CH658731A5 - Lichtstarkes objektiv fuer waermestrahlung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für den Wellenlängenbereich 3.5-5 n.m. Bisher bekannte derartige Objektive (vgl. DE-OS 3 008 343) haben entweder grosse chromatische Fehler oder sind, materialbedingt sehr teuer. Ein billiges, achromatisches Infrarot-Objektiv mit mittelmässiger Korrektur der monochromatischen Bildfehler ist besonders zur Anwendung mit Detektoren mit geringer Auflösung geeignet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein billiges achromatisches Infrarotobjektiv mittlerer Korrektur zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Kombination von drei Linsen vorgesehen ist, von denen die Aussenlinsen aus Silizium (Si) bestehen, die mittlere aber aus Calziumfluorid (CaF;) gefertigt ist. Beide Werkstoffe können dabei aus polykristallinem Material bestehen und dürfen auch einige Verunreinigungen aufweisen.

Für solche Linsenkombinationen lassen sich relativ gute Korrekturzustände erreichen. Die Bildfeldkrümmung und vor allem der Astigmatismus können teilweise korrigiert werden, was vor allem für eine Verwendung mit einem Abtastspiegel wichtig ist. Die nachfolgenden Tabellen und Zeichnungen enthalten zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Objektiven, wobei das erste mit einem Detektor mit Saphirfenster kombiniert ist. Der Korrekturzustand der beiden Objektive ist etwa gleich und aus den entsprechenden Daten ersichtlich. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung mit der Brennweite f = 100, der Apertur 1 :1 und dem halben Feldwinkel 1,6°; gekrümmtes Bildfeld,

R = 17 mm;

Fig. 2 transversale Aberrationen in Abhängigkeit von der Öffnung für die Bildmitte eines Systems gemäss Fig. 1 ;

Fig. 3 transversale Aberrationen des meridionalen Strahlenbündels in Abhängigkeit von der Öffnung für die Bildzone eines Systems gem. Fig. 1 ;

Fig. 4 transversale Aberrationen des sagittalen Strahlenbündels in Abhängigkeit von der Öffnung für die Bildzone eines Systems gem. Fig. 1 ;

Fig. 5 transversale Aberrationen des meridionalen Strahlenbündels in Abhängigkeit von der Öffnung für den Bildrand eines Systems gem. Fig. 1 ;

Fig. 6 transversale Aberrationen des sagittalen Strahlenbündels in Abhängigkeit von der Öffnung für den Bildrand eines Systems gem. Fig. 1 ;

Tabelle 1

Daten des ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung gem. Fig. 1, wobei die Brennweite f = 100, die Apertur 1 :1 und der halbe Feldwinkel 1,6° beträgt;

Tabelle 2

MTF-Werte in % in Abhängigkeit von der Frequenz in Linienpaare pro mm für das System gem. Tabelle 1 mit gekrümmtem Bildfeld (R = 17) für die Aperturwerte 0 (Bildmitte), 0,707 Bildzone), 1,0 (Bildrand). Dabei haben die Wellenlängen folgende Gewichte: 3,5 um Gewicht 1 ; 4,0 um 4,5 Jim 5 um Gewicht jeweils 3. Die MTF-Werte für Bildzone und ßildrand sind Mittel aus sagitallen und meridionalen MTF-Werten.

Tabelle 3

Daten eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Tabelle 1 (Beispiel 1; Fig. 1)

f= 100

ÖV =1:1

Bildhöhe = 2.7

(Halber Feldwinkel 1.6")

Radius

Dicke

Material

335.5

10.0

Si

819.8

59.6

Luft

914.5

5.4

CaF;

260.0

1.6

Luft

49.2

9.1

Si

51.8

56.6

Luft

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

Tabelle 1

(Beispiel 1; Fig. 1)

! = 1(10

öv = 1

: 1 Bildhöhe = 2.?

(Halber Feldwinkel l.h"i

R.ldlU.s

Dicke

Material

0.7

Saphir

2.5

Luft

In Beispiel 1 wurde das Deckglas des Detektors in die Optimierung miteinbezogen.

15

Tabelle 2

MTF-Werte inFrequenz in Linienpaaren - mm gekrümmtes Bildfeld, R = 17 mm. 20

Gewichtung der Farben: 3,5 jtm Gewicht 1,4.0.4.5 und 5.0 um je Gewicht 3

LP. mm 0 0.707 1.0

5

960/o

80%

58%

10

86%

43%

33%

Die Werte für die Zone und Rand sind gemittelt aus MTF in sagittaler und me-ridionaler Richtung.

658 731

Tabelle 3 (Beispiel 2)

r= loo

ÖV =1:1

halber Feldwinket 1.6°

Radius

Dicke

Material

143.5

11.6

Si

180.4

30.8

Luft

561.0

4.0

CaF:

685.0

28.7

Luft

65.9

8.5

Si

80.3

63.9

Luft

Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich korrigiert wie da-, erste, hat aber eine kleinere Bildkrümmung.

Im Schema des ersten Ausführungsbeispieles sind in Fig. 1 die Werkstoffe der einzelnen Linsenelemente angegeben. Die Frontlinse 1 besteht aus Silizium (Si), ebenso der bildseitige Meniskus 2. Das dazwischenstehende dritte Linsenelement 3 ist aus Calciumfluorid (CaF:) hergestellt. In einem Wärmebildgerät wird dieses Objektiv zusammen mit einem Abtastspiegel 4 und einem Strahlungsdetektor 5 verwendet, dem ein Saphir-Deckglas ò vorangesetzt ist. Das Deckglas 6 ist in die Objektivkorrektur mit einbezogen.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

1. 658 731

   PATENTANSPRÜCHE

   1. I nfrarotobjektiv für den Wellenlängenbereich 3.5-5 um. gekennzeichnet durch die Kombination von drei Linsen, von denen die erste und die dritte aus Silizium, die zweite aus Calziumfluorid besteht.
2. 2. Infrarotobjektiv nach Anspruch 1 für ein gekrümmtes Bildfeld, dessen Aufbau durch die folgende Datentabelle gekennzeichnet ist, wobei Abweichungen der Radien um

   ± 5° o bei der ersten und dritten Linse und um ± 20% bei der zweiten Linse zulässig sind.

   Radius

   Dicke

   Material

   335.5
3. 10.0

   Si

   819.8
4. 59.6

   Luft

   914.5

   5.4

   CaF;

   260.0

   1.6

   Luft
5. 49.2

   9.1

   Si
6. 51.8
7. 59.1

   Luft
8. 3. Infrarotobjektiv nach Anspruch 1 für ein gekrümmtes Bildfeld, dessen Aufbau durch die folgende Datentabelle gekennzeichnet ist, wobei Abweichungen der Radien um ± 5° o bei der ersten und dritten Linse und um + 20% bei der zweiten Linse zulässig sind.

   Radius

   Dicke

   Material

   143.5
9. 11.6

   Si

   180.4
10. 30.8

    Luft

    561.0

    4.0

    CaF2

    685.0
11. 28.7

    Luft
12. 65.9

    8.5

    Si
13. 80.3
14. 63.9

    Luft