DE69623182T2

DE69623182T2 - Katadioptrische Einzellinse

Info

Publication number: DE69623182T2
Application number: DE69623182T
Authority: DE
Inventors: Bruce A Cameron; Gino R Sturiale
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: DK0747744T3; AU688215B2; CA2177424C; IL118456A; TW314598B; KR970002387A; KR100258710B1; CA2177424A1; ES2177730T3; NO962343D0; NO316945B1; DE69623182D1; EP0747744A1; AU5458496A; IL118456A0; EP0747744B1; US5793538A; JPH0968604A; NO962343L

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Systeme, und im Einzelnen eine katadioptrische Einzellinse zum Fokussieren von Licht auf eine Abbildungsdetektorgruppe. Eine katadioptrische Einzellinse nach dem Stande der Technik ist aus der DE-A-3 119 498 bekannt.

2. Diskussion

Abbildungssysteme sind in der Technik wohlbekannt und enthalten typischerweise optische Strukturen zum Fokussieren einer erfaßten Szenerie auf eine Detektorgruppe. In vielen Abbildungssystemen sind der Eingangspupillendurchmesser oder Eingangsaperturdurchmesser (EPD) der optischen Struktur und die Brennweite kritische Parameter. Viele Abbildungssysteme erfordern auch optische Strukturen zum Ermöglichen breiter spektraler Abdeckung und hoher optischer Übertragungsfähigkeit. Weiterhin werden bestimmte Abbildungssysteme zusammen mit entsprechenden optischen Strukturen in thermisch empfindlichen Anwendungen verwirklicht, beispielsweise Anwendungen mit Infrarot-Abbildung, bei welchen die Systeme eine hohe Kälteabschirmungseffizienz und eine rasche Herunterkühlung der Detektorgruppen aufweisen müssen. Auch werden Abbildungssysteme oft in Anwendungsfällen eingesetzt, bei denen die Herstellung, der Zusammenbau und die Kosten der optischen Struktur kritische Gesichtspunkte sind.
Die optische Struktur von Abbildungsystemen kann von vielerlei Art sein. Eine Art besteht in einer nicht wiederabbildenden Mehrfach-Brechungslinsenstruktur (RN- R). Die RN-R-Linsenstruktur ist in der Weise wirksam, daß sie eine Szenerie auf eine zugehörige Detektorgruppe abbildet, wobei sie jedoch eine begrenzte spektrale Bandbreite aufweist, was auf Folgendem beruht: (1) Streuung des Linsenmaterials; und (2) die Brechkräfte der Linsen, welche bei der effektiven Brennweite (EFL) erforderlich sind, die Farbkorrektur und passive Athermalisation. Zusätzlich zeigt eine RN-R- Linsenstruktur eine verminderte Durchlässigkeit oder Transmission aufgrund der Tatsache, daß die Strahlung, die durch die Struktur hindurchtritt, zahlreiche Linsen- /Luft-Trennflächen überqueren muß. Eine RN-R-Struktur erfordert auch den Zusammenbau mit strengen Linsendezentralisations- und -kipptoleranzen. Eine RN-R- Struktur mit einem Anschlag, der hinter der Linse gelegen ist, zeigt eine beträchtliche Größe der Strahlwanderung auf dem ersten Element der Struktur und erfordert daher einen Eingangsaperturdurchmesser oder Eingangspupillendurchmesser, der kleiner als das erste Element ist. Eine RN-R-Struktur mit einem Anschlag vor oder innerhalb der Linse begrenzt die Kälteabschirmungseffizienz und damit die thermische Empfindlichkeit bei Anwendungen für die Infrarot-Abbildung.
Eine zweite Art einer optischen Struktur besteht in einer ausschließlich reflektierenden Cassegrain-Spiegelstruktur oder gregorianischen Spiegelstruktur (A-R). Diese Art einer Struktur, welche aus zwei Spiegel zusammengesetzt ist, erfordert extrem strenge Ausrichtungstoleranzen. Zusätzlich ist eine A-R-Strukturgekennzeichnet durch eine reduzierte Kälteabschirmungseffizienz und zeigt daher eine größere Strahlwanderung oder Vignettierung in Infrarot-Anwendungen.
Eine dritte Art einer Abbildungsstruktur ist die katadioptrische, wiederabbildende optische Struktur (CR). Eine solche Struktur besteht aus zwei Spiegeln und verschiedenen Linsen in Kombination, und demgemäß aus einer beträchtlichen Anzahl von Teilen, welche eines präzisen Zusammenbaus bedürfen. Weiter müssen in einer solchen optischen Struktur sehr strenge Toleranzen bezüglich Spiegelkippung und Dezentralisierung eingehalten werden. Eine CR-Struktur zeigt auch verminderte Übertragungseigenschaft oder Durchlässigkeitseigenschaften aufgrund der Tatsache, daß die Strahlung eine Anzahl von Linsen-/Luft-Zwischenflächen durchqueren muß. Zusätzlich hat eine CR-Struktur eine spektrale Bandbreite, welche durch Streuung des Linsenmaterials und durch die Brechkräfte der Relais-Linsen beschränkt ist, welche für die Bildweitergabe und die Farbkorrektur benötigt werden.
Die EP-A-0 358 929 offenbart einen photoelektrischen Sensor, der einen optischen Körper in Gestalt einer dünnen Platte mit einer im wesentlichen planaren Oberfläche auf der Frontseite, einem ersten reflektierenden Spiegel auf der Rückfläche, einem zweiten reflektierenden Spiegel auf der Frontfläche, einer bogenförmigen Austrittsoberfläche und ein zweites metallisches Abschirmungsteil enthält, das in einen zweiten Ausnehmungsbereich eingesetzt ist, dessen Boden die bogenförmige Austrittsoberfläche oder die Lichtsammellinse bildet.
Es besteht somit Bedarf an einer Infrarot-Abbildungsstruktur, welche die oben erwähnten optischen Beschränkungen gegenwärtiger optischer Abbildungsstrukturen überwindet, welche eine minimalen Aufwand für den Zusammenbau erfordert und welche zu minimalen Kosten hergestellt werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird eine katadioptrische Einzellinse zur Verwendung in Anwendungsfällen der Abbildung über eine große spektrale Bandbreite einschließlich des infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektrumbereiches geschaffen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Linse mit einer verhältnismäßig, großen Brennweite bei einer verhältnismäßig kleinen, verfügbaren Länge der Packung der optischen Struktur. Die Linse nach der vorliegenden Erfindung zeigt auch eine verhältnismäßig kleine Winkelauflösung und ist somit vorteilhaft für Zwecke der Zielobjekterfassung über große Entfernungen geeignet.
Die vorliegende katadioptrische Einzellinse nach der Erfindung kombiniert die reflektierenden und brechenden Eigenschaften anderer optischer Strukturen mit Linsen, Spiegeln und Linsen-Spiegel-Kombinationen in einer einzigen Festkörperlinse. Dies hat zur Folge, daß die katadioptrische Einzellinse nach der vorliegenden Erfindung eine verminderte Größe, weniger Teile und weniger Montageaufwand als andere optische Abbildungsstrukturen zeigt. Zusätzlich ist die katadioptrische Einzellinse nach der vorliegenden Erfindung in großem Umfang zu verhältnismäßig niedrigen Kosten herstellbar.
Wie nachfolgend beansprucht wird durch die vorliegende Erfindung eine katadioptrische Einzellinse geschaffen, welche sämtliche Merkmale enthält, welche in Anspruch 1 definiert sind. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann insbesondere aus dem Studium der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen stellen dar:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer katadioptrischen Einzellinse und des entsprechenden Strahlenganges gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnitts-Seitenansicht einer beispielsweisen Umgebung, in welcher die Linse nach Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 3 eine Seitenansicht mit zugehörigem Strahlengang einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Seitenansicht mit zugehörigem Strahlengang von einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenansicht mit zugehörigem Strahlengang einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht mit zugehörigem Strahlengang einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Seitenansicht mit zugehörigem Strahlengang einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 8 eine Seitenansicht einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es sei nun auf die Zeichnung Bezug genommen, wobei eine kompakte katadioptrische Feststoff-Einzellinse allgemein in Fig. 1 mit 10 bezeichnet ist. Die Linse 10 besteht zu einem großen Teil aus einem festen Material 12, das entsprechend dem besonderen interessierenden Spektralband für eine gegebene Anwendung gewählt ist. Das verwendete Material hat vorzugsweise einen hohen Brechungsindex, und die Linse 10 ist vorzugsweise aus dem Material durch Diamantspitzenabdrehen der optischen Oberflächen und darauf durch Nachpolieren der optischen Oberflächen hergestellt, wenn dies für ein Unterdrücken der Streuung notwendig ist. Für Ahbildungsariwendungen im sichtbaren Bereich oder im Bereich mittlerer Infrarotwellenlängen wird als Material 12 vorzugsweise klares Zinksulfid oder Zinkselenid verwendet. Für Anwendungen im mittleren Infrarot-Wellenbereich wird als Material 12 vorzugsweise Silizium oder Galliumarsenid verwendet. Im langwelligen Infrarotbereich wird als Material 12 vorzugsweise Germanium oder Galliumarsenid verwendet. Wenn ein Material niedrigeren Brechungsindex' (mit entsprechender größerer Strahlwanderung) akzeptabel ist (beispielsweise Corning CLAP-Glas, s. Applied Optics, 1. April 1991, S. 1285), dann ist die bevorzugte Lösung bei der Herstellung ein Formen durch Pressen.
Es sei weiterhin auf Fig. 1 Bezug genommen. Die katadioptrische Einzellinse 10 enthält eine im wesentlichen planare Eingangsoberfläche 14 oder eine konvexe Eingangsfläche mit großem Krümmungsradius. Die Eingangsoberfläche 14 ist als planare Fläche aus dem Material 12 ausgebildet, um die Größe der chromatischen Aberration zu vermindern, welche das Licht zeigt, das in die Linse 10 von einem entfernten Objekt her eintritt. Der Eingangsoberfläche 14 gegenüberliegend befindet sich ein konkaver ringförmiger Primärspiegel 18, der vorzugsweise durch Anbringung von Spiegelbelägen auf dem Material 12 gebildet ist und der der Eingangsoberfläche gegenüberliegt. Ein Sekundärspiegel 22 ist ebenfalls vorzugsweise durch Anbringung eines Spiegelbelages auf dem Material 12 gegenüberliegend dem Primärspiegel 18 gebildet, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Der Primärspiegel 18 bildet in Zusammenwirkung mit dem konvexen Sekundärspiegel 22 eine Cassegrain-artige Spiegelkombination in der Linse 110. Als Folge hiervon vergrößert der Sekundärspiegel 22 ein von dem Primärspiegel 10 reflektiertes Bild. Der Primärspiegel 18 und der Sekundärspiegel 22 sind so relativ zueinander angeordnet, daß der Abstand des Sekundärspiegels 22 zu dem Brennpunkt des Primärspiegels 18 kleiner ist als der Abstand von dem Sekundärspiegel 22 zu dem letztlich erzeugten Bild 34.
Die katadioptrische Einzellinse enthält auch eine vorzugsweise sphärische Ausgangsoberfläche 24. Die Ausgangsoberfläche 24 hat einen mit 28 bezeichneten Radius, der im wesentlichen gleich dem axialen, mit 26 bezeichneten Abstand ist, der die katadioptrische Einzellinse von der Brennebene 34 trennt. Wenn die Eingangsoberfläche 14 von der planaren Gestalt abweicht, dann muß der Radius 28 der Ausgangsoberfläche kürzer werden, um die chromatische Aberration zu korrigieren, die durch einen konvexen Krümmungsradius der Eingangsoberfläche 14 eingeführt wird.
Im Betrieb tritt allgemein mit 30 bezeichnete Strahlung von einem erfaßten Objekt über die Eingangsoberfläche 14 in die Linse 10 ein. Die Strahlung 30 geht durch das feste katadioptrische Material und wird von dem Primärspiegel 18 durch das feste katadioptrische Material zurück auf den Sekundärspiegel 22 reflektiert. Die auf den Sekundärspiegel 22 hin reflektierte Strahlung wird dann wiederum durch das katadioptrische Material 12 und durch die Ausgangsoberfläche 24 reflektiert und die Objektstrahlung wird in der Brennebene 34 fokussiert.
Die Linse 10 kann in vielen der den Fachleuten gut bekannten Fällen der Abbildung verwirklicht werden und kann durch die Verwendung eines geeigneten festen katadioptrischen Materials für Fälle der Abbildungen in einer breiten Vielfalt von spektralen Bandbereichen eingesetzt werden. Eine der in Betracht kommenden Anwendungen für die Linse 10 ist: die Abbildung einer thermisch gegebenen Szenerie auf eine Detektorgruppe in kleinen kardangelagerten Infrarotsensoren, welche in Infrarot-Raketensuchköpfen enthalten sind. Es sei nun Fig. 2 betrachtet. Eine Umgebung, in welcher die Linse 10 eingesetzt werden kann, ist hier allgemein bei 40 gezeigt. Die besondere Umgebung ist diejenige innerhalb einer Kuppel 42 eines kardanaufgehängten Infrarot-Raketensuchkopfes (nicht dargestellt). Innerhalb der Kuppel 42 befindet sich eine Dewar-Anordnung, welche allgemein mit 52 bezeichnet ist. Die Dewar-Anordnung 52 beinhaltet die Detektorgruppe, auf welche eine thermisch vorgegebene Szenerie fokussiert wird, wie im Einzelnen weiter unten erläutert wird. Ein Kreiselkompaß 46 dient zur Messung der Raketenpositionsdaten und befindet sich benachbart zu der Dewar-Anordnung 52. Sowohl die Dewar-Anordnung 52 als auch der Kreisel 46 sind an einer Kardanlagerung 48 montiert, wie den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.
Da ein solches Infrarot-Abbildungssystem eine kleine Winkelauflösung benötigt, muß der Eingangspupillendurchmesser der optischen Struktur maximal gemacht werden. Es ist nur ein begrenzter Raum verfügbar, in welchem das Abbildungssystem mit der Dewar-Anordnung 52, der Kreiseleinheit 46 und der katadioptrischen Einzellinse 10 untergebracht werden muß, wobei diese Teile in dem Raum auf der Kardanaufhängung 48 verwirklicht werden müssen, der mit 53 bezeichnet ist.
Nunmehr sei auf ein Fig. 3 Bezug genommen. Eine zweite Ausführungsform einer katadioptrischen Einzellinse ist hier allgemein mit 100 bezeichnet. Die Linse 100 ist identisch zu der in Fig. 1 gezeigten Linse 10 unter Hinzufügung von Wärmeabschrankungsreflektoren 156. Die Reflektoren 156 auf der rückwärtigen Oberfläche der katadioptrischen Einzellinse mit einem zentralen Punktbereich und äußerem ringförmigem Bereich lassen einen ringförmigen transparenten Bereich 124 offen, um Strahlung durchzulassen, die zu dem Detektor 134 gelangt. Bei dieser Ausführungsform sind die reflektierenden Beläge für die Wärmeabschrankungsreflektoren 156 auf einer kontinuierlichen, im wesentlichen sphärischen Ausgangsoberfläche abgelagert, wie dies bei der rückwärtigen Oberfläche der Linse 10 der Fall ist. Wärmeabschrankungsreflektoren 156 bewirken, daß thermische Hintergrundstrahlung nur vermindert den Detektor 134 erreicht (bei nichtthermischen Abbildungsanwendungen wären der Ringbereich und der zentrische Fleck 156 nicht Reflektoren, sondern wären absorbierende Beläge im Wellen- Bandbreitebereich des Detektors). Zwischen der Austrittsoberfläche 124 der katadioptrischen Einzellinse und der reflektierenden Wärmeabschrankung 126 befindet sich das Dewar-Fenster 154. Das Dewar-Fenster 154 dient als Vakuumsperre für die Dewar-Anordnung 152, um eine maximale Kühlung der Detektorgruppe 134 zu erreichen.
In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der katadioptrischen Einzellinse nach der vorliegenden Erfindung gezeigt und dort allgemein mit 200 bezeichnet. Die Linse 200 ist identisch zu der Linse 100, jedoch mit der Ausnahme, daß die reflektierende Wärmeabschrankung 256 auf einer Oberfläche auf der Rückseite der Linse 200 gelegen ist und zu der sphärischen Austrittsoberfläche 224 diskontinuierlich ist. Demgemäß hat die rückwärtige Oberfläche der Linse 200 drei gesonderte Oberflächen, nämlich den primären ringförmigen Spiegel 218, die reflektierende Wärmeabschrankung 256 und die sphärische Austrittsoberfläche 224. In übriger Weise funktioniert die Linse genauso wie die Linse 100 von Fig. 3.
Man wende sich jetzt Fig. 5 zu. Hier ist eine Linse 300 gezeigt, die hinter einer Kuppel 342 in einem Infrarot-Abbildungssystem eingesetzt ist. Die katadioptrische Einzellinse 300 gemäß Fig. 5 enthält dieselben Komponenten wie die Linsen 10, 100 und 200, jedoch mit dem Unterschied, daß die planare Eingangsoberfläche 314 leicht gegenüber dem sekundären Spiegel 322 zurückgesetzt ist, um die Einhaltung eines Abstandes der Linse 300 von der Kuppel 342 zu erleichtern. Die zurückgesetzte Eingangsoberfläche 314 resultiert in einer Verbesserung des Systems dahingehend, daß das Linsengewicht herabgesetzt wird.
Wenn die Kuppel 342 in die Linse 300 eine chromatische Aberration einführt, dann kann die Eingangsoberfläche 314 von der ebenen Gestalt abweichen, um die chromatische Aberration beim Durchtritt des Lichtes 330 durch die Kuppel 342 auszugleichen. Die durch die Kuppel 342 eingeführte chromatische Aberration kann auch durch Modifikation des Radius der Austrittsoberfläche 324 ausgeglichen werden.
In vielen Anwendungen einer Infrarot-Abbildung muß eine thermisch vorgegebene Szenerie oft innerhalb von Sekunden nach Leistungszufuhr zum System und nach nur wenigen Sekunden der Kühlung des Detektors abgebildet werden. Da es kritisch ist, den Detektor für eine thermische Infrarot-Abbildung zu kühlen, müssen der Detektor und die umgebende Abschirmung rasch gekühlt werden. Zur Erleichterung einer raschen Abkühlung des Detektors und der umgebenden Abschirmung müssen die thermische Masse sowohl des Detektors als auch der umgebenden Abschirmung minimal gemacht werden. Zur Minimierung der thermischen Masse der Kälteabschrankung oder -abschirmung muß die Länge der Kälteabschirmung minimal gehalten werden.
Es sei nun auf Fig. 6 Bezug genommen. Hier ist eine allgemein mit 400 bezeichnete katadioptrische Einzellinse gezeigt, welche an einer Kardanaufhängung hinter einer Kuppel 42 gehalten ist. Die Linse 400 enthält dieselben Komponenten wie die Linsen 10, 100, 200 und 300, wobei die Eintrittsoberfläche 414 wie bei der Linse 300 zurückgenommen ist. Zusätzlich befindet sich der Detektor 434 innerhalb einer kurzen Kälteabschirmung 440.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist die Länge der Kälteabschirmung 440 dadurch minimal gemacht, daß eine reflektierende Wärmeabschirmung 448 nahe der Austrittsoberfläche 424 der katadioptrischen Einzellinse vorgesehen ist. Die Wärmeabschirmung 448 ist reflektierend beschichtet und bewirkt, daß Hintergrundstrahlung vermindert die Abbildungsebene 434 erreicht, wenn eine lange Kälteabschirmung und Kälteabschrankung nicht verwendet werden kann. Zwischen der Austrittsoberfläche 424 der katadioptrischen Einzellinse und der reflektierenden Wärmeabschirmung 448 befindet sich das Dewar-Fenster 454. Dieses dient als eine Vakuumsperre für die Dewar-Anordnung 452, um die Kühlung der Detektorgruppe 434 maximal auszubilden. Die Konstruktionsparameter für die Linse 400 sind so gewählt, daß eine Kompensation bezüglich Strahlung erreicht wird, die von der sphärischen Austrittsoberfläche 424 ausgeht und zusätzlich durch das Dewar-Fenster 454 tritt, bevor sie auf die Detektorgruppe 434 fokussiert wird.
Es sein nun auf Fig. 7 Bezug genommen. Hier ist eine katadioptrische Einzellinse 500 gezeigt. Die Linse 500 ist hinter einer Kuppel 542 kardanisch befestigt. Die Linse 500 enthält dieselben Bestandteile wie die Linsen 10, 100, 200, 300 und 400, und weist eine zurückgesetzte Eingangsoberfläche 514 auf, wie dies bei den Linsen 300 und 400 vorgesehen ist. Zusätzlich hat die Linse 500 eine konvexe sphärische Austrittsoberfläche 524 und ist so ausgebildet, daß der Abbildungspunkt 534 innerhalb der Linse 500 gelegen ist. Die konvexe Austrittsoberfläche 524 gibt zusammen mit einer Übergabelinse 560 das innere Bild 534 an den Detektor 535 weiter, der sich innerhalb der Kälteabschirmung 540 befindet. Die Öffnung in der Kälteabschirmung 540 ist eine Kälteschranke 552, und wirkt als eine Aperturblende des Abbildungssystems.
In Fig. 8 ist die Linse 10 gezeigt, die sich in einem Infrarot-Abbildungssystem befindet. Es sei bemerkt, daß die optischen Infrarot-Abbildungsstrukturen typischerweise aus der Fokussierungsoptik und einer Dewar-Anordnung mit einem flachen Fenster zusammengesetzt sind, das eine Vakuumsperre zwischen der optischen Struktur und der Detektorgruppe bildet, wodurch eine rasche Kühlung der Detektorgruppe innerhalb der Dewar-Anordnung und eine minimale Nachkühlung zur Aufrechterhaltung eines kalten Detektors erleichtert werden. Wenn die Größe der optischen Infrarotsysteme geringer wird, ist es wünschenswert, Funktionen zu kombinieren und Teile innerhalb der optischen Infrarotstruktur zu eliminieren. Wie in Fig. 8 gezeigt, nimmt die Linse 10 sowohl eine Fokussierung der erfaßten Szenerie auf die Detektorgruppe 34 vor und unterhält auch das Vakuum für die Dewar-Anordnung 52. Die Linse 10 ist an der Wandung der Dewar-Anordnung mit Lotmaterial 60 befestigt. Die Linse bewirkt in dieser Verwendung eine Einsparung an Raum innerhalb der Kuppel und beseitigt die Notwendigkeit eines gesonderten flachen Fensters, als Vakuumsperre in der Dewar-Anordnung 52, wie dies bei der Struktur nach Fig. 6 zu sehen ist.
Im allgemeinen verändern sich die Anforderungen an die Abmessung für die katadioptrische Einzellinse entsprechend dem besonderen Anwendungsfall, in welchem die Linse eingesetzt wird.
Die oben beschriebenen katadioptrischen Einzellinsensysteme vermindern den Raum, der für die Verwirklichung einer optischen Struktur in einem Abbildungssystem erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung beseitigt auch den Montageaufwand, der bei anderen optischen Strukturen notwendig ist, und vermindert die Kosten sowohl für die Herstellung als auch für die Verwirklichung mit Bezug auf solche existierende optische Strukturen. Wenn die Linse kardangelagert in einem Infrarot-Raketensuchsystem verwendet wird, so bewirkt sie an dem System auch einen Ausgleich durch Verlagerung des Gewichtes des Kreisels, der typischerweise auf der Kardanlagerung montiert ist.
Es versteht sich, daß zwar die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen, wie sie in den Fig. 1-8 gezeigt sind, beschrieben wurde, daß jedoch zahlreiche Modifikationen, Änderungen, Abwandlungen und dergleichen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden könne, nachdem die Beschreibung, die Zeichnungen und die nachfolgenden Ansprüche zur Kenntnis genommen wurden.

Claims

1. Katadioptrische Einzellinse (100), welches folgendes enthält:

einen Körper (112) aus optischem Material mit einer Vorderseite und einer Rückseite;

eine im wesentlichen ebene Eingangsoberfläche (114) auf der Vorderseite;

einen Primärspiegel (118) auf der Rückseite zum Reflektieren von Strahlung, die durch die Eingangsoberfläche von einer detektierten Objektszene eintritt;

einen Sekundärspiegel (122) auf der Vorderseite zum Fokussieren der genannten reflektierten Strahlung von dem Primärspiegel (118) zur Erzeugun eines Bildes (34); und

eine im wesentlichen sphärische Ausgangsoberfläche (124) auf der Rückseite zum Durchlassen der fokussierten Strahlung von dem genannten Sekundärspiegel (122);

gekennzeichnet durch

eine reflektierende Wärmeschranke (126) in der Gestalt einer Schicht, welche auf der Ausgangsoberfläche abgelagert ist, um die das erzeugte Bild (34) erreichende Hintergundstrahlung herabzusetzen.

2. Linse nach Anspruch 1, bei welcher die Spiegel (118, 122) von Belägen reflektierenden Materials auf der Vorderseite und der Rückseite des Körpers aus optischem Material gebildet sind.

3. Linse nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die sphärische Ausgangsoberfläche (124) einen Radius im wesentlichen gleich oder kleiner als der Abstand aufweist, der die genannte Linse von einer Brennebene der Linse trennt.

4. Infrarot-Abbildungssystem, welches folgendes enthält:

eine katadioptrische Einzellinse (100) gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch; und

einen Detektor (134), der an der Fokalebene der Linse angeordnet ist, um ein Bild zu detektieren, das durch die fokussierte Strahlung erzeugt wird.

System nach Anspruch 4, bei welchem die Linse eine Dewar-Vakuumsperre in dem Infrarot-Abbildungssystem bildet.

6. System nach Anspruch 4, welches weiter eine Dewar-Anordnung zur Aufnahme des Detektors enthält, wobei die Dewar-Anordnung folgendes enthält:

ein Dewar-Fenster (154), das nahe der genannten Ausgangsoberfläche angeordnet ist, um die fokussierte Strahlung aus dieser Ausgangsoberfläche aufzunehmen; und

eine Kälteabschirmung, welche den Detektor (134) umgibt, um in Infrarot-Abbildungsanwendungen den Detektor zu kühlen.

7. System nach Anspruch 4, welches weiter eine außerhalb der genannten Ausgangsoberfläche (524) gelegene Relaislinse (560) enthält, um die fokussierte Strahlung an den Detektor (535) weiterzugeben.

8. System nach Anspruch 7, welches weiter folgendes enthält:

eine Kälteabschirmung (540), die benachbart der genannte Relaislinse (560) angeordnet ist und den Detektor (535) enthält, und zur Kühlung des Detektors für Infrarot-Abbildungsanwendungen dient; und

eine Aperturblende, die durch eine Öffnung in der genannten Kälteabschirmung (540) definiert ist, um Licht von der Relaislinse (560) zu empfangen und dieses Licht an den Detektor (535) weiterzugeben.

9. System nach Anspruch 4, welches weiter folgendes enthält:

eine Kälteabschirmung (40), die der Linse (10) benachbart ist und den Detektor (34) enthält und zur Kühlung dieses Detektors dient; und

eine Aperturblende (62), welche eine Öffnung in der Kälteabschirmung (40) definiert, um die fokussierte Strahlung von der Linse her zu empfangen;

wobei die Linse (10) zur Fokussierung der Strahlun dient und als Vakuumsperre (60) für die Kälteabschirmung (40) bei Infrarot-Abbilungsanwendungen wirksam ist.

10. System nach Anspruch 4, bei welchem die genannte sphärische Ausgangsoberfläche einen Radius aufweist, der im wesentlichen gleich groß oder kleiner als der Abstand ist, der die genannte Linse von einer Fokalebene der Linse trennt.

11. System nach Anspruch 4, bei welchem die im wesentlichen ebene Eingangsoberfläche gegenüber dem Sekundärspiegel zurückgesetzt ist.

12. System nach Anspruch 4, bei welchem der Primärspiegel ein ringförmiger Spiegel ist, der die sphärische Ausgangsoberfläche umgibt.

13. System nach Anspruch 4, bei welchem die Bilderzeugung innerhalb der Linse erfolgt.