SE453694B - Icke fokuserande refraktorteleskop - Google Patents

Description

453 §94 10 15 20 25 30 -u »q-(pw “www-nunnor . 2 Medan teleskopet enligt föreliggande uppfinning är av É refraktortyp finns ingen förmörkelse av synfältet; med enbart fyra linselement är systemet optiskt ooh mekaniskt enkelt; med samtliga brytningsytor i huvudsak sfäriska ... .å är linselementen enkla att framställa; och emedan objek- tivsystemet är färgkorrigerat kan teleskopet göras kom- pakt med en prestanda nära brytningsgränsen över ett vitt område av förstoringar. ...__ _ Objektivsystemets färgkorrigerande linselement kan vara ett kalkogenid glas, såsom t ex de som säljes av Barr and Stroud Limited under deras beteckning “Type 1 Chal- linselementen kan V-värde av 1182 varvid samtliga ele- cogenide Glass", medan de andra tre vara gjorda av germanium (som har ett och ett brytningsindex av 4.003), ment har en effektiv spektral bandpass i Alternativt kan det färg- framställt av ett av de det infraröda våglängdsomrâdet d-13 mikron. korrigerande linselementet vara material som är angivna i nedanstående tabell V.

Detfärgkorrigerande linselementet kan vara fast monte- rat relativt de andra linselementen, men företrädesvis är det rörligt_längs den optiska axeln varvid till följd härav teleskopet kan kompenseras för ändringar i omgi- vande temperatur som alstrar en lägesförändring av real- bilden bildad i teleskopet. Sådan rörelse av det färg- korrigerande linselementet kan även användas för att variera teleskopets fokus (utan att frångâ dess s k "icke fokuserande“ natur) när realbilden bildad i tele- skopet icke är av hög kvalitet. Detta uppnås företrädes- vis när det färgkorrigerande linselementet har låg op- tisk effekt emedan minimal förstoringsändring alstras när detta element förflyttas.

Föreliggande uppfinning är i det följande beskriven i utföringsexempel med hänvisning till tabeller och bifo- gade schematiska ritning. 10 15 20 25 30 35 453 694 Såsom visat på ritningen är ett teleskop 10 bildat av ett objektivsystem 11 och ett okularsystem 12 i linje pâ en gemensam optisk axel 13. Teleskopet 10 är av icke foku- serande refraktortyp och bildar invändigt en realbild I av strålning som inkommer till teleskopet från objekt- avståndet 0. Objektivsystemet 11 är bildat av ett pri- märt linselement D och ett sekundärt linselement C, var- vid det senare har negativ effekt (dvs divergent) och färgkorrigerande, medan det förra har positiv effekt (dvs konvergent). Elementet C har brytningsytor 5, 6 och elementet D har brytningsytor 7, 8. Okularsystemet 12 är bildat av linselement A, B med positiv effekt och med respektive brytningsytor 1, 2 och 3, 4. Elementen A och B bildar tillsammans ett fast fokussystem och elementen C och D bildar även ett fast fokussystem, så att objek- tivsystemet 11 mottager en knippe parallella strålar från en inträdespupill bildad i objektutrymmet O och okularsystemet 12 samlar strålning från den inverterade realbilden I bildad av objektivsystemet 11 och alstrar en knippe parallella strålar som bildar en utträdespu- pilll ø i bildutrymmet E. Den optiska effekten av och avståndet mellan de olika linselementen A, B, C, D är anordnad så, att bilden I ligger mellan brytningsytorna 5 och 3.

Brytningsytorna 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 och 8 är var och en i huvudsak sfäriska, dvs om de icke är riktigt sfäriska är de "sfäriska" i denna tekniks mening.

Teleskopet 10 är konstruerat för användning inom området för infraröd våglängd (dvs 3-13 mikron) och följaktligen är linselementens brytningsindex relativt stora men i syfte att åstadkomma tillräckligt hög optisk prestation är linselementet C färgkorrigerande med ett V-värde av 120 eller större, har en lägre brytningsindex än elemen- tet D och har en negativ effekt. Detta uppnås för områ- det 8-13 mikron genom att göra linselementen A,B och C 10 15 go 25 30 35 453 694 4 av germanium, vars brytningsindex är 4.0, och linselemen- tet C av kalkogenid glas enligt Éarr and Stroud typ 1, vars brytningsindex är 2.49, uppmätt vid en temperatur av 20°C och vid en våglängd av 10 mikron. I detta fall har elementet C en spridningseffekt, eller V-värde, av omkring 150 varvid V-värdet är beräknat såsom förhållan- det av spridningsindex vid 10 mikron minus 1 till sprid- ningsindex vid 8.5 mikron minus spridningsindex vid 11.5 mikron. Dessa material (vilka är lämpade att vara anti- reflekterande belagda) tillhandahåller således ett tele- skop med åtminstone 60 % genomsläpplighet av infallande strålning i mikronområdet 8.5 till 11.5 när de är anti- reflektionsbelagda.

Linselementet C är företrädesvis rörligt längs den optis- ka axeln 13, medan de andra linselementen A, B och D är fixerade, och detta medger kompensation för teleskopet mot rörelser i läget för bilden I inducerat av omgivande temperaturförändringar typiska inom området 0-40°C. Al- ternativt för ett fast läge för bilden I kan teleskopet vara fokuserat på avlägsna objekt, exemplifierade inom området 100 m till oändlighet. Även objektivsystsmets 11 obetydliga telefotoformat alstrar inre f-tal av mindre än 2.0 i luftutrymmet mellan linselementen C och D och i luftutrymmet mellan linselementen B och C.

Ett exempel på teleskopet 10 är redogjort för i tabell I, där krökningsradien för varje brytningsyta är angiven tillsammans med öppningsdiametern för varje yta och för pupillen ø, vars läge använde såsom ett mätvärde, från vilket separeringen av successiva brytningsytor är de- finierad, tillsammans med beskaffenheten hos materialet relevant för sådant separeringsintervall. Sålunda har t ex ytan 5 en krökningsradie av 549.66 mm, varvid minus- tecknet indikerar att krökningscentrum befinner sig på högra sidan om ytan 5; den är skild genom ett luftutrym- me av 207.56 mm från föregående yta, nummer 4, i rikt- 10 15 20 25 30 35 453 694 5 ningen för pupillen ø; den har en öppningsdiameter av 128.30 mm; och är skild från den efterföljande ytan, nummer 6, genom ett avstånd av 12.50 mm i ett Barr and Stroud typ 1 kalkogenid glas. Detta teleskop ger en- förstoring av X14 och har inre f-nummer av approximativt 1.18 och 1.64 i luftutrymmena mellan linselementen C och D respektive C och B. Färgkorrektion bibehålles över om- rådet 8.5 till 11.5 mikron och med elementet C rörligt fokuserande och termiskt kompenserande är användbart över områdena 80 m till oändlighet respektive 0-40°C med minimal försämring i total prestation. För praktis- ka ändamål och om prestandaförsämringen är acceptabel kan området för fokuskompensation och termisk kompensa- tion ökas till 5 m till oändlighet respektive minus 30°- + 7o°c. speciella värden på bildkvaliteten för detta teleskop är givna i tabell II.

Teleskopet redogjort för i tabell I är en av många som kan konstrueras utnyttjande ett okularsystem 12 med fast fokus. Sålunda kan teleskop med förstoringar inom området X5.6 till X31.5 konstrueras utifrån den informa- tion som ges i tabell I (för ett teleskop med försto- ring X14). Genom att välja en förstoringsskalfaktor inom området 0.40 till 2.25, med vilket skall multipliceras X14 för att ge önskad teleskopförstoring, kan teleskopet konstrueras genom att inmäta krökningsradien och separa- tionen av objektivsystemets element och genom att modi- fiera separationen av ytan 5 från läget för bilden I genom samma faktor. För denna familj av teleskop kommer tidigare nämnda inre f-nummer att vara < 1.24 och < 1.72.

Ett ytterligare exempel på teleskopet 10 är redogjort för i tabell III, vilket har en förstoring av X16 och prestandavärden såsom angivet i tabell IV. Detta tele- skop har en diameter på pupillen ø av 11.3 mm och inre f-nummer av 1.34 respektive 1.86 och är även ett av en 453 694 10 15 20 25 familj av teleskop som kan konstrueras med ett okular- system med gemensam fixerad fokus. Denna familj har en skalfaktor inom omrâdet 0.55 till 2.65 vilket ger ett förstoringsområde av X8.8 till X41.6 varvid i samtliga fall de inre f-numren är < 1.34 respektive < 1.86.

De beskrivna teleskopen ger hög prestanda över åtmins- tone tvâ tredjedelar av det totala fältet med en primär objektivhåldiameter förstorad med mindre än 12 % för att tillgodose pupillavvikelser och den totala teleskopläng- den är relativt kort. I det första exemplet är distor- sionen vid maximal fältvinkel omkring 0.8 % och överdi- mensioneringen av objektivhâlet är omkring 7.3 %, medan för det andra exemglet motsvarande distorsion är omkring 1.3 % och överdimensioneringen av objektivhålet är om- kring 11.2 &. Det är ej heller någon avbländning (vig- netting) vid någon av linselementens brytningsytor. Det färgkorrigerande linselementet behöver icke vara gjort av BS1 kalkogenid glas utan kan vara gjort av vilket som helst av de material som är angivna i tabell V, och det skall observeras att beroende på krökningsradien för ytan 3 kan teleskopen, när de är belagda med högöver- förande, lâgreflekterande icke reflekterande belägg- ningar, såsom t ex Barr & Stroud ARG 3, kombineras med ett FLIR-system utan att införa någon anmärknings- värd narcisseffekt (narcissus effect).

De data som är givna i tabellerna I-IV är för tele- skop fokuserade vid stora avstånd (oändlighet) vid 2ø°c. 453 694 7 _ TABELL I Lins Yta Segnæmion' Kröknings- Material Bläukmögmüngs- radie dümeter ügàrß- mpinf ø O Plan Luft 15.50 1 36.00 -169.06 Luft 46.31 A 2 5.74 - 77.22 Ge 47.77 3 7.60 44.96 Luft 42.83 B 4 20.20 32.77 Ge 27.37 5 207.56 -549.66 Luft 128.30 C . 6 12.50 -1440.92 AsAk#Ge 133.76 G51) 7 116.20 -452.37 Luft ' 226.38 D 8 18.00 -303.95 Ge 232.22 * Maximal fältvinkel vid ingångspupill = 46.30 TABELL II Approximativ R.M.S. punktstorlekar i objektcnmådet (i milliradianer) Fält Monokromatik vid *Kromatik över 8.5-11.5 9.6 mikron mikron Axiellt 0.038 0.041 § 0.049 0.059 3/4 0.055 0.067 Totalt 0.085 0.088 * Given som en lika avvägd samlad mätning med tre våg- längder, varvid våglängderna är 8.5, 9.6 och 11.5 mikron. 453 694 8 TABELL III Lins Yta Separation Kräaüngs- Material Blämkuögmfings- radie -diæmfier Ingåïß- pqmll* O Plan Luft 11.30 23.66 -76.99 Luft 43.79 A 9.85 -51.00 Ge 49.06 1.05 49.89 Luft 47.91 B 19.86 42.57 Ge 33.75 167.03 -549.66 Luft 98.12 C _ 16.00 -2921.41 As/Se/Ge 103.86 (B51) 125.11 -369.82 .Luft 193.92 D 19.65 -261.56 Ge 201.40 * Maximal fältvinkel vid ingangspupill = 12° TABELL IV Approucimativ R.M.S. pxznktstorlekar i objektområdet (i ntilliradianer Fält Monokromatik vid *Kromatik över 8.5-11.5 9.6 mikron _ mikron Axiellt 0.049 0.058 5 0.074 0.088 3/4 0.080 0.103 Totalt 0.178 0.195 * Given som en lika avvägd samlad mätning med tre våg- längder, varvid våglängderna är 8.5, 9.6 och 11.5 mikron. 453 694 9 TABELL V Material V-värde Brytningsindex* BS2 248 2.856 BSA 209 2.779 TI 1173 142 2.600 AMTIR 169 2.497 Bs1 ' 152 2.491 TI 20 144 2.492 KRS 5 260 2.370 CSI 316 1.739 CS Br 176 1.663 KI 137 1.620 * Brytningsindex är för 10 mikron vid 20°C.

Claims (4)

1. 453 694 10 PATENTKRAV 1. Ett icke fokuserande refraktorteleskop (10) bildat av ett akromatiskt objektivsystem (11) med fixerad fokus och ett okularsystem (12) med fixerad fokus i linje på en gemensam optisk axel (13) och anordnade att åstadkomma en inre real- bild (I), k ä n n e t e c k n a t av att objektivsystemet (11) är bildat av två linselement (C, D) och att okularsyste- met (12) är bildat av tvâ linselement (A, B), varvid vart och ett av de fyra linselementen (A, B, C, D) är gjorda av ett ma- terial som har ett effektivt spektralt bandpass i det infra- röda våglängdsomrädet och varvid linselementen har brytnings- ytor (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) i huvudsak sfäriska och avskä- rande den optiska axeln (13), och att ett (C) av objektivsys- temets linselement (C, D) beläget närmast okularsystemet (12) är färgkorrigerande, har en sprflàfingseffekt eller ett V-värde av icke mindre än 120, varvid V-värdet är beräknat såsom förhål- landet av brytningsindex vid 10 mikron minus 1 till brytnings- index vid 8,5 mikron minus brytningsindex vid 11,5 mikron, har negativ effekt och har ett lägre brytningsindex än objek- tivsystemets andra linselement (D), vilket har positiv effekt.

2. Teleskop enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att objektivsystemets nämnda andra linselement (D) har ett brytningsindex vid en temperatur av 20°C av icke mindre än 4,0.

3. Teleskop enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att objektivsystemets nämnda ena linselement (C) har låg optisk effekt och är monterat för rörelse längs den optiska axeln (13) medan de andra linselementen (A, B, D) är fast monterade, och att organ förefinnes för att förflytta objektivsystemets nämnda ena linselement (C), varigenom tele- skopet (10) kan kompenseras mot termiska variationer eller inställas för fokus.

4. Teleskop enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att objektivsystemets nämnda ena lins- 453 694 - '11 element (C) vid en temperatur av 20°C har ett brytningsindex vid en våglängd av 10 mikron icke mindre än 2;45, varvid de andra linselementen (A, B, S) har ett brytningsindex vid en temperatur av 20°C icke mindre än 4,0. I 5. Teleskop enligt något av föregående krav, 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, 6, 7, 8) har en anti-reflekterande belägg- ning. 6. Teleskop enligt krav S, k ä n n e t e c k n a t av att objektivsystemets nämnda ena linselement (C) är gjort av kalkogenid glas medan vart och ett av de andra linsele- menten (A, B, D) är gjort av germanium, och att teleskopet (10) vid en våglängd av 10 mikron överför åtminstone 60% av den infallande strålningen. 7J _Te1eskop enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att objektivsystemet (11) är anpassat genom en faktor i om- rådet 0,40 till 2,25._ 8. Teleskop enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a_t av att objektivsystemet (11) är anpassat genom en faktór_i om- rådet 0,55 till 2,65.