DE3517991A1

DE3517991A1 - Afokales linsenfernrohr zur verwendung im infraroten spektralbereich

Info

Publication number: DE3517991A1
Application number: DE19853517991
Authority: DE
Inventors: Iain Alexander Strathblane Stirlingshire Schottland Neil
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-18
Publication date: 1985-11-28
Also published as: FR2564990A1; US4659171A; JPS6123111A; CA1256724A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Fernrohr mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Seit dem Aufkommen von Hochleistungsdetektoren für infrarote Strahlung besteht ein Bedarf nach dazu passenden Hochleistungsfernrohren, welche für eine Reihe von Anwendungen Zoom-Objektive haben sollten, damit man verschiedene Sehfelder auswählen und kontinuierlich - d.h. ohne Unterbrechen des Abbildevorganges - von einer Sehfeldeinstellung zu einer anderen Sehfeldeinstellung übergehen kann. Weitere Forderungen an solche Fernrohre sind die Forderung nach kompaktem Aufbau (d.h. insbesondere nach einer kurzen Länge des Fernrohres), ein mechanisch und optisch einfacher Aufbau, eine über den gesamten Bereich der möglichen Sehfeldeinstellungen gute Bildauflösung, ein relativ großes Zoom-Verhältnis, sowie die Möglichkeit, den Einfluss von Temperaturänderungen des Fernrohres auf sein Abbildeverhalten zu kompensieren, da die für infrarotes Licht geeigneten optischen Werkstoffe auf Temperaturänderungen besonders empfindlich reagieren.

Ziel der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines im Hinblick auf die vorstehenden Kriterien fortschrittlichen afokalen Linsenfernrohres zur Verwendung im infraroten Spektralbereich.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fernrohr mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Fernrohr ist optisch und mechanisch einfach aufgebaut, ist verhä1tnismässig kompakt und Dank der optischen Eigenschaften und der Bahnen, welche die beweglichen Komponenten des Objektivs bei der Brennweitenverstellung beschreiben, ist es ausserordentlich unempfindlieh gegen thermische Einflüsse. Die beiden beweglichen Komponenten des Objektivs sind getrennt verschiebbar, ihre Verschiebung erfolgt aber nicht unabhängig voneinander, sondern so, dass bei Änderungen der Brennweiteeinstellung der Ort, an welchem das reelle Zwischenbild entsteht, beibehalten wird. Die Linsen des Fernrohres können mit Vorteil sämtlich sphärisch ausgebildet sein, doch kann die eine oder die andere Linse auch asphärisch sein. Ausserdem ist durch geeignete Auswahl der optischen Materialien für die Linsen auf einfache Weise eine Farbkorrektur des Fernrohrs möglich. Ein farbkorrigiertes Fernrohr verwirklicht man auf besonders einfache Weise dadurch, dass man alle Linsen bis auf eine aus Germanium herstellt, während man diese eine Linse abweichend aus einem der in Tabelle V aufgeführten Werkstoffe herstel It.

Die Brennweitenverstellung des Fernrohrs erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Rechners, insbesondere mittels eines Mikroprozessors, in welchen die erforderlichen Daten des Fernrohrs eingespeichert sind und welcher mit den aufeinander abgestimmten Bewegungsbahnen der beiden beweglichen Objektivkomponenten vorprogrammiert ist und nach einer Handeingabe der gewünschten Brennweite und

Vergrößerung diese beiden beweglichen Komponenten in der vorbestimmten Weise verschiebt und ggfs. auch noch eine Temperaturkompensation durch kleine zusätzliche Lagejustierungen dieser beiden beweglichen Objektivkomponenten vornimmt. Ein solches rechnergesteuertes Zoom-Objektiv ist in der DE-OS 34 20 655 beschrieben, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird; es handelt sich bei der DE-OS 34 20 655 um eine ältere, jedoch nicht vorveröffentlichte Druckschrift.

Der Aufbau und die Vorteile des erfindungsgemäßen Fernrohres werden besonders deutlich bei der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten schematischen Zeichnungen und der Tabellen.

Figur 1 zeigt die Linsenanordnung eines ersten Fernrohres bei fünf verschiedenen Brennweiteeinstellungen,

Figur 2 zeigt Abstandskurven für die beiden beweglichen

Komponenten des Fernrohrobjektivs, und

Figur 3 zeigt die Linsenanordnung für ein zweites Fernrohr, wobei wiederum untereinander fünf Brennweiteeinstellungen gezeichnet sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Fernrohr 40 mit variabler Brennweite hat einen Vergroßerungsbereich von X2 bis X10

(d.h. die Vergrößerung kann um den Faktor 5 : 1 verändert werden) wobei der jeweilige Vergrößerungsfaktor von der jeweiligen axialen Position der beweglichen Fernrohrkomponenten bestimmt wird; die Linsenanordnungen fürdie Vergrößerungen X2, X4, X6, X8 und X10 sind in Fig. 1 untereinander dargestellt.

Das Fernrohr 40 besteht aus einem mehrlinsigen Objektiv 29 und aus einem mehrlinsigen Okular 30. Das Objektiv 29 besteht aus einem Zoom-System 27 und aus einem kollektiven System 28. Das Zoom-System 27, das kollektive System 28 und Okular 30 sind auf einer gemeinsamen optischen Achse 26 hintereinander angeordnet. Aus den Strahlen, welche aus dem Gegenstandraum 24 einfallen, formt das Objektiv 29 ein reelles Zwischenbild 23, und die von diesem Zwischenbild ausgehenden Strahlen werden vom Okular 30 durch eine Pupille $ in den Bildraum 25 übertragen.

Das kollektive System 28 besteht im Ausführungsbeispiel aus drei Linsen E,F und G mit den zugehörigen brechenden Oberflächen 9 und 10 bzw. 11 und 12 bzw. 13 und 14; die drei Linsen E, F und G sind zu einer einheitlichen Komponente zusammengefaßt und fest auf der optischen Achse 26 angeordnet.
25

Das Zoom-System 27 besteht aus drei Komponenten, von welchen die dem kollektiven System 28 benachbarte (nachfolgend als erste Komponente bezeichnete) Komponente aus einer einzigen Linse H besteht, während die zweite Komponente durch ein Linsenpaar (Linsen I und J) besteht,

welche ein Doublett, also ein Paar eng benachbarter Linsen, bilden; die dritte Komponente des Zoom-Systems besteht aus einer einzelnen Linse K; es ist die vorderste Objektivlinse, durch welche die aus dem Gegenstandsraum 24 kommenden Strahlen in das Fernrohr eintreten. Die Linsen H, I , J und K haben die brechenden Oberfläche und 16 bzw. 17 und 18 bzw. 19 und 20 bzw. 21 und 22. Während die Linse K fest auf der optischen Achse 26 angeordnet ist, sind die Linsen H, I und J zur Brennweiteverstellung des Fernrohrs entlang der optischen Achse verschiebbar.

Das Okular besteht aus drei Linsen A, B und C, welche ein Triplett, alsodrei eng benachbarte Linsen, bilden und fest auf der optischen Achse 26 angeordnet sind; die Linsen A, B und C haben die brechenden Oberflächen 1 und 2 bzw. 3 und 4 bzw. 5 und 6.

Um die Vergrößerung des Fernrohrs ändern zu können, ist die erste Komponente H des Zoom-Systems 27 auf einem Schlitten 32 ο dgl. verschiebbaren Träger befestigt und die zweite Komponente I, J des Zoom-Systems ist auf einem zweiten Schlitten 31 adgl. verschiebbaren Träger befestigt Diese beiden Schlitten 31 und 32 können innerhalb der Grenzen, die durch die Linse K auf der einen Seite und durch die Linse 6 des kollektiven Systems 28 auf der anderen Seite vorgegebenen sind, längs der optischen Achse 26 verschoben werden. Die Schlitten 31 und 32 werden dabei getrennt, jedoch nicht unabhängig voneinander ver-

schoben. Die Verschiebung erfolgt in der Weise, dass die Lage des reellen Zwischenbildes 23 auf der optischen Achse 26 unverändert bleibt. Darüberhinaus ist wenigstens einer der beiden Schlitten 31 und 32 noch geringfügig ver· schiebbar, um eine Justierung zum Ausgleich thermischer Effekte durchführen zu können.

Für das Zoom-System 27 kommt man mit Linsen aus, deren brechende Oberfläche 15 bis 22 sphärisch oder plan sind.

Asphärische Oberflächen sind nicht erforderlich. Deshalb ist das Zoom-System 27 optisch einfach aufgebaut; ausserdem besteht es aus einer relativ geringen Anzahl von Linsen und ist trotz eines großen Brennweiteverstellbereichs kompakt.

Tabelle I enthält die detaillierten Parameter eines besonders geeigneten Fernrohrs mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau. Für die fünf Vergrößerungseinstellungen, welche in der Fig. 1 dargestellt sind, gibt die Tabelle II einen Überblick über das erreichbare Auflösungsvermögen. Die Tabelle II belegt, dass es sich bei diesem Fernrohr in der Tat um ein Hochleistungsfernrohr handelt, d.h. sein Auflösungsvermögen ist so gut, dass über wenigstens zwei Drittel des Sehfeldes die erreichbare Auflösung bis nahe an die durch Beugungseffekte gesetzte Grenze heranreicht; ausserdem ist das Fernrohr ausserordentlich kompakt. Bei Wahl der Parameter wie in Tabelle I weisen die beweglichen Objektivkomponenten H und I, J kein "curl back" auf.

In Fig. 1 und ebenso in Fig. 3 ist für die jeweilige Vergrößerungseinstellung die effektive Brennweite mit der Bezeichnung EFL eingezeichnet; daraus kann man ablesen, dass über den gesamten Einstellbereich hinweg durch das getrennte Verschieben der Schlitten 31 und 32 von der Objektiv 1inse K in Richtung auf das kollektive System 28 die effektive Brennweite zunimmt und dass bei einer mittleren Brennweite (ungefähr bei 4-facher Vergrößerung) der Abstand zwischen den beiden Schlitten 31 und 32 ein Minimum annimmt. Die größte effektive Brennweite ergibt sich, wenn der Schlitten 32 am kollektiven System 28 anschlägt. Die Bewegungsbahn des Schlittens 31 ist mit der Bsugszahl 33, jene des Schlittens 32 durch die Bezugszahl 34 bezeichnet.

Dadurch, dass die Anordnungen für die verschiedenen Vergrößerungseinstellungen in gleichen Abständen und im gleichen Maßstab senkrecht untereinander angeordnet sind, erhält man eine anschauliche Vorstellung davon, auf welche Weise die beiden beweglichen Komponenten des Zoom-Systems 28 längs der optischen Achse 26 verschoben werden.

Figur 2 zeigt Abstandskurven 31' und 32' für die beiden Schlitten 31 und 32 in Abhängigkeit von der Vergrößerungseinstellung des Fernrohrs in Fig. 1 , und zwar über den gesamten Verstellbereich des Fernrohrs von X1,1 bis X10.

Die ausgezogene Kurve 32' beschreibt den Abstand der Linse H von der benachbarten ortsfesten Linsenoberfläche 14 (linke Skala), die gestrichelte Kurve 31' beschreibt den Abstand der Linse I von der benachbarten ortsfesten Linsenoberfläche 21 (rechte Skala).

Aus den Darstellungen in der Fig. 1 und in der Fig. 2 kann man entnehmen, dass die Abstandskurve 32', welche die Bewegungsbahn 34 der Linse H wiedergibt, im wesentlichen einen linearen Verlauf hat, wohingegen die Abstands· kurve 31', welche die Bewegungsbahn 33 des Linsendoubletts I, J wiedergibt, nicht-linear ist, aber auch kein "curl back" enthält. (Wenn man ein Zoom-System verstellt und eine verschiebbare Zoom-Komponente auf ihrem Weg von der Einstellung mit kleinster Vergrößerung zur Einstellung mit stärkster Vergrößerung bei ständig wachsender Vergrößerung (oder auf dem umgekehrten Wege) ihre Bewegungsrichtung umkehrt, dann spricht man in der englischen Fachsprache von "curl back".) Insbesondere erkennt man an Hand der Fig. 2, dass gemäß dem Verlauf der Abstandskurve 31' das Doublett I, J bei fortschreitend zunehmender Vergrößerung seinen Abstand von der Objektivlinse K vergrößert; dabei tritt die relativ stärkste Änderung des Abstandes bei niedrigen Vergrößerungen auf, wohingegen bei stärkeren Vergrößerungen die Abstandsänderungen

25 nur noch relativ gering sind.

Was die Brechkraft der Linsen des Zoom-Systems 27 und des kollektiven Systems 28 angeht, so haben die Linsen

K, G und F jeweils positive Brechkraft, wohingegen die Linsen J und I sowohl beide zusammengenommen als auch einzeln negative Brechkraft haben; ausserdem haben die Linsen H und E negative Brechkraft. Die Brechkraft der Linsen I und J zusammengenommen beträgt ungefähr 75 % der Brechkraft der Linse H. Die Auswahl der Werkstoffe für die Linsen, wie sie in Tabelle I angegeben ist, erlaubt die Verwendung des Fernrohrs im Wellenlängenbereich von 8 bis 13 um und Dank der gewählten Linsenformen, wie sie sich aus den Zahlenwerten in der Tabelle I ergeben, kann das Fernrohr praktisch ohne Beeinträchtigung des Auflösungsvermögens auf Objekte im Entfernungsbereich zwischen 50 m und Unendlich scharf eingestellt werden; aber wenn man eine gewisse Verschlechterung der Auflösung in Kauf nimmt, dann kann man das Fernrohr sogar noch auf Objekte einstellen, die nur 10 m entfernt liegen.

Der Einfluss der Fernrohrtemperatur läßt sich im Temperaturbereich zwischen -1O⁰C und +50⁰C bei nur minimaler Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Fernrohrs durch geringfügiges Nachjustieren der Lage der Schlitten 31 und 32 erreichen. Wenn man eine gewisse Verschlechterung der Auflösung in Kauf nimmt, was in vielen Fällen praktisch möglich sein wird, dann kann das Fernrohr zwar im Temperaturbereich von -4O⁰C bis +80⁰C benutzt werden, aber am oberen Ende dieses Temperaturbereiches treten wegen der Absorption von Infrarotstrahlung durch das Germanium Transmissionsverluste auf. Die Öffnungsweite (Durchmesser) der größten

Linse (K) des Zoom-Systems ist - um einer Pupillenaberration zu begegnen - um weniger als 4 % vergrößert.

Das in Fig. 3 dargestellte Fernrohr ist in seinem Aufbau dem in Fig. 1 dargestellten Fernrohr grundsätzlich ähnlich, und zu diesem Zweck sind einander entsprechende Elemente in beiden Beispielen übereinstimmend bezeichnet. Die Änderungen gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ergeben sich daraus, dass das Fernrohr in Fig. 3 für einen anderen Vergrößerungsbereich ( von X2,65 bis X13,25 ) optimiert ist und dass sein kollektives System nicht nur aus drei Linsen, sondern aus vier Linsen besteht, um die nötige Aberrationskorrektur durchführen zu können. Das kollektive System besteht aus den vier Linsen A, B, C und D mit den brechenden Oberflächen 7 bis 14. Diese vier Linsen A, B, C und D sind unverschieblich auf der optischen Achse 26 angeordnet. Das Zoom-System 27 besteht aus drei Komponenten, von denen die erste (das ist die dem kollektiven System 28 benachbarte Komponente)eine einzelne Linse H mit den brechenden Oberflächen 15 und 16, die zweite Komponente ein aus den Linsen I und J mit den brechenden Oberflächen 17 bis 20 gebildeteDoublette und die dritte Komponente wiederum eine einzelne Linse K mit den brechenden Oberflächen 21 und 22 ist. Die Linse K die
ist/eigentliche Objektivlinse, auf welche die aus dem

Gegenstand^aum 24 kommenden Strahlen als erstes auftreffen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sind alle brechenden Oberflächen sphärisch. Die Maße und Werkstoffe für das in Fig. 3 dargestellte Fernrohr sind im Einzelnen in der Tabelle III aufgeführt, während die erreichbare Auflösung in der Tabelle IV angegeben ist. Es sei darauf hingewiesen, dass bei beiden Fernrohren die längs der optischen Achse gemessenen Dicken der Linsen H, I, J und K des Zoom-Systems und deren Krümmungsradien, wie sie in den Tabellen I und III angegeben sind, übereinstimmen.

Wenn man von geringfügigen Unterschieden in den Abständen dieser vier Linsen und ihrer maximalen öffnungsweite absieht, kann man sagen, dass das Zoom-System 27 für beide Fernrohre dasselbe ist, obwohl die Fernrohre unterschiedliche Sehfelder und im Bildraum eine unterschiedlich große Pupille haben. Somit tritt auch bei den in Tabelle III definierten Zoom-Objektiv kein "curl back" auf. In beiden Ausführungsbeispielen, wie sie in den Tabellen I bis IV niedergelegt sind, kann man das Zoom-System 27 maßstäblich verändern und optimieren und dadurch unterschiedliehe Vergrößerungsbereiche verwirklichen. Wenn die stärkste Vergrößerung noch hinreichend niedrig ist, dann kann man auf eine Farbkorrektur u.U. verzichten, und das bedeutet, dass man alle Linsen des Fernrohrs aus demselben Werkstoff, insbesondere aus Germanium, herstellen kann.

Ausserdem ist es möglich, das Okular 30 und das kollektive System 28 dahingehend zu optimieren, dass man andere Sehfelder und andere Durchmesser der im Bildraum gelegenen Pupille erhält, und zwar mit dem Ziel, das Fernrohr an unterschiedliche Infrarotdetektoren anzupassen, die mit oder

ohne Scanner arbeiten können.

Um ein möglichst kurzes Fernrohr zu erhalten, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, sollte die innere Blendenzahl des Fernrohrs am Ort des innenliegenden reellen Zwischenbildes 23 klein gehalten werden, insbesondere kleiner als 2,5.

In beiden Ausführungsbeispielen ist das Fernrohr 40

10 auf die Verwendung zum Beobachten von Gegenständen

optimiert, die weit entfernt, insbesondere im Unendlichen liegen, und in beiden Fällen kann dann eine Änderung des Sehfeldes (d.h., der Vergrößerung) durch Verschieben der Schlitten 31 und 32 erfolgen, ohne dass die einmal erreichte Scharfeinstellung verloren geht. Wenn man jedoch das Fernrohr auf ein Objekt einstellt, welches nicht im Unendlichen, sondern näherbei liegt, dann muss man zunächst eine Scharfeinstellung durchführen, und dies macht man dadurch, dass man wenigstens einen der Schlitten 31 und 32 verschiebt. Wenn man jedoch entsprechend der Objektentfernung die anfängliche Scharfeinstellung bewerkstelligt, dann kann in jedem Fall wenigstens einer der beiden Schlitten 31 und 32 noch verschoben werden, um zum Ausgleich von Temperaturschwankungen und Bewegungen des Zoom-Systems eine erneute Scharfeinstellung herbeizuführen .

Alle Zahlenangaben in der Beschreibung und in den Tabellen gelten für eine Temperatur von 20⁰C. Die V-Zahlen in

Tabelle V sind ein Maß für die Dispersion des Werkstoffes und berechnet nach der Formel

Brechungsindex bei 10 pm - 1,0

V =

Brechungsindex bei 8,5 pm - Brechungsindex

bei 11,5 pm

Die Blendenzahl (f-Zahl) ist von Ausdruck (2 sin Θ)" abgeleitet, worin θ der halbe Öffnungswinkel eines Strahlenbündels ist, welches aus einem Bündel von Axialstrahlen nach ihrer Brechung durch die betreffende Linse hervorgegangen ist.

Die beiden Ausführungsbeispiele sind dahingehend optimiert, dass bei sehr guter Auflösung des Fernrohrs die Vergrößerung im Verhältnis 5:1 veränderbar ist (Zoom-Verhältnis 5:1); wenn man eine gewisse Verschlechterung der Bildauflösung in Kauf nimmt, kann das Zoom-Verhältnis auf 9:1 ausgedehnt werden, das ist das Maximum, welches sich daraus ergibt, dass die beweglichen Komponenten H, I und J des Zoom-Systems nur innerhalb der Grenzen verschoben werden können, die durch die fest angeordneten Komponenten (die Objektivlinse K und das kollektive System 28) vorgegeben sind.

Weil die Schlitten 31 und 32 physikalisch voneinander getrennt sind und in vielen Fällen bei zwei verschiedenen

Vergrößerungseinstellungen (beidseits des sich aus Fig. 2 ergebenden Abstandsminimums) denselben Abstand aufweisen, kann man das Zoom-System auch auf zwei solche Vergrößerungseinstellungen beschränkt verwenden, die sich durch gleichen Abstand der beiden Schlitten 31 und 32 auszeichnen. In diesem Fall verriegelt man die beiden Schlitten 31 und 32 miteinander, um sie zu einem Schlitten zu verbinden, der dann nach Wahl in der einen oder in der anderen der beiden möglichen, miteinander kompatiblen Positionen angeordnet wird, in welcher man die gewünschte Auflösung erhält. Eine solche Anordnung erlaubt zwar keine koninuierliche Vergrößerungseinstellung, ist dafür aber mechanisch ausserordentlich einfach, hat nur eine bewegliche Komponente und erlaubt den Wechsel zwischen zwei Vergrößerungseinstellungen, in denen sich die Vergrößerungen um einen sehr großen Faktor bis zu 9:1 unterscheiden können.

Tabelle II

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Größe (in Milliradiant) eines Punktes im Gegenstandsraum, welcher unter verschiedenen Bedingungen durch das Fernrohr abgebildet wird. *

Vergrößerung	Bei monochromatischem Licht der Wellenlänge 10,0 pm	Sehfeld, angegeben Austrittspupille # 0,4	als Bruchtei 0,8	Bei polychromatischem Licht Wellenlängen von 8,5 \im bis	mit 11,5 \im	0,583	1	,004
X2	Lage im an der 0	0,513	0,938	1 des maximalen Sehfeldwinkels 0 0,4 0,8	0,264	0	,502
X4	0,756	0,247	0,494	0,797	0,233	0	,318
X6	0,380	0,223	0,308	0,389	0,200	0	,193
X8	0,273	0,191	0,177	0,279	0,107	0	,163
X10	0,173	0,083	0,141	0,181
0,121			0,136

Durchmesser der Pupille 0 = 14,4 mm

Ermittelt als eine gewichtete akkumulierte Messung

bei den drei Wellenlängen 8,5 um; 10,0 um und 11,5 pm

mit den Gewichten 0,63 bzw. 1,00 bzw. 0,50 maximaler Sehfeldwinkel an der Pupille 0 = 46,4°.

CO cn

CO CO

Tabelle IV

Ungefähre quadratische Mittelwerte der scheinbaren Größe (in Milliradiant) eines Punktes im Gegenstandsraum, welcher unter verschiedenen Bedingungen durch das Fernrohr abgebildet wird *

Vergrößerung	Bei monochromatischen der Wellenlänge 10,0	ι Licht pm	1,238	Bei polychromatischem Licht mit ^ Wellenlängen von 8,5 um bis 11,5 [im	0,553	1,293
X2,65	Lage im an der 0		0,576	1 des maximalen Sehfeldwinkels 0 0,4 0,8	0,312	0,580
X5.30	0,899	Sehfeld, angegeben als Bruchtei Austrittspupille # 0,4 0,8	0,322	0,926	0,220	0,330
X7.95	0,425	0,492	0,128	0,430	0,157	0,148
X10,60	0,257	0,303	0,159	0,257	0,106	0,178
X13,25	0,134	0,213		0,142
0,171	0,148		0,180
0,087

Durchmesser der Pupille 0

10 mm

Ermittelt als eine gewichtete akkumulierte Messung bei den drei Wellenlängen 8,5 um; 10,0 pm und 11,5 \im mit den Gewichten 0,63 bzw. 1,00 bzw. 0,50

maximaler Sehfeldwinkel an der Pupille 0 = 72°

OO cn

CD CO

Tabelle V

Material Brechungsindex * Zahl #

BS2 ¹^ 2,85632 248

BSA ¹⁾ 2,77917 209

TI 1173 ²⁾ 2,60010 142

AMTIR 1 ³⁾ 2,49745 169

BS1 ¹^ 2,49158 152

TI20 ²⁾ 2,49126 144

ZnSe 2,40653 77

KRS 5 ⁴⁾ 2,37044 260

CsJ 1,73933 316

CsBr 1,66251 176

KJ 1,62023 137

* für eine Wellenlänge von 10 um
D

# gemittelt über den Wellenlängenbereich von 8,5 um bis 11,5 um yemäii der Formel auf Seite 19

Chalkogenidgläser,welche von der Fa. Barr & Stroud Limited vertriebt' werden (Chalkogene sind die Elemente der VI. Hauptgruppe des Periodischen Systems}

^; Chalkogenidgiäser, welche von der Fa. Texas Instruments Inc., U.S.A. vertrieben werden.

3)
^; Ein Chalkogenidglas, welches von der Fa. Amorphous Materials Inc.

in Garland (Texas, U.S.A.) vertrieben wird.

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

- Leerseite -

Claims

PATENTANWÄLTE DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-IMG. HIELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTl CwE 29 - 3' AM lf OP!n C>f-l A 1/ D-7530 PFORZHEIM iwem GfnwA-.v, S'O'n'i !0229O 70 TEiF Vi «AMME PATMARK 14. Mai 1985 III /Be Barr & Stroud Limited, Glasgow G13 1HZ Schottland Grossbritanni en "Afokales Linsenfernrohr zur Verwendung im infraroten Spektralbereich" Patentansprüche:

1. Afokales Linsenfernrohr zur Verwendung im infraroten Spektralbereich, welches auf einer gemeinsamen optischen Achse (26) angeordnet ein Zoom-System (27) ein Okular (30) und zwischen diesen ein kollektives System (28) hat, wobei das Zoom-System (27) die aus dem Gegenstandsraum (24) kommende infrarote Strahlung auffängt, sie an das kollektive System (28) weiterleitet, welches daraus ein reelles Zwischenbild (23) formt, und das Okular (30) die vom Zwischenbild (23) ausgehenden Strahlen durch eine im Bildraum (25) liegende Pupille ($) hindurchschickt,
dadurch gekennzeichnet, dass das kollektive System (28)

auf der optischen Achse (26) fest angeordnet ist,

und dass das Zoom-System (27) aus einer auf der optischen Achse (26) fest angeordneten Objektivlinse (K) und zwei weiteren Komponenten (H; I und J) besteht, die nach Wahl getrennt voneinander zwischen der Objektiv 1inse (K) und dem kollektiven System (28) längs der optischen Achse (26) verschiebbar und zu diesem Zweck auf verschiebbaren Trägern (32, 31) befestigt sind und beide (H; I, J) im Vorzeichen ihrer Brechkraft übereinstimmen,

dass die Objektivlinse (K) positive Brechkraft hat,

dass die Vergrößerung des Fernrohrs durch Verschieben der verschieb1ichen Komponenten (H; I und J) des Zoom-Systems (27) nach Wahl wenigstens im Verhältnis 5:1 veränderbar ist,

wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die verschieblichen Komponenten (H; I und J) des Zoom-Systems (27) keine Umkehrung der Bewegungsrichtung ("curl back") erfahren, wenn sie von ihrer Einstellung bei kleiner Vergrößerung zu ihrer Einstellung bei großer Vergrößerung verfahren werden, und dass bei dem Fernrohr durch relativ kleine Lagejustierungen der beiden verschieblichen Komponenten (H; I und J) des Zoom-Systems (27) Temperatureinflüsse ausgeglichen werden können.

2. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verschieblichen Komponenten (H

und I, J) des Zoom-Systems (27) jeweils negative Brechkraft haben.
5

3. Fernrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem kollektiven System (28) benachbarte Komponente (H) und die Objektivlinse (K) des Zoom-Systems (27) jeweils nur aus einer einzigen Linse bestehen, während die mittlere Komponente (I₅ J) des Zoom-Systems (27) aus mehreren Linsen besteht, insbesondere ein Linsendoublett ist.

4. Fernrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Bewegung der beiden Träger (32, 31) längs der optischen Achse (26) ein Rechner vorgesehen ist, der mit Daten über die optischen Eigenschaften der Elemente des Fernrohrs vorprogrammiert ist, einen Eingang hat, über den ständig die von einem Temperaturfühler gemessene Fernrohrtemperatur eingegeben wird, und weitere Eingänge hat, über welche die gewünschte Brennweite und die Vergrößerung von Hand eingegeben werden können.

5. Fernrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den in der nachstehenden Tabelle I niedergelegten Aufbau:

- 4 Tabelle I

Linse Oberfläche Abstand"¹"
(mm) Vergröße
rung Krümmungs
radius Q
(mm) Material maximale Öff
nungsweite
(Apertur in mm
Durchmesser) Pupil le * 0 O jede eben Luft 15,30 A 1
2 33,21
3,30 jede
jede -68,58
-56,90 Luft
Germanium 21,13
21,91 B 3
4 0,50
3,80 jede
jede 246,13
14792,96 Luft
Germanium 22,85
22,76 C 5
6 0,50
10,07 jede
jede 38,61
34,19 Luft
Germanium 21,87
17,57 E 9
10 73,92
2,50 jede
jede -233,38
-525,64 Luft
Germanium 23,58
24,00 F 11
12 12,82
5,10 jede
jede -132,08
-78,31 Luft
Germanium 28,45
29,15 G 13
14 0,50
4,40 jede
jede 176,02
636,75 Luft
Germanium 28,27
27,87

15

16

47,14
35,89
24,56
14,50
5,65

X2 X4 X6 X8 X10

-1986,54

Luft

25,40

2,30

jede

151,64 Germanium 24,93

17

18

24,78
13,25
17,00
24,25
32,16

X2 X4 X6 X8 X10

-122,78

Luft

27,78

2,30

jede

-256,79 Germanium 28,57

19
20

2,30
2,30

jede jede

-303,94 -1010,46

Luft
ZnSe

29,83 30,69

21

22

45,58 X2 68,36 X4 75,94 X6 78,75 X8 79,69 X10

-235,46 Luft

77,48

13,50

jede

-155,60 Germanium 79,51

* maximaler Sehfeldwinkel an der Pupille = + jeweils von der vorstehenden Oberfläche

46,4

negatives Vorzeichen zeigt an, dass der Krümmungsmittelpunkt auf derselben Seite der Linse liegt wie die Pupille 0

6. Fernrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den in der nachstehenden Tabelle III niedergelegten Aufbau:

- 6 Tabelle III

Linse Oberfläche Abstand"¹"
(mm) Vergröße
rung Krümmungs
radius O
(mm) Material maximale öff
nungsweite
(Apertur in mm
Durchmesser) Pupille * 0 O jede eben Luft 11,30 A 1
2 19,50
3,80 jede
jede -47,12
-37,97 Luft
Germanium 18,43
19,50 B 3
4 0,50
3,60 jede
jede 163,58
-2583,94 Luft
Germanium 21,03
20,93 C 5
6 0,50
7,27 jede
jede 28,17
23,04 Luft
Germanium 19,19
15,26 D 7
8 49,46
3,50 jede
jede 825,50
-662,43 Luft
Germanium 22,76
22,91 E 9
10 25,36
2,50 jede
jede -201,68
-761,11 Luft
Germanium 25,52
25,97 F 11
12 6,76
5,20 jede
jede -113,54
-73,17 Luft
Germanium 27,55
28,38 G 13
14 0,50
4,70 jede
jede 180,34
1109,73 Luft
Germanium 27,67
27,27

47,58
35,96
24,39
14,19
5,25

X2.65

X5.30

X7,95

X10.60

X13.25

-1986,54 Luft

2,30

jede

25,00

151,64 Germanium 24,57

23,54
12,66
16,86
24,38
32,44

X2,65

X5.30

X7,95

X10.60

X13,25

-122,78 Luft

2,30

jede

27,42

-256,79 Germanium 28,18

2,30
2,30

jede jede

-303,94 Luft
-1010,46 ZnSe

29,37 30,24

46,38
68,88
76,25
78,93
79,81

X2,65

X5,30

X7.95

X10.60

X13,25

-235,46 Luft

13,50

jede

77,76

-155,60 Germanium 79,84

* maximaler Sehfeldwinkel an der Pupille = 72 ° + jeweils von der vorstehenden Oberfläche

O negatives Vorzeichen zeigt an,dass der Krümmungsmittelpunkt auf derselben Seite der Linse liegt wie die Pupille 0