CH663096A5

CH663096A5 - Afokales fernrohr.

Info

Publication number: CH663096A5
Application number: CH3996/82A
Authority: CH
Inventors: Iain Alexander Neil; Michael Owen Lidwell; William Mccreath
Original assignee: Barr & Stroud Ltd
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1987-11-13
Also published as: DE3223974A1; SE8203900L; FR2509057B1; NO822299L; IN159613B; SE8203900D0; BE893703A; FR2509057A1; IT8267816A0; IT1155700B; YU138082A; NL8202540A; US4486069A; SE457754B

Description

Die Erfindung geht aus von einem afokalen Fernrohr sind die Okularlinsen einfach herzustellen ; vorteilhaft ist gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 40 ferner, dass das Fernrohr derart aufgebaut werden kann, dass

Mit der Einführung von Hochleistungs-Infrarotbeobach- das von ihm entworfene reelle Zwischenbild auf oder nahe tungssystemen, welche im englischen Sprachgebrauch unter bei jener brechenden Oberfläche des Okulars liegt, welche der Abkürzung «FLIR» (forward looking infrared systems) sich am weitesten entfernt von der Austrittspupille befindet,

bekannt sind, ist ein Bedarf an afokalen Hochleistungsfern- Wenn man die mittlere der Okularlinsen bikonvex wählt röhren entstanden, welche in solchen Systemen verwendbar 45 Und alle Linsen dünn wählt (dünn im Scheitelbereich), erhält sind. Es sind schon verschiedene Formen von Fernrohren für man eine hohe Durchlässigkeit und benötigt nur wenig Mate-

FLIR-Systeme vorgeschlagen worden, doch bedingen die aus rial für die Linsen.

Gründen der praktischen Handhabung geborene Forderung Das Okular kann so aufgebaut werden, dass die Pupillennach kompaktem Aufbau, insbesondere nach einer geringen aberration und die Sehfeldaberration gering sind und desGesamtlänge des Fernrohrs, sowie die Forderung nach einem so halb kann das Okular ohne Schwierigkeit mit einer Vielzahl grossen Sehfeld im Bildraum des Fernrohrs (d.i. der Raum, von Objektiven, und zwar sowohl Linsenobjektiven als auch in welchem der Bildabtaster (Scanner) liegt) zugleich die For- Spiegelobjektiven, zu kompakten, afokalen Hochleistungs-derung nach geringen Aberrationen, welche durch die fernrohren zusammengesetzt werden.

Pupille und die Ausdehnung des Sehfeldes verursacht Eine oder mehrere der Okularlinsen können mit asphäri-

werden. ss sehen brechenden Oberflächen versehen werden, um die

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Abbildungsgüte, insbesondere was die Pupillenaberration und im Aufbau einfaches afokales Fernrohr zu schaffen, betrifft, zu erhöhen ; dies kann den positiven Effekt haben,

welches im Bereich infraroten Lichtes arbeitet und nur dass das zum Ausgleich von Pupillenaberrationen vorgese-

geringe Aberrationen aufweist. hene Übermass des Objektivs vermindert werden kann. Der

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fernrohr mit den im «o durch die Wahl asphärischer Linsen erzielbare Vorteil ist

Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. aber nicht sonderlich signifikant und muss mit einem

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- beträchtlichen Mehraufwand bei der Herstellung der asphä-

stand der abhängigen Ansprüche. rischen Oberflächen selbst dann erkauft werden, wenn diese

Vorzugsweise besitzt das Okular des Fernrohrs keine wie im vorliegenden Fall eine starke Abweichung von der

Linsen mit asphärischen brechenden Oberflächen, so dass «s sphärischen Gestalt und niedrige Toleranz aufweisen das Okular optisch und mechanisch einfach aufgebaut ist ; können.

mit vier i.w. sphärischen brechenden Oberflächen und mit Vorzugsweise werden alle drei Okularlinsen aus Germa-

zwei i.w. sphärischen oder ebenen brechenden Oberflächen nium hergestellt, welches im Wellenlängenbereich von 8 bis

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13 um eine brauchbare Durchlässigkeit und einen Brechungsindex von 4,003 bei 10 [im sowie eine V-Zahl von 1182 besitzt. Die V-Zahl ist ein Mass für die Dispersion des optischen Werkstoffs ; sie ist für Germanium definiert als das Verhältnis des um Eins verminderten Brechungsindexes bei 10 (im zur Differenz der Brechungsindices bei 8,5 (im und 11,5 [im:

V =

n (10 [im) - 1

n (8,5 [im) - n (11,5 [im)

Alternativ könnte man alle drei Okularlinsen aus Silizium herstellen, welches im Wellenlängenbereich von 3 bis 5 [im eine brauchbare Durchlässigkeit, einen Brechungsindex von 3,425 bei 4 [im und eine V-Zahl von 524 besitzt. Die V-Zahl is ist für Silizium in entsprechender Weise definiert als

V =■

n (4 [im) - 1

n (3,5 [im) - n (4,5 [im)

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Zweckmässigerweise bestehen die drei Okularlinsen sämtlich aus demselben Material, welches einen möglichst hohen Brechungsindex und eine möglichst hohe V-Zahl besitzen sollte. Um jedoch Ausmass und Ausgleich der Sehfeldaberrationen zu verändern, kann man die optischen 25 Materialien für die drei Okularlinsen auch abweichend wählen.

Die am Scheitel gemessene Dicke der dem reellen Bild am nächsten liegenden Okularlinse wird vorzugsweise gross gewählt, jedoch nicht so gross, dass diese Linse dadurch posi- 30 tive Brechkraft erhalten würde, und die Krümmungsradien dieser Linse können im Zusammenspiel mit den Krümmungsradien der übrigen Linsen geändert werden, um unterschiedlich grosse Sehfelder im Bildraum (Raum, in welchem der Bildabtaster (Scanner) liegt) zu verwirklichen. 35

Die mittlere, positive Brechkraft besitzende Okularlinse kann eine von fünf verschiedenen Linsenformen annehmen: Meniskusform, wobei die konkave Oberfläche des Meniskus dem reellen Bild im Fernrohr zu- oder abgewandt sein kann; plankonvexe Form, wobei die ebene Linsenoberfläche die 40 dem reellen Bild im Fernrohr nächstliegende oder entfernt liegende der beiden Linsenoberflächen sein kann; und die bikonvexe Form. Je nachdem, welche Form für die mittlere Okularlinse gewählt wird, sind Ausgleich und Ausmass der Korrektur der Sehfeld- und Pupillenaberration ein wenig 45 unterschiedlich. Insbesondere bei Wahl einer bikonvexen mittleren Okularlinse kann man mit verhältnismässig wenig optischem Material für das Okular auskommen, d.h. die Linsenkrümmungen sind dann nur gering und die an den Scheiteln gemessenen Dicken der Linsen sind zusammenge- so nommen ebenfalls gering; ein solches Okular ist deshalb in der Herstellung kostengünstig und weist eine hohe Durchlässigkeit sowie geringe Aberration auf.

Die Okularlinse, welche vom Objektiv am weitesten entfernt liegt, kann ebenfalls eine der fünf im Zusammenhang 55 mit der mittleren Okularlinse erwähnten Linsenformen aufweisen, aber falls ihre der im Bildraum liegenden Austrittspupille benachbarte brechende Oberfläche plan oder nahezu plan ist, dann trägt sie. vorzugsweise eine Antireflexbeschich-tung, z.B. die von Barr und Stroud Limited unter der Bezei- «> chnung ARG 3 in den Handel gebrachte Beschichtung, welche sich durch hohe Transmission (bei 20°C über den Bereich von 7,5 [im bis 11,5 [im gemittelt wenigstens 98%) und durch geringes Reflexionsvermögen (bei 20°C über den Bereich von 7,5 [im bis 11,5 [im gemittelt nicht mehr als 0,2%) aus- «s zeichnet; natürlich können alle brechenden Oberflächen der drei Okularlinsen in gleicher Weise mit einer reflexmindernden Beschichtung versehen sein.

Die beiden Luftspalte zwischen den drei Okularlinsen können verändert werden, doch sollten sie so schmal gehalten werden, wie es unter dem Gesichtspunkt der Herstellung sinnvollerweise annehmbar ist, damit das Fernrohr so kompakt wie möglich wird; dies ist der Grund, warum die Anordnung aus den drei Okularlinsen als ein Triplet bezeichnet wird.

Mit Vorteil lässt sich auch der Abstand des im Fernrohr liegenden reellen Zwischenbildes von der nächstliegenden Okularlinse soweit verringern, dass das reelle Zwischenbild ganz oder teilweise auf oder dicht bei der konkaven Oberfläche dieser Okularlinse liegt. Das reelle Zwischenbild kann ganz oder teilweise im Innern dieser nächstliegenden Okularlinse liegen.

Das erfindungsgemässe Okular kann zur optimalen Anpassung an ein Objektiv optimiert werden, und danach kann bei unverändert bleibendem Okular (und auch bei teilweiser Änderung des Okulars) das Objektiv derart abgewandelt werden, dass die Vergrösserung bei achsparallelem Lichteinfall und die Brennweite des Fernrohrs annähernd konstant bleiben. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn aus Kostengründen, Gefährdungsgründen oder zur Änderung der Leistungsfähigkeit des Fernrohrs die optischen Materialien für das Objektiv geändert werden sollen. Ferner können das Okular und ein dazu komplementäres Objektiv, z.B. ein zweilinsiges, achromatisches Teleobjektiv, in gegenseitiger Anpassung derart optimiert werden, dass das Fernrohr über sein gesamtes Sehfeld nahe der durch Beugung bestimmten Leistungsgrenze eingesetzt werden kann, wobei die lichte Apertur (Durchmesser) der primären (äusseren) Objektivlinse nur wenig grösser ist als die vom axialen Strahlenbündel benötigte Apertur, und wobei der Luftzwischenraum zwischen dem Objektiv und dem Okular gross genug ist, um weitere Linsengruppen einfügen zu können, z.B. um das Fernrohr auf unterschiedlich grosse Sehfelder umstellen zu können. Es sei betont, dass die Umstellbarkeit auf unterschiedlich grosse Sehfelder durch Einfügen einer zusätzlichen Linsengruppe erfolgen kann, ohne dass die ursprüngliche Linsenanordnung für nur eine Sehfeldeinstellung gestört werden müsste. Dies ermöglicht eine sehr genaue axiale Ausrichtung der optischen Bauelemente in der ursprünglichen Anordnung für nur eine Sehfeldeinstellung.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemässe Okular bis zu der durch Beugung bestimmten Grenze Abbilder am Ort einer im Bildraum liegenden Austrittspupille erzeugen. Die Austrittspupille kann entweder einen grossen Durchmesser besitzen, dann ist das Sehfeld im Bildraum klein, oder einen kleinen Durchmesser besitzen, dann ist das Sehfeld gross, z.B. einen Pupillendurchmesser von 15 mm bei 46° Sehfeld, oder einen Pupillendurchmesser von 11 mm bei 12° Sehfeld. Durch massstäbliche Vergrösserung oder Verkleinerung des Okulars kann man bei gleichbleibendem Sehfeld unterschiedliche Pupillendurchmesser verwirklichen.

Durch Kombination des erfindungsgemässen Okulars mit unterschiedlichen Objektiven lassen sich unterschiedliche Fernrohrtypen verwirklichen. Beispiele sind:

a) Achromatische und nicht achromatische Infrarotfernrohre mit starker und schwacher Vergrösserung;

b) Zwei-, drei- oder mehrfach auf unterschiedliche Sehfelder umstellbare Infrarotfernrohre, bei denen die Umstellung auf unterschiedliche Sehfelder durch Einfügen, Entfernen oder Austauschen von Linsengruppen im Strahlengang erfolgt;

c) Kontinuierlich einstellbare Infrarot-Zoomfernrohre;

d) Zusammengesetzte Infrarotfernrohre aus zwei oder mehr Infrarotfernrohren, von denen eines der Gattung (b) oder (c) angehören kann ;

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e) Fernrohre der Gattungen (a) bis (d), in welchen irgendwelche der reflektierenden oder brechenden Flächen eine beliebige geeignete Oberflächengestalt haben, z.B. plan, sphärisch, asphärisch, torisch, usw.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen nachfolgend beschrieben:

Fig. 1 zeigt ein afokales Linsenfernrohr mit zwei Vergrös-serungseinstellungen, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit getrennt dargestellt sind, und

Fig. 2 zeigt als Detail das Okular zu dem Fernrohr aus Fig. 1 zusammen mit einer Darstellung der für das Okular erlaubten Linsenformen.

Das in Fig. 1 dargestellten Linsenfernrohr 20 mit zwei Ver-grösserungseinstellungen besteht in erster Linie aus einem Objektiv 21 für starke Vergrösserung und aus einem Okular 23, welche auf einer gemeinsamen optischen Achse 19 angeordnet sind. Für die Einstellung mit schwacher Vergrösserung ist ein Zusatzobjektiv 22 vorgesehen, welches in den Strahlengang zwischen dem Objektiv 21 und dem Okular 23 eingefügt und auf dieselbe optische Achse 19 ausgerichtet werden kann. Das Einfügen des Zusatzobjektivs 22 kann z.B. dadurch erfolgen, dass es um eine Achse 25 verschwenkt wird, welche rechtwinklig zur optischen Achse 19 seitlich neben dieser verläuft. Das Fernrohr 20 ist ein afokales Linsenfernrohr und erzeugt in beiden Vergrösserungseinstel-lungen durch das Objektiv 21 bzw. durch das Zusammenwirken des Objektivs 21 mit dem Zusatzobjektiv 22 ein reelles Zwischenbild 24. Das Objektiv 21 für die starke Vergrösserung ist ein schwaches Teleobjektiv und besteht aus einer Primärlinse H mit positiver Brechkraft (Sammellinse) und aus einer farbkorrigierenden Sekundärlinse G mit negativer Brechkraft (Zerstreuungslinse). Die Sekundärlinse G besitzt die brechenden Oberflächen 13 und 14 und die Primärlinse H besitzt die brechenden Oberflächen 15 und 16. Das Zusatzobjektiv 22 besteht aus drei Linsen, D, E und F, von denen die Linsen D und F mit den brechenden Oberflächen 7,8 bzw. 11,12 negative Brechkraft besitzen, wohingegen die zwischen den Linsen D und F liegende Linse E mit den brechenden Oberflächen 9 und 10 positive Brechkraft besitzt. Das Okular 23 besteht aus drei Linsen A, B und C, von denen die Linsen A und B mit den brechenden Oberflächen 1 und 2 bzw. 3 und 4 positive Brechkraft besitzen, wohingegen die Linse C mit den brechenden Oberflächen 5 und 6 negative Brechkraft besitzt. Die Linsen A, B und C zum einen, die Linsen D, E und F zum andern und die Linsen G und H zum dritten bilden jeweils Fixfokussysteme, so dass die aus dem Gegenstandsraum 17 auf das Objektiv 21 treffenden Strahlen durch eine im Gegenstandsraum 17 liegende Eintrittspupille mit grossem Durchmesser hindurchtreten und im Innern des Fernrohrs 20 ein umgekehrtes reelles Zwischenbild erzeugen, sofern sich das Zusatzobjektiv 22 nicht im Strahlengang des Fernrohrs 20 befindet; wenn jedoch das Zusatzobjektiv 22 in den Stahlengang des Fernrohrs 20 eingefügt ist, dann bilden die aus dem Gegenstandsraum 17 auf das Objektiv 21 auftreffenden Strahlen eine im Innern des Fernrohrs 20 liegende Eintrittspupille mit kleinem Durchmesser (also eine virtuelle Pupille), und die durch die virtuelle Eintrittspupille hindurchtretenden Strahlen werden vom Zusatzobjektiv 22 gesammelt, welches ein im Innern des Fernrohrs 20 liegendes umgekehrtes, reelles Zwischenbild 24 erzeugt. Die reellen Zwischenbilder 24 in den beiden Ver-grösserungseinstellungen stimmen bis auf geringe Unterschiede, die ihre Ursache in Aberrationen haben, überein, und die von den Zwischenbildern 24 in den beiden Einstellungen ausgehenden Strahlenbündel werden vom Okular 23 gesammelt. Die aus dem Okular 23 austretenden parallelen Strahlenbündel stimmen in den beiden Vergrösserungsein-stellungen des Fernrohrs 20 bis auf geringe Abweichungen infolge von Aberrationen überein (vergi, die beiden Darstellungen des Strahlenganges in Fig. 1) und bilden eine im Bildraum 18 liegende Austrittspupille 0. Die Brechkraft der Linsen A bis H und deren Abstände sind so gewählt, dass das Zwischenbild 24 in der Einstellung mit starker Vergrösserung zwischen den brechenden Oberflächen 5 und 13 und in der Einstellung mit schwacher Vergrösserung zwischen den brechenden Oberflächen 5 und 7 liegt.

Die brechenden Oberflächen 1 bis 6 und 8 bis 16 sind i.w. sphärisch, d.h. ihre Abweichungen von der idealen sphärischen Gestalt sind allenfalls so gross, dass sie nach dem üblichen fachlichen Verständnis des Begriffs von sphärischen Linsen noch als sphärisch bezeichnet werden können. Hingegen ist die brechende Oberfläche 7 plan.

Das Fernrohr 20 ist zur Benutzung im infraroten Wellenlängenbereich, insbesondere für den Bereich von 3 bis 13 [im, ausgelegt und infolgedessen sind die Brechungsindices der verschiedenen Linsen relativ hoch, und zur Erzielung einer hohen optischen Güte ist die Linse G farbkorrigierend, besitzt negative Brechkraft und einen niedrigeren Brechungsindex als die Linse H. Für den Wellenlängenbereich von 8 bis 13 p.m erreicht man dies dadurch, dass man als Werkstoff für die Linsen A, B, C, D, E, F und H Germanium mit einem Brechungsindex von 4,00322 und für die Linse G als Werkstoff vorzugsweise ein Chalkogenid-Glas, wie das von Barr & Stroud unter der Bezeichnung BS 1 vertriebene Chalkogenidglas (ein Glas mit Arsen, Selen und Germanium als wesentlichen Bestandteilen) mit einem Brechungsindex von 2,49158 verwendet; die angegebenen Brechungsindices gelten für eine Wellenlänge von 10 (im und eine Temperatur von 20°C. In diesem Fall besitzt die Sekundärlinse G eine V-Zahl von V = 152. Die V-Zahl, auch als Abbesche Zahl bekannt, ist ein Mass für die Dispersion des Werkstoffs; sie ist hier definiert als das Verhältnis des um Eins verminderten Brechungsindexes bei 10 (im zur Differenz der Brechungsindices bei 8,5 (im und 11,5 (im:

v n (10 (im) - 1

n (8,5 (im) - n (11,5 (im)

Weitere geeignete Materialien für die Linse G sind in der Tabelle XVII aufgeführt.

Die oben genannten Materialien für die Linsen lassen sich mit einer Antireflexbeschichtung versehen, und wenn man dies tut, erhält man ein Fernrohr, welches sowohl in der Betriebsweise mit starker Vergrösserung als auch in jener mit schwacher Vergrösserung im Bereich zwischen 8,5 (im und 11,5 (im wenigstens 65% der einfallenden Strahlungsmenge durchtreten lässt.

Im Gegensatz zu den übrigen Linsen ist die Sekundärlinse G vorzugsweise entlang der optischen Achse 19 verschieblich gelagert; diese Verschieblichkeit erlaubt es, Verschiebungen der Lage des reellen Zwischenbildes 24 zu kompensieren, welche durch Schwankungen der Umgebungstemperatur -typisch im Bereich zwischen - 10°C und +50°C - hervorgerufen werden können. Ausserdem kann das Fernrohr 20 bei festeingestellter Lage des Zwischenbildes 24 durch Verschieben der Sekundärlinse G auf entfernt liegende Objekte scharf eingestellt werden, insbesondere auf solche im Entfernungsbereich zwischen 100 m und Unendlich für die Betriebsweise mit starker Vergrösserung und zwischen 25 m und Unendlich für die Betriebsweise mit schwacher Vergrösserung.

Die Tabellen I und II enthalten detaillierte Angaben über

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ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge-mässen Fernrohrs, und zwar Tabelle I für den Fall starker Vergrösserung und Tabelle II für den Fall schwacher Vergrösserung. Die Tabellen I und II geben für jede brechende Oberfläche den Krümmungsradius sowie die Öffnungsweite (Durchmesser) an, letztere auch für die Austrittspupille 0, deren Lage als Bezugspunkt gewählt ist, von dem ausgehend die (entlang der optischen Achse 19 gemessenen) Abstände zwischen aufeinanderfolgenden brechenden Oberflächen sowie zwischen der Austrittspupille 0 und der ihr benachbarten brechenden Oberfläche 1 angegeben sind. Ferner ist noch angegeben, welche Materialien jeweils den Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden brechenden Oberflächen ausfüllen. So hat z.B. die brechende Oberfläche 15 einen Krümmungsradius von -269,04 mm, wobei das Minuszeichen angibt, dass der Krümmungsmittelpunkt - in der Ansicht der Fig. 1 und 2 - auf der rechten Seite der brechenden Oberfläche 15 liegt; die brechende Oberfläche 15 ist von der - in bezug auf die Lage der Austrittspupille 0 vorhergehenden - brechenden Oberfläche 14 durch einen 47,29 mm breiten Luftspalt getrennt, besitzt eine Öffnungsweite von 127,69 mm (Durchmesser) und ist von der nachfolgenden brechenden Oberfläche 16 durch 11,35 mm Germanium getrennt. Die Summe der Abstände in Tabelle I stimmt überein mit der Summe der Abstände in Tabelle II. Die Koordinaten der Lage der Schwenkachse 25 sind 132,06 mm Abstand von der Austrittspupille 0 nach links entlang der optischen Achse 19 gemessen, sowie 6,0 mm Abstand von der optischen Achse 19 in Richtung nach unten gemessen,

jeweils bezogen auf die Darstellung in Figur 1 und 2.

Dieses Fernrohr weist bei starker Vergrösserungseinstel-lung einen Vergrösserungsfaktor von X 11,5 und bei schwacher Vergrösserungseinstellung einen Vergrösserungsfaktor von X 4,0 auf und besitzt in der Einstellung mit starker Vergrösserung im Luftspalt zwischen den beiden Linsen G und H eine (innere) Blendenzahl von 1,33. Im Wellenlängenbereich zwischen 8,5 (im und 11,5 (im ist das Fernrohr farb-korrigiert und bei verstellbarer Sekundärlinse G des Objektivs 21 ist in der Einstellung mit starker Vergrösserung eine Scharfeinstellung auf Objekte im Entfernungsbereich von 100 m bis Unendlich und in der Einstellung mit schwacher Vergrösserung eine Scharfeinstellung auf Objekte im Entfernungsbereich von 25 m bis Unendlich möglich; eine Kompensation von thermischen Einflüssen ist in beiden Einstellungen über den Temperaturbereich von — 10°C bis hinauf zu +50°C bei minimaler Verschlechterung der Abbildequalität möglich. In der Praxis kann häufig eine weitergehende Verschlechterung der Abbildequalität hingenommen werden, so dass das Fernrohr dann bei starker Vergrösserung sogar auf Objekte zwischen 40 m und Unendlich bzw. bei schwacher Vergrösserung auf Objekte zwischen 10 m und Unendlich scharf eingestellt werden kann, und in beiden Einstellungen der Vergrösserung kann der Temperaturbereich, in welchem eine Kompensation von thermischen Einflüssen erfolgen kann, auf den Bereich von —40°C bis +70°C erweitert werden. Daten zur Illustration der Abbildequalität dieses Fernrohrs sind in den Tabellen III und IV angegeben, von welchen die erste die Daten für die Fernrohreinstellung mit starker Vergrösserung und einer Entfernungseinstellung von ca. 1000 m angibt, während die letztere die Daten für die Fernrohreinstellung mit schwacher Vergrösserung und einer Entfernungseinstellung von ca. 550 m angibt.

In der Einstellung mit starker Vergrösserung weist das beschriebene Fernrohr eine sehr hohe Abbildegüte über das gesamte Sehfeld auf, wobei zur Akkommodation von Pupillenaberationen die primäre Apertur (Durchmesser) des Objektivs um lediglich 4,0% vergrössert ist. In der Einstellung mit schwacher Vergrösserung weist das Fernrohr über wenigstens neun Zehntel des gesamten Sehfeldes eine sehr hohe Abbildegüte auf. In den Einstellungen mit starker bzw. schwacher Vergrösserung bewirkt das Fernrohr bei maximalem Sehfeldwinkel eine Verzeichnung (Winkelabweichung) von lediglich ca. +0,2% bzw. ca. —9,1%, wobei das positive Vorzeichen eine mit zunehmendem Sehfeldwinkel zunehmende Vergrösserung und das negative Vorzeichen eine mit zunehmendem Sehfeldwinkel abnehmende Vergrösserung bezeichnet.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind die Linsen G und H des Objektivs 21 permanent auf der optischen Achse 19 angeordnet, wohingegen das Zusatzobjektiv 22 aus dem Strahlengang des Fernrohrs 20 herausgeschwenkt werden kann, indem man es auf eine Art Karussel montiert, mit welchem das Zusatzobjektiv um die Achse 25 verschwenkt werden kann. Weil das erfindungsgemässe Fernrohr 20 ausserordentlich kompakt ist und in der Einstellung mit starker Vergrösserung im Luftspalt zwischen den beiden Objektivlinsen G und H eine innere Blendenzahl (engl: internal f-number) von weniger als 2,0 besitzt, und weil das Sehfeld im Bildraum 18 rechteckig mit dergrössten Erstreckung in der Horizontalen und der kleinsten Erstreckung in der Vertikalen ist, verschwenkt man das Zusatzobjektiv 22 am leichtesten in der vertikalen, zur optischen Achse 19 rechtwinklig verlaufenden Ebene. Dies hat den Vorteil, dass der maximale Sehfeldwinkel, den die Strahlenbündel einschliessen, sowie die Öffnungsweite der Linse F reduziert werden, was wiederum die kompakte räumliche Anordnung erleichtert. Wenn das Zusatzobjektiv 22 in den Strahlengang des Fernrohrs 20 eingeschwenkt ist und mit der gemeinsamen optischen Achse 19 fluchtet, dann liegt es zwischen dem Objektiv 21 und dem Okular 23, so dass die Anordnung des Objektivs 21 ; des Zusatzobjektivs 22, und des Okulars 23 mittels einfacher mechanischer Elemente geschehen kann. Ausserdem kann das Fernrohr 20 ohne Schwierigkeiten als ein Fernrohr mit nur einer Vergrösserungseinstellung (nur ein Sehfeld) verwendet werden, indem man das Zusatzobjektiv 22 einfach komplett entfernt. Ferner kann das Fernrohr 20 natürlich auch mit drei oder mehreren Vergrösserungseinstellungen (bzw. Einstellungen mit unterschiedlich grossen Sehfeldern) verwendet werden, indem man einfach zusätzlich zum Zusatzobjektiv 22 weitere Zusatzobjektive einsetzt, welche im optischen und mechanischen Aufbau dem Zusatzobjektiv 22 ähnlich sein können, aber nicht müssen.

Die Tabellen V bis VIII enthalten detaillierte Angaben über ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fernrohrs 20, und zwar enthält Tabelle V Angaben über das Fernrohr 20 in der Einstellung mit starker Vergrösserung und Tabelle VI enthält die entsprechenden Daten für die Einstellung mit schwacher Vergrösserung. Es sei darauf hingewiesen, dass die Summe der Abstände in Tabelle V übereinstimmt mit der jeweiligen Summe der Abstände in den Tabellen VI, I und II. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das Zusatzobjektiv 22 im Beispiel der Tabelle VI übereinstimmt mit jenem im Beispiel der Tabelle II, und dass in den Beispielen der Tabellen I, II, V und VI das Okular 23 jeweils dasselbe ist und auch die Lage der Schwenkachse 25 dieselbe ist.

Geändert wurde im Beispiel der Tabellen V und VI hingegen das Objektiv 21, und zwar die Krümmungsradien der brechenden Oberflächen 13 und 14 der aus Germanium bestehenden Sekundärlinse G, ferner die zwischen den Scheitelpunkten der Linse G gemessene Dicke der Linse G, welche vermindert wurde, wohingegen der Luftspalt zwischen den brechenden Oberflächen 14 und 15 vergrössert wurde.

In einer Reihe von Merkmalen verhält sich das Fernrohr 20 gemäss den Tabellen V und VI ähnlich wie jenes aus den

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Tabellen I bis IV, und zwar im Hinblick auf die starke und schwache Vergrösserung, auf den Einfluss von Temperaturänderungen, auf die Brennweiten, auf das wegen der Pupillenaberration vorgesehene Übermass für die Öffnungsweite des Objektivs, und im Hinblick auf die Bewältigung von Aberrationen infolge der Ausdehnung des Sehfeldes. Das Fernrohr 20 gemäss den Tabellen V bis VIII verwendet hingegen im Objektiv 21 kein farbkorrigierendes optisches Material und ist deshalb kein Achromat; deshalb und weil das Fernrohr 20 sehr kompakt aufgebaut ist, ist das Auflösungsvermögen vor allem in der Einstellung mit starker Vergrösserung im Vergleich zum Beispiel gemäss den Tabellen I bis IV herabgesetzt. Daten zur Illustration der Abbildequalität dieses Fernrohrs sind in den Tabellen VII und VIII angegeben, von welchen die erstere die Daten für die Fernrohreinstellung mit starker Vergrösserung und Scharfeinstellung auf eine Entfernung von ca. 555 mm angibt, wohingegen die letztere die Daten für die Fernrohreinstellung mit schwacher Vergrösserung und Scharfeinstellung auf eine Entfernung von ca. 172 m angibt.

Die Tabellen IX bis XII enthalten detaillierte Angaben über ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fernrohrs 20, und zwar enthält Tabelle IX Angaben über das Fernrohr 20 in der Einstellung mit starker Vergrösserung und Tabelle X enthält die entsprechenden Angaben für die Einstellung mit schwacher Vergrösserung. Das Objektiv 21 und das Zusatzobjektiv 22 sind dieselben wie im Beispiel gemäss Tabellen I und II, jedoch wurden demgegenüber das Okular 23 und sein Abstand vom Objektiv 21 und vom Zusatzobjektiv 22 abgewandelt. In der Einstellung mit starker Vergrösserung beträgt der Vergrösserungsfaktor X 8,6 und in der Einstellung mit schwacher Vergrösserung beträgt er X 2,9. In der Einstellung mit starker Vergrösserung besitzt das Fernrohr 20 eine innere Blendenzahl von 1,28 im Luftspalt zwischen den Objektivlinsen G und H. Das Fernrohr 20 verhält sich bei Temperaturänderungen und im Hinblick auf die Brennweiten ähnlich wie jenes aus den Tabellen I bis IV und das Okular 23 bewirkt einen Durchmesser der Austrittspupille von 15 mm und ermöglicht ein rechteckiges Sehfeld der Grösse 46,4° (diagonal) X 38,1 ° (horizontal) X 26,5° (vertikal). Daten zur Illustration der Abbildequalität dieses Fernrohrs 20 sind in den Tabellen XI und XII wiedergegeben, und zwar in Tabelle XI für die Fernrohreinstellung mit starker Vergrösserung und in Tabelle XII für die Fernrohreinstellung mit schwacher Vergrösserung, und in beiden Fernrohreinstellungen für eine Entfernungseinstellung auf Unendlich. Weil das Fernrohr im Vergleich zu jenem aus den Tabellen I bis IV ein um etwa 17% kleineres Sehfeld im Gegenstandsraum bei gleichgebliebener Öffnungsweite des Objektivs 21 und - abgesehen vom Abstand zwischen der Austrittspupille 0 und der brechenden Oberfläche 1 - bei im wesentlichen gleichbleibender Gesamtlänge besitzt, ist das Auflösungsvermögen demgegenüber vor allem wegen zu wenig korrigierter sphärischer Aberration herabgesetzt. In der Fernrohreinstellung mit starker Vergrösserung arbeitet das Fernrohr über den gesamten Bereich des Sehfeldes zufriedenstellend mit einem zum Ausgleich von Pupillenaberrationen vorgesehenen Übermass der Öffnungsweite des Objektivs 21 von nicht mehr als 0,8%; in der Einstellung mit schwacher Vergrösserung arbeitet das Fernrohr über einen Bereich von wenigstens neun Zehnteln des Sehfeldes zufriedenstellend. In beiden Vergrösserungseinstellungen beträgt die Verzerrung (Winkelabweichung) bei maximalem Sehfeldwinkel etwa -0,3%" bzw. -7,6%,2) wobei das negative Vorzeichen eine mit zunehmendem Sehfeldwinkel abnehmende Vergrösserung bezeichnet.

1 ) Einstellung mit starker Vergrösserung

2) Einstellung mit schwacher Vergrösserung

Die Tabellen XIII bis XVI enthalten detaillierte Angaben über ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fernrohrs 20, und zwar enthält Tabelle XIII Angaben über das Fernrohr 20 in seiner Einstellung mit starker Vergrösserung s und Tabelle XIV enthält die entsprechenden Angaben über seine Einstellung mit schwacher Vergrösserung. Das Objektiv 21 und das Zusatzobjektiv 22 sind dieselben wie im Beispiel der Tabellen V und VI, doch sind das Okular 23 und sein Abstand vom Objektiv 21 und vom Zusatzobjektiv 22 10 demgegenüber abgewandelt. Das Okular 23 stimmt mit jenem aus den Tabellen IX und X überein. Die Summe aller Abstände in Tabelle XIII stimmt überein mit der Summe der Abstände in den Tabellen XIV, IX bzw. X.

15 Im Hinblick auf die starke und schwache Vergrösserung, auf das Verhalten bei Temperaturänderungen, und auf die Brennweiten, auf das Übermass für die Öffnungsweite des Objektivs wegen der Pupillenaberration, und im Hinblick auf das Bewältigen der Aberrationen wegen der Sehfeldaus-20 dehnung ähnelt dieses Fernrohr dem Fernrohr aus den Tabellen IX bis XII. Weil das Fernrohr im Objektiv 21 kein farbkorrigierendes optisches Material verwendet, ist es kein Achromat, und weil es obendrein im Aufbau kompakt ist, ist sein Auflösungsvermögen besonders in der Einstellung mit K starker Vergrösserung beeinträchtigt. Daten zur Illustration der Abbildequalität des Fernrohrs aus Tabelle XIII und XIV sind in den Tabellen XV und XVI aufgeführt, und zwar in Tabelle XV für die Einstellung mit starker Vergrösserung und in Tabelle XVI für die Einstellung mit schwacher Ver-M grösserung, in beiden Fällen für eine Entfernungseinstellung auf Unendlich.

Die durch die Tabellen IX bis XVI beschriebenen Fernrohre besitzen kein so hohes Auflösungsvermögen wie die Fernrohre aus den Tabellen I bis VIII, aber nur sehr geringe 3S Aberrationen infolge des Einflusses der Pupille und der Ausdehnung des Sehfeldes. Abgesehen von geringfügigen Abweichungen in den Abständen der brechenden Oberflächen sind die in den Beispielen verwendeten beiden Okulare gegeneinander austauschbar, wodurch sich im Bildraum eine Ände-^ rung des Durchmessers der Austrittspupille und eine Änderung des Sehfeldes im Bildraum erzielen lassen, wodurch es wiederum möglich wird, an das Fernrohr im Bildraum zwei unterschiedliche optische Instrumente anzuschliessen, wobei das Fernrohr das Objektiv 21 und auch das Zusatzobjektiv 22 4S unverändert beibehalten kann, das Objektiv 21 aber den Vorzug besitzt, dass eine seiner Linsen ebenfalls ausgetauscht werden kann.

Für die Verwendung im infraroten Wellenlängenband zwischen 1 um und 13 (im, wo die optischen Materialien teuer s® sind und in Qualität und Quantität besonderen Schwankungen unterliegen, ist ein Fernrohr, welches das Austauschen von Linsen erlaubt, besonders attraktiv. Anhand der beiden ersten Ausführungsbeispiele wurde die Austauschbarkeit einer Linse in einem Extremfall gezeigt, in welchem das ss Fernrohr einmal ein Achromat und ein anderes Mal kein Achromat ist. Die Tabelle XVII zeigt einige optische Materialien auf, welche anstelle des Chalkogenidglases BS1 für die Sekundärlinse G des Objektivs 21 zum Einsatz kommen können.

60 Das beschriebene Okular 23 sorgt massgeblich für geringe Aberrationen, welche als Folge der Pupille und der Ausdehnung des Sehfeldes auftreten und ermöglicht in der weiteren Folge einen Fernrohraufbau mit minimalem Übermass für die Öffnungsweite des Objektivs und mit guter Abbildungs-65 qualität im gesamten Sehfeld. Ausserdem ermöglicht das erfindungsgemässe Okular 23 einen Objektivaufbau mit einer, zwei oder mehreren Vergrösserungseinstellungen (Einstellungen mit unterschiedlich grossen Sehfeldern im Gegen

11

663096

standsraum). Schliesslich erlaubt es das erfindungsgemässe Okular 23 auch, im Objektiv des Fernrohrs eine oder mehrere gegeneinander austauschbare Linsen vorzusehen.

Die Fig. 2 illustriert, dass die Okularlinsen A und B unterschiedliche Formen annehmen dürfen, wobei sie allerdings positive Brechkraft beibehalten sollen und die Linsen C ihre negative Brechkraft beibehalten soll. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Übergang von einer der Linsenkonfigurationen auf eine andere der möglichen Konfigurationen Änderungen der Sehfeld- und Pupillenaberrationen, Änderungen der benötigten Menge an optischem Material, Änderungen in der Linsendicke (zwischen den Scheiteln gemessen), Änderungen in der Verzeichnung des Fernrohrs und im «Narzissmus-Effekt» sowie in einigen weniger bedeutenden Eigenschaften auftreten (unter dem Narzissmus-Effekt versteht man ein unerwünschtes Erscheinen eines Abbildes des Beobachters im Sehfeld).

Die beschriebenen Fernrohre enthalten ein Okular 23, welches für die Verwendung im Wellenlängenbereich von 8 (im bis 13 p.m ausgelegt ist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Das Okular 23 kann mit anderen Objektiven als den beschriebenen kombiniert werden, z.B. mit Objektiven, die mehrfache Vergrösserungseinstellungen ermöglichen, oder mit Zoom-Objektiven, und s der Arbeitsbereich kann sich von 8 (im bis 13 (im oder von 3 |xm bis 5 (im oder von 3 (im bis 13 (im oder sogar von 1 (im bis 13 (im erstrecken. Ferner können für die Okularlinsen unterschiedliche optische Materialien verwendet werden. Bei allen in Fig. 2 dargestellten Linsenkonfigurationen für das io Okular 23 kann dieses - zumindest wenn die Okularlinsen mit hochwirksamen reflexmindernden Beschichtungen versehen sind - mit einem FLIR-System kombiniert werden, ohne einen störenden Narzissmus-Effekt hervorzurufen.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Werte in allen 15 Tabellen I bis XVII für eine Temperatur von 20°C gelten und dass die in der Beschreibung erwähnten Blendenzahlen vom Ausdruck (2 sin 0)_1 abgeleitet sind, worin 0 der halbe Konuswinkel des Kegels ist, welcher aus dem Achsialstrah-lenbündel nach seiner Brechung durch die Linse, auf die es 20 auftrifft, gebildet wird.

Tabelle I

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille*

0

plan

Luft

11,00

A

1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B

3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

G

13

152,11

-610,07

Luft

94,21

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

97,48

H

15

47,29

-269,04

Luft

127,69

16

11,35

-184,85

Germanium

131,52

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 60°. ** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle II

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite**

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

Austritts-

pupille*

0

plan

Luft

11,0

A

1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B

3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

D

7

40,00

plan

Luft

34,22

8

3,50

594,41

Germanium

34,68

E

9

5,25

-61,88

Luft

36,30

10

4,80

-41,62

Germanium

38,15

F

11

71,313

179,52

Luft

42,45

12

- 4,75

121,31

Germanium

42,08

663096

12

Tabelle!! (Fortsetzung)

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

G 13

22,50

-610,07

Luft

59,66

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

63,32

H 15

47,29

-269,04

Luft

105,39

16

11,35

-184,85

Germanium

109,80

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 60°.

** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle III

Tabelle IV

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Grösse eines durch das Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Grösse eines durch das

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (in Milliradiant) bei Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (in Milliradiant) bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

Ausnutzung des Bei monochromatischem Bei chromatischem Ausnutzung des

Bei monochromatischem

Bei chromatischem

Sehfeldes Licht der Wellenlänge Licht mit Wellenlängen Sehfeldes

Licht der Wellenlänge

Licht mit Wellenlängen

(maximal 60°) 10,0 |im von 8,5 um bis 11,5 um* (maximal 60°)

10,0 [im von 8,5 p.m bis 11,5 um*

nur axiale Strahlen 0,049

0,062

nur axiale Strahlen

0,062

0,111

'/2 0,051

0,074

'/2

0,415

0,449

% 0,047

0,076

V*

0,457

0,492

vollständig 0,061

0,091

vollständig

0,602

0,630

* Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen- * Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen längen 8,5 um, 10,Osmund 11,5 [im.

längen 8,5 |im, 10,0 um und 11,5 um.

Tabelle V

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille* 0

0

plan

Luft

11,00

A 1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B 3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C 5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

G 13

152,11

-1108,90

Luft

94,69

14

7,50

-2232,29

Germanium

96,36

H 15

48,79

-269,04

Luft

127,41

16

11,35

-184,85

Germanium

131,24

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 60°.

** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle VI

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille* 0

0

plan

Luft

11,00

A 1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B 3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

13 663096

Tabelle VI (Fortsetzung)

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

c

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

D

7

40,00

plan

Luft

34,22

8

3,50

594,41

Germanium

34,68

E

9

5,25

-61,88

Luft

36,30

10

4,80

-41,62

Germanium

38,15

F

11

71,313

179,52

Luft

42,45

12

4,75

121,31

Germanium

42,08

G

13

22,50

-1108,90

Luft

59,94

14

7,50

-2232,29

Germanium

61,82

H

15

48,79

-269,04

Luft

105,19

16

11,35

-184,85

Germanium

109,60

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 60°.

** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle VII

Tabelle VIII

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Grösse eines durch das

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (in Milliradiant) bei

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (in Milliradiant) bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

Ausnutzung des

Bei monochromatischem Bei chromatischem

Ausnutzung des

Bei monochromatischem

Bei chromatischem

Sehfeldes

Licht der Wellenlänge Licht mit Wellenlängen

Sehfeldes

Licht der Wellenlänge

Licht mit Wellenlängen

(maximal 60°)

10,0 Jim von 8,5 (im bis 11,5 [im*

(maximal 60°)

10,0 |im von 8,5 |im bis 11,5 Jim*

nur axiale Strahlen 0,054

0,168

nur axiale Strahlen

0,104

0,183

Vi

0,077

0,195

Vi

0,391

0,445

V*

0,093

0,202

y4

0,417

0,478

vollständig

0,113

0,214

vollständig

0,641

0,692

* Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen- * Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen längen 8,5 um, 10,0 (im und 11,5 [im.

längen 8,5 (im, 10,0 Jim und 11,5 |im.

Tabelle IX

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille*

0

plan

Luft

15,00

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,81

G

13

156,23

-610,07

Luft

93,00

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

96,22

H

15

47,29

-269,04

Luft

126,59

16

11,35

-184,85

Germanium

130,66

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille — 46,4°. ** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

663096 14

Tabelle X

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille*

0

plan

Luft

15,00

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

c

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,80

D

7

44,53

plan

Luft

35,06

8

3,50

594,41

Germanium

35,53

E

9

5,25

-61,88

Luft

37,08

10

4,80

-41,62

Germanium

38,92

F

11

71,31

179,52

Luft

42,94

12

4,75

121,31

Germanium

42,58

G

13

22,09

-610,07

Luft

60,27

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

64,02

H

15

47,29

-269,04

Luft

107,19

16

11,35

-184,85

Germanium

111,64

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 46,4°.

** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle XI

Tabelle XII

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Grösse eines durch das

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (Milliradiant) bei

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (Milliradiant) bei unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

Ausnutzung des

Bei monochromatischem Bei chromatischem

Ausnutzung des

Bei monochromatischem

Bei chromatischem

Sehfeldes

Licht der Wellenlänge Licht mit Wellenlängen

Sehfeldes

Licht der Wellenlängen

Licht mit Wellenlängen

(maximal 46,4°)

10,0 um

8,5 |im bis 11,5 (im*

(maximal 46,4°)

10,0 (im von 8,5 (im bis 11,5 (im*

nur axiale Strahlen 0,094

0,104

nur axiale Strahlen

0,439

0,450

0,115

0,134

Vi

0,698

0,741

3/4

0,131

0,152

3/4

0,740

0,782

vollständig

0,154

0,175

vollständig

0,970

1,010

* Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen- * Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen längen 8,5 [im, 10,0 um und 11,5 (im.

längen 8,5 (im, 10,0 (im und 11,5 (im.

Tabelle XIII

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

pupille*

0

plan

Luft

15,00

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,81

G

13

156,23

-1108,90

Luft

93,47

14

7,50

-2232,29

Germanium

95,11

15 663096

Tabelle XIII (Fortsetzung)

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite**

Oberfläche

(mm)

(mm Durchmesser)

H

15

48,79

-269,04

Luft

126,34

16

11,35

-184,85

Germanium

130,41

* Maximaler Sehfeldwinkel an der Austrittspupille = 46,4°. ** Wie bei dieser Vergrösserungseinstellung benötigt.

Tabelle XIV

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite**

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

Austritts-

pupille*

0

plan

Luft

15,00

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,80

D

7

44,53

plan

Luft

35,06

8

3,50

594,41

Germanium

35,53

E

9

5,25

-61,88

Luft

37,08

10

4,80

-41,62

Germanium

38,92

F

11

71,31

179,52

Luft

42,94

12

4,75

121,31

Germanium

42,58

G

13

22,09

-1108,90

Luft

60,57

14

7,50

-2232,29

Germanium

62,49

H

15

48,79

-269,04

Luft

107,01

16

11,35

-184,85

Germanium

111,46

Tabelle XV Tabelle XVI

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Grösse eines durch das

Fernrohr abgebildeten Punktes im Gegenstandsraum (Milliradiant) bei

unterschiedlicher Ausnutzung des Sehfeldes.

Ausnutzung des

Bei monochromatischem

Bei chromatischem

Ausnutzung des

Bei monochromatischem

Bei chromatischem

Sehfeldes

Licht der Wellenlänge

Licht mit Wellenlängen

Sehfeldes

Licht der Wellenlänge

Licht mit Wellenlängen

(maximal 46,4°)

10,0 jjm von 8,5 (im bis 11,5 |im*

(maximal 46,4°)

10,0 (im von 8,5 Jim bis 11,5 jxm*

nur axiale Strahlen

0,097

0,203

nur axiale Strahlen

0,439

0,478

Vi

0,116

0,232

Vi

0,683

0,741

V*

0,136

0,244

Va

0,715

0,788

vollständig

0,164

0,261

vollständig

1,024

1,086

* Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen- * Ermittelt als eine gleichgewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellen längen 8,5 um, 10,0Jtmund 11,5(im. längen8,5(im, 10,0[imund ll,5|im.

663096

16

Tabelle XVII

Material Brechungsindex* V-Zahl#

BS2"

2,856

248

BSA"

2,779

209

TI 11732)

2,600

142

AMTIR3'

2,497

169

BS ln

2,492

152

TI202»

2,492

144

KRS 54)

2,370

260

* gemessen bei 10 (im.

# für den Wellenlängenbereich von 8,5 (im bis 11,5 |im.

I ) Chalkogenidgläser, welche von der Fa. Barr & Stroud Limited vertrieben werden; (Chalkogene sind die Elemente der VI. Hauptgruppe des periodischen Systems).

2) Chalkogenidgläser, welche von der Fa. Texas Instruments Inc., USA vertrieben werden.

3) ein Chalkogenidglas, welches von der Fa. Amorphous Materials Inc. in Garland (Texas, USA) vertrieben wird.

4) ein kristalliner infrarotdurchlässiger Halogenidwerkstoff, welcher von der Fa. Harshaw Chemical Co. in Selon (Ohio, USA) vertrieben wird.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

663096

PATENTANSPRÜCHE 1. Afokales Fernrohr mit einem Objektiv und mit einem Okular auf gemeinsamer optischer Achse, dessen Objektiv , von einer weit entfernten Szene aus infrarotem Licht ein im Fernrohr liegendes reelles Zwischenbild erzeugt, welches vom Okular abgebildet wird, welches am Ort einer reellen Pupille eine vergrösserte Ansicht der Szene liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine f-Zahl von 2,5 oder weniger aufweist, und das Okular (23) durch ein Triplet. von drei Linsen (A, B, C) gebildet wird, wobei jede Linse aus einem Material gefertigt ist, welches einen Brechungsindex von 2,4 oder grösser aufweist und einen Streu-V-Wert von 140 oder grösser, wobei zwei von den genannten Okular-Linsen eine hohe positive Brechkraft aufweisen, und von denen die dem Objektiv (21) benachbarte Linse (C) eine konkav-konvexe Linse mit sehr kleiner Brechkraft infolge ihrer Dicke ist und derart angeordnet ist, das sie ihre konkave brechende Oberfläche (6) dem Objektiv (21) zukehrt und mit ihrer konvexen brechenden Oberfläche (5) so dicht neben der benachbarten brechenden Oberfläche (4) der mittleren Okularlinse (B) liegt, dass der zwischen ihnen bestehende Luftspalt in Richtung der optischen Achse (19) gemessen zwischen den Scheiteln der Linsen (B, C) praktisch gleich Null ist und mit zunehmendem Abstand von der opti-5 sehen Achse (19) zunimmt.
2. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sechs brechenden Oberflächen (1 bis 6) des Okulars (23) keine asphärische Gestalt besitzen.
3. Fernrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

io zeichnet, dass von den sechs brechenden Oberflächen (1 bis 6) des Okulars (23) wenigstens jene, welche der reellen Pupille (0) am nächsten liegt, eine reflexmindernde Beschichtung trägt.
4. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die 15 Linsen-Elemente des Okulars brechende, gekrümmte Oberflächen und Abstände zwischen den gekrümmten Oberflächen aufweisen, die aufeinanderfolgend von der brechenden Oberfläche benachbart der Pupille gemessen werden, gekennzeichnet durch den folgenden Aufbau des

20 Okulars:

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

A 1 23,86 -70,13 Luft 37,34

2 5,25 -47,97 Germanium 39,73

B 3 1,00 344,97 Luft 40,19

4 5,00 -482,88 Germanium 39,92

C 5 1,00 35,65 Luft 36,44

6 13,95 24,97 Germanium 24,20
5. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die 35 chenden Oberfläche benachbart der Pupille gemessen

Linsen-Elemente des Okulars brechende, gekrümmte Ober- werden, gekennzeichnet durch den folgenden Aufbau des flächen und Abstände zwischen den gekrümmten Ober- Okulars:

flächen aufweisen, die aufeinanderfolgend von der bre-

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,81
6. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Objektiv durch ein primäres Linsen-Element und ein sekundäres Linsen-Element und die brechenden, gekrümmten Oberflächen gebildet wird und die Abstände aufeinanderfolgend von der Pupille gemessen werden, gekennzeichnet durch den folgenden Aufbau des Okulartriplets und des zwei-55 linsigen Objektivs:

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

Austritts- 0 0 plan Luft 11,00 pupille

A 1 23,86 -70,13 Luft 37,34

2 5,25 -47,97 Germanium 39,73

B 3 1,00 344,97 Luft 40,19

4 5,00 -482,88 Germanium 39,92

3

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Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberfläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

c

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

G

13

152,11

-610,07

Luft

94,21

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

97,48

H

15

47,29

-269,04

Luft

127,69

16

11,35

-184,85

Germanium

131,52
7. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches aus dem Okulartriplet, einem dreilinsigen Zusatzobjektiv und einem zweilinsigen Objektiv besteht, wobei das Objektiv eine Anordnung mit grosser Vergrösserung umfasst, welche durch ein primäres und ein sekundäres Linsen-Element gebildet wird und eine Anordnung mit kleiner Vergrösserung umfasst, welche durch erste, zweite und dritte Linsen-Ele-is mente gebildet wird, wobei das erste etwa dem zweiten Linsen-Element entspricht und weiter brechende, gekrümmte Oberflächen umfasst, wobei die Abstände aufeinanderfolgend von der Pupille aus gemessen werden, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau:

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberfläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

0

0

plan

Luft

11,0

pupille

A

1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B

3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

D

7

40,00

plan

Luft

34,22

8

3,50

594,41

Germanium

34,68

E

9

5,25

-61,88

Luft

36,30

10

4,80

-41,62

Germanium

38,15

F

11

71,313

179,52

Luft

42,45

12

4,75

121,31

Germanium

42,08

G

13

22,50

-610,07

Luft

59,66

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

63,32

H

15

47,29

-269,04

Luft

105,39

16

11,35

-184,85

Germanium

109,80
8. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Objektiv durch ein primäres Linsen-Element und ein sekundäres Linsen-Element und die brechenden, gekrümmten Oberflächen gebildet wird und die Abstände aufeinanderfolgend von der Pupille gemessen werden, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau des Okulartriplets und des zweilinsigen Objektivs:

Material Öffnungsweite

(mm Durchmesser)

Linse brechende Abstand Krümmungsradius

Oberfläche (mm) (mm)

Austritts

0

0

plan

Luft

11,00

pupille

A

1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B

3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

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4

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberfläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

G

13

152,11

-1108,90

Luft

94,69

14

7,50

-2232,29

Germanium

96,36

H

15

48,79

-269,04

Luft

127,41

16

11,35

-184,85

Germanium

131,24
9. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches umfasst, welche durch erste, zweite und dritte Linsen-Ele-aus dem Okulartriplet, einem dreilinsigen Zusatzobjektiv mente gebildet wird, wobei das erste etwa dem zweiten und einem zweilinsigen Objektiv besteht, wobei das Objektiv Linsen-Element entspricht und weiter brechende,

eine Anordnung mit grosser Vergrösserung umfasst, welche is gekrümmte Oberflächen umfasst, wobei die Abstände auf-durch ein primäres und ein sekundäres Linsen-Element einanderfolgend von der Pupille aus gemessen werden,

gebildet wird und eine Anordnung mit kleiner Vergrösserung gekennzeichnet durch folgenden Aufbau :

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberfläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

0

0

plan

Luft

11,00

pupille

A

1

23,86

-70,13

Luft

37,34

2

5,25

-47,97

Germanium

39,73

B

3

1,00

344,97

Luft

40,19

4

5,00

-482,88

Germanium

39,92

C

5

1,00

35,65

Luft

36,44

6

13,95

24,97

Germanium

24,20

D

7

40,00

plan

Luft

34,22

8

3,50

594,41

Germanium

34,68

E

9

5,25

-61,88

Luft

36,30

10

4,80

-41,62

Germanium

38,15

F

11

71,313

179,52

Luft

42,45

12

4,75

121,31

Germanium

42,08

G

13

22,50

-1108,90

Luft

59,94

14

7,50

-2232,29

Germanium

61,82

H

15

48,79

-269,04

Luft

105,19

16

11,35

-184,85

Germanium

109,60
10. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das so gend von der Pupille gemessen werden, gekennzeichnet

Objektiv durch ein primäres Linsen-Element und ein sekun- durch folgenden Aufbau des Okulartriplets und des zweilin-

däres Linsen-Element und die brechenden, gekrümmten sigen Objektivs :

Oberflächen gebildet wird und die Abstände aufeinanderfol-

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

Austritts

0

0

plan

Luft

15,00

pupille

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,81

5

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Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberfläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

G

13

156,23

-610,07

Luft

93,00

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

96,22

H

15

47,29

-269,04

Luft

126,59

16

11,35

-184,85

Germanium

130,66
11. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches io umfasst, welche durch erste, zweite und dritte Linsen-Ele-aus dem Okulartriplet, einem dreilinsigen Zusatzobjektiv mente gebildet wird, wobei das erste etwa dem zweiten und einem zweilinsigen Objektiv besteht, wobei das Objektiv Linsen-Element entspricht und weiter brechende,

eine Anordnung mit grosser Vergrösserung umfasst, welche gekrümmte Oberflächen umfasst, wobei die Abstände auf-durch ein primäres und ein sekundäres Linsen-Element einanderfolgend von der Pupille aus gemessen werden,

gebildet wird und eine Anordnung mit kleiner Vergrösserung is gekennzeichnet durch folgenden Aufbau :

Linse brechende Oberfläche

Abstand (mm)

Krümmungsradius (mm)

Material

Öffnungsweite (mm Durchmesser)

Austrittspupille

0

plan

Luft

15,00

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,80

D

7

44,53

plan

Luft

35,06

8

3,50

594,41

Germanium

35,53

E

9

5,25

-61,88

Luft

37,08

10

4,80

-41,62

Germanium

38,92

F

11

71,31

179,52

Luft

42,94

12

4,75

121,31

Germanium

42,58

G

13

22,09

-610,07

Luft

60,27

14

9,00

-1432,15

As/Se/Ge(BSl)

64,02

H

15

47,29

-269,04,

Luft

107,19

16

11,35

-184,85

Germanium

111,64
12. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das 45 gend von der Pupille gemessen werden, gekennzeichnet Objektiv durch ein primäres Linsen-Element und ein sekun- durch folgenden Aufbau des Okulartriplets und des zweilin-däres Linsen-Element und die brechenden, gekrümmten sigen Objektivs :

Oberflächen gebildet wird und die Abstände aufeinanderfol-

Linse brechende Abstand Krümmungsradius Material Öffnungsweite

Oberfläche (mm) (mm) (mm Durchmesser)

Austritts

0

0

plan

Luft

15,00

pupille

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,81

G

13

156,23

-1108,90

Luft

93,47

14

7,50

-2232,29

Germanium

95,11

H

15

48,79

-269,04

Luft

126,34

16

11,35

-184,85

Germanium

130,41

663096

6
13. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiches aus dem Okulartriplet, einem dreilinsigen Zusatzobjektiv und einem zweilinsigen Objektiv besteht, wobei das Objektiv eine Anordnung mit grosser Vergrösserung umfasst, welche durch ein primäres und ein sekundäres Linsen-Element gebildet wird und eine Anordnung mit kleiner Vergrösserung umfasst, welche durch erste, zweite und dritte Linsen-Elemente gebildet wird, wobei das erste etwa dem zweiten Linsen-Element entspricht und weiter brechende, gekrümmte Oberflächen umfasst, wobei die Abstände auf-5 einanderfolgend von der Pupille aus gemessen werden, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau:

Linse brechende

Abstand

Krümmungsradius

Material

Öffnungsweite

Oberläche

(mm)

(mm)

(mm Durchmesser)

Austritts

0

0

plan

Luft

15,00

pupille

A

1

33,46

-60,72

Luft

41,82

2

5,25

-49,49

Germanium

44,61

B

3

1,00

250,34

Luft

45,27

4

4,75

-2087,25

Germanium

44,87

C

5

1,00

38,68

Luft

41,09

6

14,70

27,57

Germanium

27,80

D

7

44,53

plan

Luft

35,06

8

3,50

594,41

Germanium

35,53

E

9

5,25

-61,88

Luft

37,08

10

4,80

-41,62

Germanium

38,92

F

11

71,31

179,52

Luft

42,94

12

4,75

121,31

Germanium

42,58

G

13

22,09

-1108,90

Luft

60,57

14

7,50

-2232,29

Germanium

62,49

H

15

48,79

-269,04

Luft

107,01

16

11,35

-184,85

Germanium

111,46