NO157155B - Kollimasjonslinsesystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et okular- eller kollimasjonslinsesystem for benyttelse i et teleskop eller et mikroskop.

Fremkomsten av "fremoverseende, infrarøde systemer"

(vanlig kjent under bokstavordet FLIR = Forward Looking Infrared Systems"1 med høy ytelse har ført til et behov for høyytelses afokale teleskoper som er egnet for benyttelse sammen med FLIR-systemet.

For å oppnå dette er det nødvendig med et høy-ytelses-okularlinsesystem og et høyytelses, komplementært objektivlinsesystem. Forskjellige former for sådanne okular-linsesystemer er blitt foreslått tidligere, men det praktiske krav til kompakthet (dvs. lavt f-tall) har fremtvunget et behov for lave felt- og pupill-aberrasjoner.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt et okular-eller kollimasjonslinsesystem som er dannet av tre linseelementer med optisk styrke som er innrettet på en felles optisk akse og er innrettet til å ta imot stråling i det infrarøde bølgelengdeområde fra et reelt bilde, og å frembringe en bunt parallelle stråler ved en utgangspupill, hvilket system er kjennetegnet ved at hvert av linseelementene har positiv styrke, og at den første brytningsflate av det linseelement som ligger nærmest det reelle bilde, er plan, og de fem andre brytningsflater av linseelementene er i hovedsaken sfæriske.

Da linsesystemet ifølge oppfinnelsen har bare tre linseelementer, er systemet optisk og mekanisk enkelt, og da fem brytningsflater er i hovedsaken sfæriske og den andre brytningsflate er plan, er linseelementene lette å fremstille og systemet kan anordnes med det reelle bilde beliggende på den plane brytningsflate, hvilket kan være fordelaktig. Da videre okularsystemet kan konstrueres med lave pupill-aberras joner og en nesten dif f raks jonsbegrenset ytelse over feltet, kan det festes til et passende objektivlinsesystem for å tilveiebringe et kompakt, afokalt teleskop med høy ytelse,

Linseelementet nærmest den reelle billedflate kan være fremstilt av sinkselenid, mens hvert av de andre to linseelementer kan være fremstilt av germanium (som har en V-verdi på 1182 og en brytningsindeks på 4,003), hvilke materialer har et nyttig s<p>ektralt passbånd i det infrarøde bølgelengdeområde fra 3 til 13 ym. Alternativt kan linseelementet nærmest det reelle bilde være fremstilt av ett av de andre materialer som er angitt i den etterfølgende Tabell III, hvilke materialer har passbånd i området 3-13 ym. Dersom imidlertid det forannevnte linseelement har det reelle bilde beliggende nær eller på den ene av sine over-flater, er det viktig at homogenitetskvaliteten av det materiale av hvilket linseelementet er sammensatt, er tilstrekke-lig god til å sikre at høy optisk ytelse oppnås. Alle tre linseelementer kan være fast montert, idet okularsystemet er ufølsomt overfor moderat store variasjoner i omgivelsestemperatur. Imidlertid kan hvilken som helst kombinasjon av ett eller to eller tre linseelementer være bevegelig langs den optiske akse, idet systemet som et resultat av dette kan kompenseres for store variasjoner i omgivelsestemperatur. Der hvor det er ønskelig å inkludere en gratikul eller et gradnett i systemet, kan dette være understøttet av en plan-parallell plate (med null optisk styrke) og beliggende ved systemets reelle bilde enten i kontakt med eller i umiddelbar nærhet av linseelementet med den plane brytningsflate. Dette forenkler sentrering av gradnettet i forhold til systemets linseelementer. Et sådant gradnett kan alternativt være understøttet av den plane overflate av linseelementet nærmest det reelle bilde.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til den skjematiske tegning hvis ene figur viser et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen, og under henvisning til de etterfølgende tabeller.

Som vist på tegningen, er et teleskop 20 dannet av et objektivsystem 21 og et okularsystem 22 som er innrettet på en felles optisk akse 23. Teleskopet 20 er av den afokale refraktortype og danner innvendig et reelt bilde I av stråling som kommer inn i teleskopet fra et objektrom 0. Objektivsystemet 21 er dannet av et primærlinseelement F som har positiv styrke, et sekundærlinseelement E som har negativ styrké, og et tertiær-linseelement D som har negativ styrke. Linseelementet E er fargekorrigerende og bevirker, når det er koplet til linseelementet D, fokusering og termisk kompen-sasjon ved bevegelse langs den optiske akse 23. Okularsystemet 22 er dannet av tre linseelementer A, B og C som har positiv styrke og som danner et system med fast fokus, hvilket også er tilfellet med elementene D, E og F, slik at objektivsysternet 21 tar imot en bunt parallelle stråler fra en inngangspupill som er dannet i objektrommet 0, og okularsystemet 22 samler stråling fra det omvendte, reelle bilde I som er dannet av objektivsysternet 21, og frembringer en bunt parallelle stråler som danner en utgangspupill 0 i et billedrom E. Den optiske styrke av de forskjellige linseelementer A, B, C, D, E, F og avstanden mellom disses brytningsflater

1 - 12 er anordnet slik at bildet I ligger nær linseelementets

C overflate 6 som er plan, mens alle andre brytningsflater er i hovedsaken sfæriske, dvs. dersom de ikke er helt sfæriske, er de "sfæriske" innenfor teknikkens betydning.

Teleskopet 20 er beregnet for bruk i det infrarøde bølgelengdeområde (dvs. 8-13 ym), og linseelementenes brytningsindekser er følgelig forholdsvis store. For å tilveiebringe en høy optisk ytelse ved det interne, reelle bilde I, er linseelementet C fortrinnsvis fremstilt av et optisk materiale med lave materialhomogeniteter, såsom sinkselenid

(CVD _ vakuumavsatt), som har en brytningsindeks på 2,41, linseelementene A, B, D og F er fremstilt av et materiale som ved en bølgelengee på 10 ym har en brytningsindeks på minst 4, for eksempel germanium hvis brytningsindeks er 4,003, og linseelementet E er fremstilt av chalkogenidglass av type 1 fra Barr&Stroud, hvis brytningsindeks er 2,49 (alle målt ved en temperatur på 20° C og ved en bølgelengde på 10 ym). Disse materialer (som er egnet for antireflek-sjonsbelegning) tilveiebringer også minst 60 % overføring av innfallende stråling i området 8,5 - 11,5 ym når de er antirefleksjonsbelagt. Således kan alle brytningsflater i tele-i skopet være antirefleksjonsbelagt.

Okularsystemet 22 er moderat ufølsomt overfor fokus-endringer som skriver seg fra objektivsystemet 21, og optisk ytelsesforringelse fremkalt av omgivelsestemperaturendringer

som typisk ligger i området -40° C - +70° C.

Ett eksempel på teleskopet 2 0 som inneholder objek-tivlinsesystemet 21 og okularlinsesystemet 22, er angitt i Tabell I hvor hver brytningsflates krumningsradius er gitt sammen med åpningsdiameteren av hver flate og av pupillen hvis posisjon benyttes som et nullpunkt fra hvilket adskil-lelsen av suksessive brytningsflater er definert, sammen med beskaffenheten av det materiale som er aktuelt for et sådant adskillelsesintervall. Således har for eksempel flaten 2 en krumningsradius på -117,35 mm, idet det negative fortegn an-gir at krumningssenteret ligger på høyre side av flaten 2; den er adskilt en tykkelse på 8,05 mm av germanium fra den foregående flate, nr. 1, i retning av pupillen 0; den har en åpningsdiameter på 57,74 mm; og den er adskilt fra den etter-følgende flate, nr. 3, en avstand på 30,30 mm i luft. Dette teleskop frembringer en forstørrelse på 7 ganger (X7) og okularsystemet 22 har en effektiv brennvidde på ca. 45,50 mm, og et tilnærmet f-tall på 2,94 ved det reelle bilde I.

Det okularsystem som er angitt i Tabell I, er ett av en familie som kan konstrueres for å tilveiebringe et billedrom E med et fullstendig felt opp til ca. 80° og en pupilldiameter på mer enn 15,5 mm. Ved å gradere okularsystemet med en forstørrelses-målestokkfaktor (dvs. en faktor med hvilken teleskopets forstørrelse skal multipliseres for å gi den ønskede forstørrelse) i området 0,01 - 10, kan det oppnås en økning eller reduksjon i den effektive brennvidde. Det okularsystem som er blitt beskrevet, tilveiebringer høy ytelse over størstedelen av feltet ved det reelle bilde I, slik det kan innses av Tabell II, og med sine lave pupill-aberrasjoner godtar det bekvemt et objektivlinsesystem 21 slik som det som er beskrevet, slik at det tilveiebringes et kompakt, afokalt teleskop med høy ytelse. Man vil legge merke til at på grunn av krumningsradiene til okularlinseflåtene 1 og 3, kan okularsystemet 22, når det belegges med et belegg med høy overføring og lav refleksjon (f.eks. Barr & Stroud ARG3), kombineres med et FLIR-system uten innføring av noen merkbar narsisseffekt. Videre forekommer det ingen vignet-tering ved noen av linseelementenes brytningsflater.

Claims (8)

1. Okular- eller kollimasjonslinsesystem (22) som er dannet av tre linseelementer (A, B, C) med optisk styrke som er innrettet på en felles optisk akse (23) og er innrettet til å ta imot stråling i det infrarøde bølgelengdeområde fra et reelt bilde (I), og å frembringe en bunt parallelle stråler ved en utgangspupill (0),karakterisert vedat hvert av linseelementene (A, B, C) har positiv styrke, og at den første brytningsflate (6) av det linseelement (C) som ligger nærmest det reelle bilde (I), er plan, og de fem andre brytningsflater (1, 2, 3, 4, 5) av linseelementene (A, B, C) er i hovedsaken sfæriske.

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat et gradnett er montert på eller nær den plane brytningsflate (6).

3. System ifølge krav 1 eller 2,karakterisertved at én eller flere av de nevnte brytningsflater (1, 2, 3,

4. 5) er antirefleksjonsbelagt.

4. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat de to linseelementer (A, B) nærmest utgangspupillen (0) har brytningsindekser på ikke mindre enn 4,0 ved en bølgelengde på 10^um og en temperatur på 20°C.

5. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat linseelementet (C) nærmest det reelle bilde (I) er fremstilt av sinkselenid og de gjenværende linseelementer (A, B) i systemet (22) er fremstilt av germanium.

6. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat minst ett av linseelementene (A, B, C) er bevegelig langs den optiske akse (23) i forhold til minst ett annet av linseelementene (A, B, C), slik at systemet (22) kan kompenseres for store variasjoner i omgivelsestemperatur .

7. System ifølge krav 1,karakterisert vedat linsematerialer, åpningsdiametre samt linseflåtenes adskil-lelser og krumningsradier har verdier som angitt i Tabell I, del A-B-C.

8. System ifølge krav 7,karakterisert vedat det er gradert med en forstørrelses-målestokkfaktor i området 0,01 - 10,0.