan vara nödvändigt att kompensera för införda kromatiska avvikelser.

En utföringsform av föreliggande uppfinning skall i det följande beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, varvid: ' Pig. 1 är en vertikal sidovy av ett detektorsystem för infraröd strålning enligt föreliggande uppfinning, och fig. 2 är en planvy av systemet enligt fig. 1, Det infraröda detekteringssystemet illustrerat på rit- ningen består av ett avbildningssystem 25 som mottar strålning från objektområde 23 och avger den mottagna strålningen till en bildyta 16. Ett överföringslinssystem 24 hopsamlar strål- 10 15 20 25 30 35 451 41'0 3 ningen vid ytan 16 och överför den till en detektorenhet 26.

Enheten 26 innefattar en detekterande yta ø bildad av ett eller flera detektorelement, vilka är belägna inuti ett kall- skyddshölje med en kyld öppning 13, vilken begränsar den strålningen mottagande vinkeln för enheten 26, varigenom den är "bakgrundsbegränsad". överföringslinssystemet 24 är anord- nat, såsom kommer att förklaras, för att fokusera den över- förda strålningen vid enhetens 26 yta ø så att fältkrökningen för strålningsbilden är densamma som ytans 0 fysikaliska krökning och så att strålningen bildar en pupill sammanfal- lande i läge och dimension med öppningen 13. ' - - överföringslinssystemet 24 är bildat av fyra linsele- ment A, B, C, D, i linje på en gemensam optisk axel och med respektive sfäriska brytningsytor 1 och 2, 3 och 4, 5 och 6, 7 och 8, vilka skär den optiska axeln. Linselementet A ligger li närheten av detektorenheten 26 och linselementet D ligger i närheten av bildytan 16. Linselementen A, B och C är vart och ett positivt förstärkta, medan linselementet D är negativt förstärkt, och de relativa styrkorna är valda för att åstad- komma att fältkrökningen för strålningsytan bildad i enheten 26 är densamma som ytans ø fysikaliska krökning. Genom att välja olika skilda kombinationer av styrkevärden för de indi- viduella linselementen kan anpassas ihop ett antal fysikalis- ka krökningar för ytan G oberoende av bildytans 16 fältkrökï ning (vilken kan variera beroende på egenskapen hos avbild- ningssystemet 25 såsom skall förklaras). Systemets 24 totala styrka är vald så att strålningspupillens dimension är iden- tisk med hålets 13 dimension. Överföringslinssystemet 24 är även anordnat med ett luftutrymme L som avskiljer elementen A och B, ett luftutrym- me'M som avskiljer elementen B och C och ett luftutrymme N som avskiljer elementen C och D, och i syfte att variera läget för utgângspupillen axiellt så att den är exakt belägen sam- manfallande med enhetens 26 öppning 13 är luftutrymmena L och N väsentligt större än luftutrymmet M. För kompakthetens skull är luftutrymmet M i huvudsak noll. Med detta arrangemang lig- ger alltid systemets 24 utgångspupill mellan linselementet A och enheten 26, så att det är fysikaliskt praktiskt att ha u :z-nnunu... 10 15 20 25 30 35 451 410 4 pupillen bildad av systemet 24 sammanfallande med öppningen 13.

Förläggningen av pupillen bildad av systemet 24 är bestämd av det numeriska värdet för luftutrymmena L och N.

Bildavgivningssystemet 25 är enbart en utformning av lämpligt bildavgivningssystem som kan anordnas med överförings- linssystemet 24 och detektorenheten 26. Till exempel kan av- bildningssystemen vara linje- eller bildfältsavkännande med eller utan förstoring och akromatiska eller icke-akromatiska, ojektiva linser, teleskop med flera synfält eller zoom-tele- skop. i vart och ett av vilka bildytan 16 bildas. Systemet 25, vilket är beskrivet enbart såsom ett exempel, innefattar_enL spegel 12 ledbar omkring en axel 20 och bildande en pupill 15, sfärisk konkav spegel 11 bildande en mellanliggande bild 17, spegeltrumma 18 roterbar omkring en axel 19 och med plana ytor 10 parallella med axeln 19 och bildande en pupill 14, och sfärisk konkav överföringsspegel 9 som alstrar bildytan 16. Systemet 25 är beskrivet mera i detalj i brittiska patent- skriften 1586099. _ Ett exempel på överföringslinssystemet 24 och det an- slutande avbildningssystemet 25 är angivet i tabell I, där krökningsradien och optisk öppning för varje optisk yta är given relativt detekteringsytan G. Således har t.ex. ytan 9 en krökningsradie~av -236.09 mm, varvid minustecknet indikerar att centrum för krökningen ligger på vänster sida om ytan 9% ytans 9 topp är förskjuten från Z-axeln med -11.33 mm i 0 Y-riktningen (indikerad i fig. 1) och är skild genom ett luft- utrymme av 294.62 mm från toppen för efterföljande yta (i referenslinjens riktning) 8 i Z-riktningen, vilken är axiell.

Systemet 24 ger en förstoring av X 0.5 och har ett f-nummer av omkring 3 i luftutrymmet mellan ytan G och ytan 1, med ett f-nummer av omkring 6 i luftutrymmet mellan ytan 8 och spegelytan 9. Specifika värden för bildkvalitén för hela optiska systemet är angivna i tabell II.. I Systemet 24 beskrivet med hänvisning till tabellerna I och II ger små bildfält- och pupillavvikelser och minimal distorsion och är möjlig att använda med en stor area för ytan Q med god avbildningskvalitet och med ett effektivt de- tektorstopp vid öppningen 13.

'Vi 10 15 20 451 410 5 _ Systemets 24 parametrar kan varieras i syfte att in- ställa förstoringsfaktorn inom området 0.3 till 3.0 under bibehållande av ovannämnda kvalitet, men den senare avviker oacceptabelt utanför detta förstoringsområde. Naturligtvis är den valda förstoringsfaktorn beroende på f-numret hos de- tektorenheten 26 och f-numret vid avbildningssystemets 25 utgång, av vilka båda kräver att anpassas genom respektive angränsande delar hos systemet 24.

Ehuru det beskrivna exemplet arbetar i våglängdsom- rådet 8-13 mikron på grund av de använda materialen (t.ex. germanium), kan systemet 24 arbeta i vilken som helst del av området 1-13 mikron genom att använda andra linsmaterial (t.ex. kisel). Germanium belagt med ARG 3-beläggning - såsom salufört av Barr and Stroud Limited - vars karakteristika är hög transmission (omkring 98 % eller mer) och låg reflektions- förmåga (omkring 0.2 % eller mindre) ger i huvudsak noll- narcissuseffekt för bandet 8-12 mikron vilket är speciellt användbart.

Det skall observeras, att de numeriska data givna häri är för en temperatur av 20°C och f-numret hänvisat till 1, där 9 är halva vinkeln av konen bildad av det axiella fältknippet efter ljusbrytningen är närleu; ur førmeln (2 sin 9)' från linselementet på vilket det infaller. . .znuruuf . 451 410 .Hwvnmmnoflumßon šmmmmmwmmfix Hmm EPHÉwO .fiflfiu ßufl: mdmQ Ai .S933 fiwfiwooh> :Bm »om H fiüßofl på ._ .fiwmwmmwmmflx zoo Eouou när Hmflxcgmcofinmuon mxwflmæu www øMmGÉufiHHmxNLW www.

.E mo H :8 Hwxmrx nå ofifiå» fl .š mä? ...wnoflš owe Hofifiwo ...w å »mëäfiw oömww i. .Éæå äo ofifiäo .H Hwäè swfi Énofiš oo? .ß ofifioogwšo x H .Hflmmflü ä? _22 33 :ME oo.o | o E .QÉE o.m~ o.S »än äÉ mwzo | äámw- o. r.. 33mm àomë ozï mi; »än ooæmv. ooë .. moi; I 33mm Ni WC »så .HE o.o .. o 3 Hfloš o ä o mo fiå aßm S m | R om? 8 fiüooom o. om o. E »m5 oo. om? om .S1 ooáoo o 38% od än.. wo ooéo.. o ooá o ïm ñæ vad oonzï o moæo ß o _33 QS 73 8 moooo o ooá o WS 93 33 oñB o oño m u wqfl of ooo 8 5.31 o oofi o _22 .HS “m3 ooáof o 2.5 m m 3.3 m: Ni 8 mñoo.. o oo¿ N Wo ñS "m3 oooT o ooá _ m 9.3 o n a o o o _. "m3 âÉ o oo .i 2 o Éës o . f m . o "m3 .HE o o o »Bäuwo Hwxmnw mdficuvfln Hwkmlx maflfiåh wfiumu co äuåoâm Hfläumz »mmfiüßå x oñfiøfixwäm :oflomummww S» "Eøäflm TABELL II 451 410 Lämpliga R.M.S. punkt-storlekar vid detektorplanet (i nükrozx) Nyckel netemorfält Rowrvfimel mnkmratisk vid 9.3 mm (m) (grader) A 0 0 32.5 8 3.875 0 37.2 c ¿3.750 0 49.8 _ D 273.750 19.46 45.5 8 11.875 77.78 31.4 F 0 '+'8.09 33.6 c 5.875 14.40 42.2 H 33.750 I2.71 53.4 I 73.750 ï15.s5 49.3 J 11.875 113.87 28.5 1< o ï12.18 34.3 L _+_1.875 ï1o.49 47.8 14 3.750 18.81 59.3 _ =_ 'r-í

Claims (5)

451 410 PATENTKRAV

1. Detektorsystem för infraröd strålning bestående av ett optiskt bildåtergivande system (25) för att mottaga strål- ning frân ett synfält (23) och avgiva nämnda strålning till en bildyta (16), en detektorenhet (26) med en detekteringsyta (G) bildad av ett eller flera detektorelement belägna i ett kallskyddshölje med en kyld öppning (13), vilken begränsar den strålningen mottagande vinkeln hos detektorenheten (26). varigenom detektorenheten är bakgrundsbegränsad, k ä n n e - t e c k n a t av att överföringslinssystemet (24) är anord- nat mellan bildytan (16) och detektorenheten (26) för att överföra infraröd strålning dem emellan och fokusera den över- förda strålningen vid detekteringsytan (9) hos detektorenhe- ten (26), att överföringslinssystemet (24) är sammansatt av fyra linselement (A,B,C,D), att ett (D) av linselementen i närheten av bildytan (16) är negativt förstärkt och de andra tre (A,B,C) av linselementen är positivt förstärkta, varvid de relativa förstärkningarna för de fyra linselementen (A,B, C,D) är valda med hänsyn till bildytans (16) krökning för att ge en fältkrökning hos strålningen fokuserad vid detekterings- ytan (ø) sammanfallande med den fysikaliska krökningen för: detekteringsytan (G), och att de respektive axiella dimensio- nerna för luftutrymmet (N,L) mellan de tvâ linselementen (C,D) närmast bildytan (16) och mellan de tvâ linselementen (A,B) närmast detekteringsytan (0) är väsentligt större än den för ' detâterstâende luftutrymmet (M) för överföringslinssystemet . (24), varvid nämnda axiella dimensioner (L,M,N) är valda för att förlägga pupillen bildad av överföringslinssystemet (24) sammanfallande med nämnda kylda öppning (13) och varvid den totala styrkan av överföringslinssystemet (24) är vald att dimensionera pupillen bildad av överföringslinssystemet (24) att anpassas till dimensionen för den kylda öppningen (13) samt varvid krökningen för brytningsytorna (1-8) för lins- elementen (A,B,C,D) är vald för att ge små bildfält- och pupillavvikelser. I (U <\\ 451 410 9

2. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att centrumtjockleken för varje linselement (A,B,C,D) hos överföringslinssystemet (24) är liten, varigenom strâlnings- överföringen är maximerad och det använda linselementmate- rialet är minimerat.

3. System enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att det axiella luftutrymmet (M) mellan tvâ centrala lins- element (B,C) hos överföringslinssystemet (24) är i huvudsak noll, varigenom överföríngslinssystemet (24) är relativt kompakt.

4. System enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att brytningsytorna (1-8) hos linselementen (A,B,C,D) är var och en sfärisk så att framställningen av dessa element är optiskt och mekaniskt enkel.

5. System enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att fältkrökningsändringar är erhållna genom val av tjockleken hos de enskilda linselementen (A,B,C,D) och/eller genom materialet av vilket linselementen (A,B,C,D) är framställda.