DE19921491A1 - Objektivlinsensystem - Google Patents

Abstract

Ein Objektivlinsensystem (10) verwendet Germanium-Linsenelemente, die eine Objektivlinse (A) mit positiver Brechkraft, eine Zwischenlinse (B) mit positiver Brechkraft und eine Feldlinse (C) mit negativer Brechkraft einschließen. Die Feldlinse (C) flacht die Bildfeldwölbung des Systems ab. Die Zwischenlinse (B) korrigiert Astigmatismus und weist eine asphärische Oberfläche (3) auf.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Objektivlinsensystem zur Verwendung im thermischen Infrarot- oder Wärme-Infrarot- Wellenband, insbesondere im 8-12-Mikron-Wellenband, mit einem gekühlten oder ungekühlten Erfassungssystem.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Objektivlinsensystem zur Verwendung mit einem Erfassungssystem im Wärme-Infrarot- Wellenband, insbesondere im 8-12-Mikron-Wellenband, bereitgestellt, wobei das Objektivlinsensystem ein geringes Gewicht aufweist, obwohl es Germanium-Linsenelemente verwendet und eine große Öffnung oder Apertur besitzt, um für Empfindlichkeit zu sorgen, wobei das Linsensystem eine einteilige oder aus einem Element bestehende Objektivlinse mit positiver Brechkraft, eine einteilige oder aus einem Element bestehende Zwischenlinse mit positiver Brechkraft und eine einteilige oder aus einem Element bestehende Feldlinse mit negativer Brechkraft umfaßt, die jeweils entlang einer gemeinsamen optischen Achse in gegenseitigem Abstand angeordnet sind, und bei dem die Feldlinse angeordnet ist, um die Bildfeldwölbung des Linsensystems abzuflachen, während die Zwischenlinse in erster Linie angeordnet ist, um Astigmatismus zu korrigieren, und eine asphärische Oberfläche aufweist, um das Gleichgewicht zwischen schräger sagittaler, tangentialer sphärischer Aberration und Astigmatismus höherer Ordnung zu korrigieren.

Vorzugsweise ist die Objektivlinse geformt, um für das Linsensystem eine Komakorrektur bereitzustellen, und weist eine asphärische Oberfläche auf, um eine sphärische Aberration zu korrigierten.

Dank der vorliegenden Erfindung ist jedes Linsenelement trotz der Tatsache, daß es aus Germanium besteht, dünn und von geringer Masse.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitende schematische Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein Objektivlinsensystem 10 zur Verwendung im 8-12-Mikron-Wellenband. Das System 10 umfaßt eine Objektivlinse A, die ein einzelnes, aus Germanium hergestelltes Linsenelement ist und Brechungsoberflächen 1, 2 aufweist, eine Zwischenlinse B, die ein einzelnes, aus Germanium hergestelltes Linsenelement ist und Brechungsoberflächen 3, 4 aufweist, sowie eine Feldlinse C, die ein einzelnes, aus Germanium hergestelltes Linsenelement ist und Brechungsoberflächen 5, 6 aufweist. Das System 10 ist zur Verwendung mit einem Wärme- Infrarot-Detektorsystem D bestimmt, das ein planares Fenster 7 und eine planare Detektoroberfläche 8 aufweist, und bildet dementsprechend einen Teil eines Wärmebilderzeugungs-Systems. Die Linsen A, B und C sind entlang einer gemeinsamen optischen Achse 9 in gegenseitigem Abstand angeordnet.

Die Linse A weist eine positive Brechkraft auf und ist im wesentlichen geformt, um eine Komakorrektur für das System 10 bereitzustellen, jedoch ist ihre Oberfläche 2 asphärisch, um eine sphärische Aberration zu korrigieren. Die Linse B weist ebenfalls eine positive Brechkraft auf und ist im wesentlichen geformt, um eine Astigmatismuskorrektur bereitzustellen, jedoch ist ihre Oberfläche 3 asphärisch, um das Gleichgewicht oder die Bilanz zwischen schräger sagittaler, tangentialer sphärischer Aberration und Astigmatismus höherer Ordnung zu korrigieren. Die Linse C weist eine negative Brechkraft auf und befindet sich nahe der Brenn- oder Bildebene des Systems 10, wo die Detektoroberfläche 8 angeordnet ist, wobei die Linse C angeordnet ist, um die Bildfeldwölbung des Systems 10 abzuflachen, so daß das Detektorsystem D für eine gute Bildwiedergabe sorgt, die über praktisch den gesamten Bereich der Detektoroberfläche 8 nahe beugungsbegrenzt ist.

Benachbart zur Linse B ist ein Signalnormalisierungsverschluß E vorgesehen.

Ein spezielles numerisches Beispiel des Systems 10 ist in Tabelle I aufgeführt, wo sämtliche Abmessungen in Millimeter angegeben sind; ein positiver Krümmungsradius zeigt an, daß sich die Krümmungsmitte rechts von der Oberfläche befindet; ein negativer Krümmungsradius zeigt an, daß sich die Krümmungsmitte links von der Oberfläche befindet; A(1) und A(2) zeigen asphärische Oberflächen an; und "Abstand" ist der Abstand von der vorherigen Oberfläche in der Tabellenangabe von links nach rechts in der Zeichnung.

Das System 10 gemäß Tabelle I weist eine große Apertur oder Öffnung auf, nämlich F/1, eine kurze Brennweite von etwa 52 mm, und liefert bei einer Detektoroberfläche 8, die etwa 15 mm mal 11 mm beträgt, ein Sehfeld von 16° mal 12°. Das System weist eine gute Durchlässigkeit auf, in der Größenordnung von 85% über das interessierende Wellenband, und eine gute Bildwiedergabe, die praktisch über die gesamte Fläche der Detektoroberfläche nahe beugungsbegrenzt ist, wobei sie nur in den Ecken auf etwa 60% bei 12 c/mm absinkt, und weist trotz der durchgängigen Verwendung von Germanium ein äußerst geringes Gewicht von etwa 70 g auf.

Das System 10 kann durch eine Axialbewegung der Linse B ohne eine Bewegung der Linsen A und C fokussiert und/oder athermisch gemacht werden. Alternativ können die Linse A oder der Detektor D axial bewegt werden.

TABELLE I

Die asphärischen Oberflächen sind definiert durch die Gleichung:

wobei Z = sag. Oberfläche, curv = Radius ^-1, Y der Abstand vom Oberflächenscheitel ist, und K, α, β und γ die folgenden Koeffizienten sind.

Claims (4)

1. Objektivlinsensystem zur Verwendung mit einem Erfassungssystem im Wärme-Infrarot-Wellenband, insbesondere im 8-12-Mikron-Wellenband, wobei das Objektivlinsensystem trotz einer Verwendung von Germanium-Linsenelementen ein geringes Gewicht aufweist und eine große Apertur besitzt, um für Empfindlichkeit zu sorgen, wobei das Linsensystem eine einteilige Objektivlinse (A) mit positiver Brechkraft, eine einteilige Zwischenlinse (B) mit positiver Brechkraft und eine einteilige Feldlinse (C) mit negativer Brechkraft umfaßt, die jeweils in gegenseitigem Abstand entlang einer gemeinsamen optischen Achse (9) angeordnet sind, wobei die Feldlinse (C) angeordnet ist, um die Bildfeldwölbung des Linsensystems abzuflachen, während die Zwischenlinse (B) in erster Linie angeordnet ist, um Astigmatismus zu korrigieren, und eine asphärische Oberfläche (3) aufweist, um das Gleichgewicht zwischen schräger sagittaler, tangentialer sphärischer Aberration und Astigmatismus höherer Ordnung zu korrigieren.

2. Objektivlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse (A) geformt ist, um für das Linsensystem eine Komakorrektur bereitzustellen, und eine asphärische Oberfläche (2) aufweist, um eine sphärische Aberration zu korrigieren.

3. Objektivlinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, in Kombination mit einem Wärmeinfrarot-Detektorsystem (D), das eine in der Bildebene des Linsensystems angeordnete Detektoroberfläche (8) aufweist.

4. Kombination nach Anspruch 3 und mit den Parametern, wie in Tabelle I aufgeführt.