KR101338296B1 - Catadioptric cassegrain objective - Google Patents

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디일 베게테 디펜스 게엠베하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은 영상 면(image plane)(9)에 피사체(34)를 촬상하기 위한 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈(CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE)(20)에 관한 것이며, 오목형의 1차 거울(24), 볼록형의 2차 거울(26) 및 상기 1차 거울 및 2차 거울(24, 26)의 수차를 보정하기 위한 복수의 보정 렌즈(28, 30, 32)를 포함한다. 매우 소형이면서 완전하게 수동적으로 온도 보상된 대물렌즈(20)는 매우 큰 시야각 6°과 매우 낮은 수차로 촬상하는 데 사용될 수 있으며 적어도 하나의 비구면 보정 렌즈(28)가 빔 경로(40) 중, 상기 1차 거울(24)에서의 반사 후 그리고 상기 2차 거울(26)에서의 반사 전의 경로 내에 배치된다.The present invention relates to a CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE (20) for imaging an object (34) on an image plane (9), and includes a concave primary mirror 24 and a convex type. And a plurality of correction lenses (28, 30, 32) for correcting aberrations of the secondary mirror (26) and the primary and secondary mirrors (24, 26). A very compact and completely passively temperature compensated objective lens 20 can be used for imaging with a very large viewing angle of 6 ° and a very low aberration and at least one aspherical correction lens 28 in the beam path 40. It is disposed in the path after reflection at the primary mirror 24 and before reflection at the secondary mirror 26.

Description

반사굴절식 카세그레인 대물렌즈{CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE}Reflective refractive casee grain objectives {CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE}

본 발명은 영상 면(image plane)에 피사체를 촬상하기 위해, 오목형 1차 거울, 볼록형 2차 거울 및 상기 1차 및 2차 거울의 수차를 보정하기 위한 일련의 보정 렌즈를 구비하는 굴절식 카세그레인 대물렌즈에 관한 것이다.DETAILED DESCRIPTION The present invention provides an articulated casee grain having a concave primary mirror, a convex secondary mirror and a series of correction lenses for correcting aberrations of the primary and secondary mirrors for imaging a subject on an image plane. It relates to an objective lens.

반사 망원경은 통상적으로 포물선 1차 거울 및 쌍곡선 2차 거울을 사용하여, 영상 면에 피사체를 촬상한다. 이러한 2개-거울 설계에 의해서는, 구면 수차(spherical abberation) 및 코마 수차(coma)를 보정할 수 있지만, 비점 수차의 비축 수차(off-axis abberation) 및 상면만곡의 비축 수차를 보정할 수는 없다. 결과적으로, 카세그레인 대물렌즈는 통상적으로 직경이 1°인 매우 작은 시야각과 결합해서 사용할 때에만 적절하다. 시야각이 더 넓은 경우에는 보정 렌즈를 설치해야 한다. 이러한 시스템을 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈라고 표기한다. 시야각은 직경을 3°까지 확장할 수 있으며, 보정 렌즈에 의해 수차들을 수용할 수 있다. 그렇지만, 이러한 보정 렌즈를 사용하면 대물렌즈를 더 크게 설계해야 한다.Reflective telescopes typically use parabolic primary mirrors and hyperbolic secondary mirrors to image a subject on an image plane. With this two-mirror design, spherical abberation and coma aberration can be corrected, but off-axis abberation of astigmatism and axle of top curvature cannot be corrected. none. As a result, casee grain objectives are only suitable when used in combination with very small viewing angles, typically 1 ° in diameter. If the viewing angle is wider, a correction lens must be installed. Such a system is referred to as a reflective refractive lens case lens. The viewing angle can extend the diameter to 3 ° and can accommodate aberrations by means of a correction lens. However, the use of such correction lenses requires larger objective lenses.

본 발명의 목적은 소형의 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈를 설명하는 것이다.It is an object of the present invention to describe a compact refraction type casee grain objective.

이 목적은 서두에서 언급한 타입의 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈에 의해 달성되는 데, 이 경우 복수의 보정 렌즈 중 적어도 하나가, 빔 경로의 통로에서, 1차 거울에서의 반사 후 그리고 2차 거울에서의 반사 전의 경로 내에 배치된다. 하나의 보정 렌즈를 상기 1차 거울과 2차 거울 사이의 빔 경로의 통로에 배치함으로써 대물렌즈를 소형으로 설계하는 목적이 달성된다. 특히 이로운 보정 렌즈의 실시예에서, 이러한 배치에 의해, 대물렌즈가 받아들일 수 있는 수차를 가지며, 더 큰 시야각, 특히 직경 6°까지의 시야각에 있어서, 적절하게 될 수 있다.This object is achieved by a refraction type casee grain objective of the type mentioned at the beginning, in which at least one of the plurality of correction lenses is in the path of the beam path, after reflection in the primary mirror and in the secondary mirror. Is placed in the path before the reflection of. The object of compact design of the objective lens is achieved by arranging one correction lens in the passage of the beam path between the primary mirror and the secondary mirror. In a particularly advantageous embodiment of the correcting lens, this arrangement allows the objective lens to have an acceptable aberration and to be suitable for larger viewing angles, especially for viewing angles up to 6 ° in diameter.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 개략도이다.1 is a schematic diagram according to an exemplary embodiment of the present invention.

1차 거울, 2차 거울 및 복수의 보정 렌즈가 배치되어 있는 대물렌즈를 이하에서 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈라 할 수 있다. 1차 거울은 포물선형이고 2차 거울은 쌍곡선형이지만, 이것이 필수 사항은 아니다.The objective lens in which the primary mirror, the secondary mirror, and the plurality of correction lenses are disposed may be referred to as a reflective refractive lens case lens. The primary mirror is parabolic and the secondary mirror is hyperbolic, but this is not required.

복수의 보정 렌즈는 상기 1차 및 2차 거울 중 적어도 하나의 수차를 보정하는 기능을 하며, 상기 1차 및 2차 거울과 함께 완전한 대물렌즈를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 및 2차 거울의 광학적 오차를 보정하는 데 기여하지 않는 커버 글래스 또는 보호 글래스, 필터 또는 그외 광학적 소자를 제외하곤, 검출기가 유리하게 배치되어 있는 영상 면과, 대물렌즈의 외측에 있는 피사체에 직선적으로 향하는 빔 경로의 부분 사이에 존재하는, 대물렌즈를 위한 추가의 렌즈 또는 빔-형성 광학 소자(baam-shaping optical element)가 없는 것이 합당하다.The plurality of correction lenses function to correct aberrations of at least one of the primary and secondary mirrors, and together with the primary and secondary mirrors may form a complete objective lens. For example, with the exception of cover glasses or protective glasses, filters or other optical elements that do not contribute to correcting the optical errors of the primary and secondary mirrors, the image plane on which the detector is advantageously arranged, It is reasonable that there are no additional lenses or beam-shaping optical elements for the objective lens that exist between the portions of the beam path that are directed straight to the subject on the outside.

복수의 보정 렌즈의 적어도 두 개의 비구면 표면(aspheric surface)은 비점 수차(astigmatism)를 보정하는 데 필요하다. 상기 1차 거울과 2차 거울 사이의 빔 경로에서 복수의 보정 렌즈의 광학적 표면 중 적어도 하나는 바람직하게 비구면인데, 특히 외측 표면이 비구면이며, 즉, 빔 경로에서, 촬상된 피사체의 방향으로 또는 1차 거울에 대해 회전하는 표면이다. 하나의 보정 렌즈, 즉 빔 경로에서 1차 거울과 2차 거울 사이에 놓이는 렌즈는 바람직하게 구부러질 수 있는데, 즉 오목 광학 면 및 볼록 광학 면을 구비한다.At least two aspheric surfaces of the plurality of correction lenses are needed to correct astigmatism. At least one of the optical surfaces of the plurality of correction lenses in the beam path between the primary mirror and the secondary mirror is preferably aspherical, in particular the outer surface is aspherical, ie in the beam path, in the direction of the imaged subject or 1 The surface that rotates against the car mirror. One corrective lens, ie a lens lying between the primary mirror and the secondary mirror in the beam path, can preferably be bent, i.e. has a concave optical surface and a convex optical surface.

본 발명의 바람직한 요건에서, 빔 경로는 하나의 보정 렌즈를 통해 2회 안내된다. 빔 경로는 그러므로 하나의 보정 렌즈를 통해 외측 방향(outward directioin) 및 복귀 방향(return direction)으로 안내된다. 이에 따라 대물렌즈의 설계를 마찬가지로 매우 소형으로 할 수 있다. 이로운 진전에 따라, 빔 경로는 하나의 보정 렌즈의 중심 개구를 통해, 특히 상기 하나의 보정 렌즈를 통해 그 복귀 방향으로 안내된다. 이에 의해 상기 하나의 보정 렌즈가 필요로 하지 않는 중앙 설계 공간을, 추가의 광학 소자를 위한 설계 공간으로서 이용하는 것이 가능하게 된다.In a preferred requirement of the invention, the beam path is guided twice through one correcting lens. The beam path is therefore guided in an outward directioin and return direction through one correcting lens. As a result, the design of the objective lens can be made very small as well. According to an advantageous progress, the beam path is guided in the return direction through the central opening of one correcting lens, in particular through said one correcting lens. This makes it possible to use the central design space which is not required by the one corrective lens as the design space for additional optical elements.

이러한 배치는, 나머지 보정 렌즈들을 상기 개구의 공간 영역에 적어도 부분적으로 배치하면 더욱 소형화될 수 있다. 이 경우, 이러한 공간 영역은, 복수의 보정 렌즈의 단단한 본체가 채워지는 영역이 개구이지만 제공되지 않을 때, 구성될 수 있다. 그 결과, 단단한 본체는 개구의 영역에 2개의 허수면-지표면(imaginary plane-ground surface), 또는 하나의 보정 렌즈의 내측 표면 및 외측 표면의 곡선을 이루는 기하학적 구성(curved geometry)이 계속 이어지는 허수면을 가질 수 있다.This arrangement can be further miniaturized by placing the remaining corrective lenses at least partially in the spatial area of the aperture. In this case, such a spatial area can be configured when the area in which the rigid bodies of the plurality of correction lenses are filled is an opening but not provided. As a result, the rigid body has two imaginary plane-ground surfaces in the area of the opening, or an imaginary surface which continues with a curved geometry of the inner and outer surfaces of one correction lens. Can have

본 발명의 추가의 이로운 실시예에서는, 하나의 보정 렌즈, 즉 1차 거울과 2차 거울 사이의 빔 경로에 배치되어 있는 렌즈가, 2차 거울을 지지하는 캐리어 렌즈(carrier lens)이다. 렌즈의 이중 기능, 구체적으로 광학 기능 및 기계적 기능으로 인해, 추가의 지지 소자를 배치하는 것이 가능하며, 이에 따라 대물렌즈는 더 소형화될 수 있다. 캐리어 렌즈는 대물렌즈 내의 2차 렌즈가 느슨해지지 않으면서 2차 거울을 지지하는 구조체를 형성할 수 있다. 2차 렌즈를 위한 이러한 목적이 그 외측의 방사 주변에서 2차 거울에 기계적으로 고정되어 연결되는 것이 바람직하다. 보정 렌즈와 2차 거울 사이에는 내부 공간이 제공되는 데, 이 내부 공간에서는 빔 경로가 2차 거울 쪽으로 그리고 2차 거울로부터 멀어지게 횡단한다.In a further advantageous embodiment of the invention, one corrective lens, ie a lens disposed in the beam path between the primary mirror and the secondary mirror, is a carrier lens supporting the secondary mirror. Due to the dual function of the lens, in particular the optical and mechanical functions, it is possible to arrange additional support elements, whereby the objective lens can be further miniaturized. The carrier lens may form a structure that supports the secondary mirror without loosening the secondary lens in the objective lens. It is preferred that this object for the secondary lens is mechanically fixed and connected to the secondary mirror around its outer radiation. An interior space is provided between the correction lens and the secondary mirror, in which the beam path traverses towards and away from the secondary mirror.

하나의 보정 렌즈가 산란 광 튜브(scattered light tube)에 의해 지지(support)되는 것도 제안된다. 산란 광 튜브의 이중 기능, 구체적으로 광학적 스크리닝 기능 및 기계적 홀딩 기능으로 인해, 추가의 지지 소자를 배치하는 것이 가능하며, 대물렌즈는 소형으로 유지될 수 있다. 여기서 지지(support)라 함은 지지 소자, 이 경우 보정 렌즈가 지지 없이 대물렌즈에서 느슨하게 될 수 있다는 것을 의미한다. 산란 광 튜브는 대물렌즈의 공간적 중심 영역을, 외부로부터 산란된 광에 대해 방사상으로 위쪽으로 차단한다. 1차 거울에 단단하게 연결되고 1차 거울의 위에 대해서는 직접적으로 고정될 수 있는 것이 바람직하다.It is also proposed that one correction lens is supported by a scattered light tube. Due to the dual function of the scattering light tube, in particular the optical screening function and the mechanical holding function, it is possible to place additional support elements, and the objective lens can be kept compact. Support here means that the support element, in this case the correction lens, can be loose in the objective without support. The scattering light tube blocks the spatial center region of the objective lens radially upwards with respect to light scattered from the outside. It is preferred that it can be rigidly connected to the primary mirror and fixed directly to the top of the primary mirror.

또한, 산란 광 튜브가 하나의 보정 렌즈를 통해 2차 거울을 지지할 때, 상기 하나의 보정 렌즈를 통해 산란 광 튜브에 의해 간접적으로 상기 2차 거울이 대물렌즈 내의 그 위치에 유지되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, when the scattering light tube supports the secondary mirror through one correction lens, it is desirable to ensure that the secondary mirror is held in that position in the objective lens indirectly by the scattering light tube through the one correction lens. Do.

영상 면이 1차 거울과 2차 거울 사이의 공간 영역 내에 배치될 때 소형화 설계가 마찬가지로 촉진된다. 여기서는 1차 거울과 2차 거울 사이에서 공간적으로 피사체의 영상을 기록하기 위한 검출기를 배치하는 것이 바람직하다.The miniaturization design is likewise promoted when the image plane is placed in the spatial region between the primary mirror and the secondary mirror. Here, it is preferable to arrange a detector for spatially recording the image of the subject between the primary mirror and the secondary mirror.

또한, 대물렌즈의 모든 보정 렌즈가 이 대물렌즈의 공간적 최외각 소자와 상기 1차 거울과 2차 거울 사이의 공간 영역에서의 영상 면 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 공간적 최외각 소자는 이 경우 대물렌즈의 소자인데 빔 경로 내의 피사체에 가장 근접해서 배치된다. 여기서는 모든 보정 렌즈가 1차 거울보다 2차 거울에 더 가깝게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해 빔 경로에서 볼 때 영상 면 너머에 있는 추가의 소자가 1차 거울과 2차 거울 사이의 공간을 얻도록 하고 결굴 대물렌즈 내측에 있게 되는 것이 가능하다.Further, it is preferable that all corrected lenses of the objective lens are disposed between the spatial outermost element of the objective lens and the image plane in the spatial region between the primary mirror and the secondary mirror. The spatial outermost element is in this case the element of the objective lens and is placed closest to the subject in the beam path. It is preferable here that all corrected lenses are arranged closer to the secondary mirror than to the primary mirror. This makes it possible for the additional element beyond the image plane to obtain the space between the primary mirror and the secondary mirror when viewed in the beam path and to be inside the refractive objective lens.

보정 렌즈의 수는 적어도 3개인 것이 바람직하지만, 특히, 많아야 3개인 것이 바람직하다. 보조 렌즈들은 대물렌즈의 유일한 렌즈인 것이 바람직한데, 즉 촬상될 피사체와 영상 면 사이의 유일한 렌즈이다. 복수의 보정 렌즈는 2개의 수렴 렌즈(converging lens) 및 발산 렌즈(diverging lens)로 이루어지는 것이 바람직하다. 복수의 보정 렌즈는 적어도 두 개의 비구면을 포함하는 데, 이 두 개의 비구면 중 적어도 하나는 수렴 렌즈 위에 배치되고 적어도 하나는 발산 렌즈 위에 배치된다.The number of correcting lenses is preferably at least three, but in particular at most three. The auxiliary lenses are preferably the only lenses of the objective lens, i.e. the only lens between the subject to be imaged and the image plane. Preferably, the plurality of correction lenses consists of two converging lenses and a diverging lens. The plurality of correction lenses comprises at least two aspherical surfaces, at least one of which is disposed above the converging lens and at least one above the diverging lens.

보정 렌즈의 수는 서로 다른 광학적 속성을 가지는 두 개의 그룹으로 분할되는 것이 바람직하다. 그러므로 제1 그룹은 하나 이상의 수렴 렌즈를 독점해서 가질 수 있고, 제2 그룹은 하나 이상의 발산 렌즈를 독점으로 가질 수 있다. 제1 그룹의 모든 렌즈는 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 제2 그룹의 모든 렌즈는 서로 다른 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 그룹의 렌즈들이 제2 그룹의 가능한 수 개의 렌즈보다 낮은 색 수차를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 그룹의 색 수차는 제2 그룹의 색 수차의 역(reverse) 또는 네거티브(negative)인 것이 바람직하다. 제1 그룹의 렌즈는 제2 그룹의 가능한 수 개의 렌즈의 색 수차를 보상하는 것이 바람직하다.The number of correction lenses is preferably divided into two groups having different optical properties. Thus, the first group may have exclusively one or more converging lenses, and the second group may have exclusively one or more diverging lenses. All lenses of the first group are preferably formed of the same material, and all lenses of the second group are preferably formed of different materials. It is desirable for the lenses of the first group to have lower chromatic aberration than several possible lenses of the second group. Here, it is preferable that the chromatic aberration of the first group is a reverse or negative of the chromatic aberration of the second group. The lenses of the first group preferably compensate for chromatic aberration of several possible lenses of the second group.

본 발명의 바람직한 추가의 실시예에서, 복수의 보정 렌즈는 적어도 두 개 그룹으로 이루어지되 각각의 그룹이 적어도 하나의 보정 렌즈를 포함하며, 온도 변화가 있는 경우, 한 그룹의 보정 렌즈에서 광학적 변화가 나타나며, 다른 그룹의 보정 렌즈가 상기 광학적 변화를 적어도 부분적으로 보정한다. 광학적 변화는 초점 거리의 변화일 수 있다. 이에 의해 온도가 변할 때조차도 피사체가 항상 영상 면에서 선명하게 촬상되도록 적어도 부분적으로 대물렌즈의 수동적 온도 보상(passive temperature compensation)이 달성될 수 있다.In a further preferred embodiment of the invention, the plurality of correcting lenses consists of at least two groups, each group comprising at least one correcting lens, and if there is a temperature change, the optical change in one group of correcting lenses Appears, another group of correction lenses at least partially corrects for the optical change. The optical change may be a change in focal length. Thereby, passive temperature compensation of the objective lens can be achieved at least partially so that the subject is always vividly picked up in the image plane, even when the temperature changes.

1차 거울의 반사 면의 기판 재료가 2차 거울의 반사 면의 기판 재료보다 열 팽창 계수가 클 때 온도 보상은 촉진된다. 적어도 2배, 특히 5배 큰 열 팽창 계수가 이롭다. 또한, 1차 거울과 2차 거울 사이의 스페이서 재료(spacer material), 예를 들어 산란 광 튜브 및 광학적 캐리어 렌즈와 관련해서, 1차 거울의 반사 면의 기판 재료에 대해서도 동일하게 유지된다.Temperature compensation is promoted when the substrate material on the reflective side of the primary mirror is larger than the substrate material on the reflective side of the secondary mirror. A coefficient of thermal expansion at least twice, in particular five times, is advantageous. The same holds for the substrate material of the reflective side of the primary mirror in relation to the spacer material between the primary mirror and the secondary mirror, for example the scattering light tube and the optical carrier lens.

2차 거울의 기판 재료는 1차 거울과 2차 거울 사이의 빔 경로에 배치되어 있는 하나의 보정 렌즈의 재료와 동일한 것이 바람직하다. 또한, 2차 거울의 기판 재료가 산란 광 튜브의 재료와 동일할 때 이롭다. 또한, 하나의 보정 렌즈의 재료가 산란 광 튜브의 재료와 동일할 때도 이롭다. 대물렌즈의 기계적 안정성은 한 가지 방식 또는 온동 변동이 큰 경우에는 다른 방식으로 확보될 수 있다.The substrate material of the secondary mirror is preferably the same as the material of one correction lens disposed in the beam path between the primary mirror and the secondary mirror. It is also advantageous when the substrate material of the secondary mirror is the same as the material of the scattering light tube. It is also advantageous when the material of one correction lens is the same as the material of the scattering light tube. The mechanical stability of the objective lens can be secured in one way or in other ways when the fluctuations in temperature are large.

또한, 상기 보정 렌즈가 1차 거울의 초점 거리보다 적어도 1/2, 특히 적어도 1/3만큼 작은 초점 거리를 가질 때 이롭다.It is also advantageous when the correcting lens has a focal length of at least 1/2, in particular at least 1/3, smaller than the focal length of the primary mirror.

본 발명의 예시적 실시예를 설명하는 이하의 도면에 대한 상세한 설명은 추가의 이점을 제공한다. 도면 및 상세한 설명은 당업자가 개별적으로 이롭게 고려하고, 감각적인 추가의 조합을 형성할 조합으로 다수의 특징을 포함한다.The following detailed description of the drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention, provides further advantages. The drawings and detailed description include numerous features in combination, which are to be individually appreciated by one of ordinary skill in the art, and will form additional combinations that are sensory.

도면에서 단독의 특징에 미사일(14)의 호밍 헤드(homing head)(12)가 도시되어 있으며, 이 호밍 헤드의 선단부는 투명 돔(16)으로 경계가 이루어진다. 투명성은 검출기(18), 예를 들어 매트릭스 검출기가 감지하는 파장 영역에서의 전자기 방사와 관련되어 있다. 호밍 헤드(12)에는 지렛대 받침(fulcrum)(22)을 중심으로 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 2차원으로 피봇팅될 수 있는 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈의 형태로 대물렌즈가 배치되어 있다. 대물렌즈(10)는 오목 반사 면(1)을 가지는 비구면 1차 거울(24), 볼록 반사 면(4)을 가지는 비구면 2차 거울(26), 및 상기 1차 거울 및 2차 거울의 비점 수차를 보정하기 위한 3개의 보정 렌즈(38, 30, 32)를 포함한다.In the figure the homing head 12 of the missile 14 is shown in its sole feature, the leading end of which is bounded by a transparent dome 16. Transparency is related to electromagnetic radiation in the wavelength region that the detector 18, for example the matrix detector senses. The homing head 12 is arranged with an objective lens in the form of a refraction type casee grain objective which can be pivoted in two dimensions by a mechanism (not shown) around a fulcrum 22. The objective lens 10 includes an aspherical primary mirror 24 having a concave reflective surface 1, an aspherical secondary mirror 26 having a convex reflective surface 4, and astigmatism of the primary and secondary mirrors. Three correction lenses 38, 30, and 32 for correcting.

제1 보정 렌즈(28)는 높은 포지티브 굴절력(refractive power) 및 포지티브 벤딩(bending)을 가지는 수렴 렌즈이다. 2차 보정 렌즈(30)는 발산 렌즈이고, 강력한 네거티브 굴절력을 가지며, 마찬가지로 포지티브 벤딩을 가진다. 3차 보정 렌즈(32)는 제1 보정 렌즈(28)보다 낮은 포지티브 굴절력 및 네거티브 벤딩을 가진다.The first correction lens 28 is a converging lens having a high positive power and a positive bending. The secondary correction lens 30 is a diverging lens, has a strong negative refractive power, and likewise has a positive bending. The tertiary correction lens 32 has lower positive refractive power and negative bending than the first correction lens 28.

멀리 이동해 있고 호밍 헤드(12) 외측에 있는 피사체(24)는 대물렌즈(20)에 의해 촬상되는 데, 즉 대물렌즈(20)의 영상 면(11)에 놓여 있는 검출기(18) 위의 1차 거울 및 2차 거울(24, 26) 및 3개의 보정 렌즈(28, 30, 32)에 의해 촬상된다. 검출기(18)는 3㎛ 내지 5㎛의 중간 적외선 영역에서 민감하며, 냉각기(36)에 의해 냉각되며 신호를 보내기 위한 처리 수단(38)에 연결되어 있다. 처리 수단(38)은 피사체(34)의 영상 처리 및 영상의 평가를 위해 설치된다.The subject 24, moving far away and outside the homing head 12, is imaged by the objective lens 20, that is, the primary on the detector 18 lying on the image plane 11 of the objective lens 20. The image is captured by the mirror and secondary mirrors 24, 26 and three correction lenses 28, 30, 32. The detector 18 is sensitive in the middle infrared region of 3 μm to 5 μm and is connected by processing means 38 for cooling by the cooler 36 and sending a signal. The processing means 38 is provided for the image processing of the subject 34 and the evaluation of the image.

대물 렌즈(20)의 특별한 설계에 의해 두 가지 이점이 달성된다: 먼저, 대물렌즈(20)는 매우 소형이고, 둘째, +/- 3°의 시야각으로 촬상할 수 있는 데, 즉, 6°의 직경이고, 영상 면(11)에서의 비점 수차가 매우 낮다. 또한, 매우 소형의 구성인 동시에 온도 변화에 안정적이기 때문에, -50°내지 +70°의 온도 변동에서도 피사체를 영상 면(11)에 선명하게 촬상한다. 이러한 장점은 특히 3개의 보정 렌즈(28, 30, 32)의 타입 및 배치에 의해 달성되며, 3개의 보정 렌즈 중 제1 보정 렌즈(28)는 1차 거울과 2차 거울(24, 26) 사이의 빔 경로(40)에 배치되는 데, 즉 피사체(34)로부터 입사하는 광 빔의 반사 면(3) 상에서의 반사 후 그리고 반사 면(6) 상에서의 반사 전의 경로 내에 배치된다.Two advantages are achieved by the special design of the objective lens 20: first, the objective lens 20 is very compact, and secondly, it is possible to image with a viewing angle of +/- 3 °, i. It is a diameter and the astigmatism at the image plane 11 is very low. In addition, since the structure is very small and stable to temperature changes, the subject is clearly captured on the image plane 11 even at a temperature variation of -50 ° to + 70 °. This advantage is achieved in particular by the type and arrangement of the three correcting lenses 28, 30, 32, of which the first correcting lens 28 is between the primary and secondary mirrors 24, 26. Is arranged in the beam path 40, i.e. after the reflection on the reflective surface 3 of the light beam incident from the subject 34 and in the path before the reflection on the reflective surface 6.

빔 경로 내의 제1 보정 렌즈(28)는 접시 형으로 설계되어 있으며, 그 주변부의 가장자리는 원형으로 2차 거울(26)에 직접 연결되어 고정되어 있다. 이러한 방식에서, 보정 렌즈(28)는 2차 거울(26)을 지지하는 캐리어 렌즈를 형성한다. 그 중심에서, 보정 렌즈(28)는 개구(42)를 가지는 데, 이 개구(42)를 통해 빔 경로(40)가 2차 거울(26)로부터 검출기(18)로 안내된다. 다른 2차, 3차 보정 렌즈(30, 32)는 개구(42)의 공간 영역에 배치된다.The first correction lens 28 in the beam path is designed in the shape of a dish, and the periphery of the periphery thereof is circularly connected and fixed directly to the secondary mirror 26. In this manner, correction lens 28 forms a carrier lens that supports secondary mirror 26. At its center, the correcting lens 28 has an opening 42 through which the beam path 40 is guided from the secondary mirror 26 to the detector 18. The other secondary and tertiary correction lenses 30 and 32 are arranged in the spatial region of the opening 42.

제1 보정 렌즈(28)는 산란 광 튜브(44) 상의 개구(42)의 영역 내에 직접 고정되어 있고, 이에 의해 산란 광 튜브(44)는 제1 보정 렌즈(28)와 2차 거울(26)을 모두 지지한다. 산란 광 튜브(44)는 제1 보정 렌즈(28)에 대향하는 측면 상에서 1차 거울(24)에 연결되어 있으며, 이에 따라 1차 거울(24)과 2차 거울(26) 사이에서 단단하게 연결된다.The first correction lens 28 is fixed directly in the area of the opening 42 on the scattering light tube 44, whereby the scattering light tube 44 is adapted to the first correction lens 28 and the secondary mirror 26. Support all of them. The scattering light tube 44 is connected to the primary mirror 24 on the side opposite the first correction lens 28, thus making a tight connection between the primary mirror 24 and the secondary mirror 26. do.

렌즈 트리플릿(lens triplet) 중 두 개의 렌즈(28, 32)는 실리콘으로 만들어진 수렴 렌즈이고, 3㎛ 내지 5㎛의 중간 영역에서 매우 작은 색 수차를 가진다. 중간의 보정 렌즈(30)는 게르마늄으로 만들어진 발산 렌즈이다. 실리콘과는 상대적으로, 게르마늄은 크고 반대인 색 수차를 가지며, 이에 따라 두 개의 외측 보정 렌즈(28, 32)의 색 수차는 중간의 보정 렌즈(30)의 색 수차에 의해 보상된다. 3개의 조의 렌즈는 2개의 비구면으로 설계되는 데, 구체적으로 보정 렌즈(28)의 외측 표면(4) 및 보정 렌즈(30)의 외측 표면(5) 상의 비구면으로 설계된다.Two lenses 28 and 32 of the lens triplet are converging lenses made of silicon and have very small chromatic aberration in the middle region of 3 μm to 5 μm. The intermediate correction lens 30 is a diverging lens made of germanium. Relatively to silicon, germanium has large and opposite chromatic aberration, whereby the chromatic aberration of the two outer correcting lenses 28, 32 is compensated by the chromatic aberration of the intermediate correcting lens 30. Three sets of lenses are designed with two aspherical surfaces, specifically aspherical surfaces on the outer surface 4 of the correcting lens 28 and the outer surface 5 of the correcting lens 30.

1차 거울 및 2차 거울(24, 26)의 반사 면(3, 6), 보정 렌즈(28)의 광학 면(4, 5), 보정 렌즈(30)의 광학 면(7, 8), 및 보정 렌즈(32)의 광학 면(9, 10)에 대한 기하학적 데이터가 이하의 표에 주어진다:Reflective surfaces 3, 6 of the primary and secondary mirrors 24, 26, optical surfaces 4, 5 of the correcting lens 28, optical surfaces 7, 8 of the correcting lens 30, and Geometrical data for the optical surfaces 9, 10 of the correction lens 32 are given in the table below:

Figure 112011029267967-pat00001
Figure 112011029267967-pat00001

원뿔형 및 다항 비구면 데이터가 이하의 표에 주어진다:Conical and polynomial aspherical data are given in the following table:

Figure 112011029267967-pat00002
Figure 112011029267967-pat00002

비구면 데이터는 비구면에 대한 이하의 공식에 따라 규정된다.Aspheric data is defined according to the following formula for aspherical surface.

Figure 112011029267967-pat00003
Figure 112011029267967-pat00003

r은 방사 좌표(radial coordiante)를 나타내며, cv는 곡률을 나타내고, cc는 원추 곡면 계수(conic constant)를 나타낸다. ad, ae, af, ag는 비구면 계수이다.
r represents the radial coordiante, cv represents the curvature, cc represents the conic constant (conic constant). ad, ae, af, ag are aspherical coefficients.

보정 렌즈(28, 30, 32)의 재료 선택으로 인해, 렌즈 트리플릿으로서의 광학적 특성은 어느 정도 수동적으로 온도 보상되는 데, 왜냐하면 수렴 렌즈로서의 실리콘이 낮은 온도 의존성을 가지고, 게르마늄이 굴절률에 대한 높은 온도 의존성을 가지지만, 발산 렌즈에 대해 반대 방향이거나 또는 실리콘에 대한 음의 부호를 가기지 때문이다. 그렇지만, 창조적인 대물렌즈 설계의 경우, 거울 및 스페이서 재료에 대한 선택을 통해 -50°내지 +70°의 큰 구간에서 적어도 크게 그리고 완전한 수동적 온도 보상을 새로운 방식으로 달성하는 것이 가능하다. 1차 거울(24), 또는 적어도 1차 거울(24)의 반사 면의 지지부가, 알루미늄과 같이, 합당하게 20 x 10-6 K-1(실내 온도) 이상인 제1 열 팽창을 가지는 재료로 구성될 때 이러한 목적은 바람직하다. 2차 거울(26), 또는 적어도 2차 거울(26)의 반사 면의 지지부, 및 도시된 예시적 실시예에서, 산란 광 튜브(44) 및 캐리어 렌즈(28)로 이루어지는 1차 거울(24)과 관련된 스페이서 재료, 마찬가지로 생각해 낼 수 있는 바람직한 그외의 배치는, 대조적으로, 낮은 열 팽창을 가지는 재료로 이루어지는 데, 예를 들어 티타늄과 같이, 바람직하게 10 x 10-6 K-1 이하인, 더 바람직하게는, 실리콘과 같이, 2.5 x 10-6 K-1 이하인 낮은 열 팽창을 가지는 재료로 이루어진다.
Due to the material selection of the correcting lenses 28, 30, 32, the optical properties as lens triplets are somewhat passively temperature compensated, since silicon as a converging lens has a low temperature dependency, and germanium has a high temperature dependency on the refractive index. This is because it has the opposite direction to the diverging lens or negative sign for the silicon. However, for creative objective design, it is possible to achieve at least large and full passive temperature compensation in a new way at large intervals of -50 ° to + 70 ° through selection of mirror and spacer materials. The primary mirror 24, or at least the support of the reflective surface of the primary mirror 24, is made of a material having a first thermal expansion, such as aluminum, that is reasonably greater than 20 × 10 −6 K −1 (room temperature). This purpose is desirable. Secondary mirror 26, or at least the support of the reflective surface of secondary mirror 26, and in the illustrated exemplary embodiment, primary mirror 24 consisting of scattering light tube 44 and carrier lens 28. The spacer material associated with it, likewise conceivable, is preferably made of a material having low thermal expansion, more preferably less than 10 × 10 −6 K −1 , such as titanium, for example. Preferably, it is made of a material having a low thermal expansion of not more than 2.5 x 10 -6 K -1 , such as silicon.

1 표면
2 표면
3 반사 면
4 표면
5 표면
6 반사 면
7 표면
8 표면
9 표면
10 표면
11 영상 면
12 호밍 헤드
14 미사일
16 돔
18 검출기
20 대물렌즈
22 지렛대 받침
24 1차 거울
26 2차 거울
28 보정 렌즈
30 보정 렌즈
32 보정 렌즈
34 피사체
36 냉각기
38 처리 수단
40 빔 경로
42 개구
44 산란 광1 surface
2 surface
3 reflective faces
4 surface
5 surface
6 reflective surfaces
7 surface
8 Surface
9 surfaces
10 surface
11 video face
12 homing head
14 missiles
16 dome
18 detector
20 objective
22 lever base
24 primary mirror
26 secondary mirror
28 correction lens
30 correction lens
32 correction lens
34 Subject
36 chiller
38 Processing Means
40 beam path
42 opening
44 scattering light

Claims (11)

영상 면(image plane)(11)에 피사체(34)를 촬상하기 위한 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈(CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE)(20)에 있어서,
오목형의 1차 거울(24), 볼록형의 2차 거울(26) 및 상기 1차 거울 및 상기 2차 거울의 수차를 보정하기 위한 복수의 보정 렌즈(28, 30, 32)를 포함하며,
상기 복수의 보정 렌즈 중 적어도 하나(28)는, 빔 경로(40) 중, 상기 1차 거울(24)에서의 반사 후 그리고 상기 2차 거울(26)에서의 반사 전의 경로 내에 배치되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.In the refraction type catsegrain objective lens (CATADIOPTRIC CASSEGRAIN OBJECTIVE) 20 for imaging the subject 34 on an image plane 11,
A concave primary mirror 24, a convex secondary mirror 26 and a plurality of correction lenses 28, 30, 32 for correcting aberrations of the primary mirror and the secondary mirror,
At least one 28 of the plurality of correction lenses is disposed in the beam path 40 in the path after reflection at the primary mirror 24 and before reflection at the secondary mirror 26. Expression casee grain objective. 제1항에 있어서,
상기 빔 경로(40)는 상기 하나의 보정 렌즈(28)의 중심 개구(central opening)(42)를 통해 안내되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.The method of claim 1,
The beam path (40) is guided through a central opening (42) of the one correcting lens (28). 제2항에 있어서,
상기 복수의 보정 렌즈 중 나머지 렌즈들(30, 32)은 상기 중심 개구(42)의 공간 영역에 배치되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.3. The method of claim 2,
The remaining lenses (30, 32) of the plurality of correction lenses are disposed in the spatial region of the center opening (42). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나의 보정 렌즈(28)는 상기 2차 거울(26)을 지지하는 캐리어 렌즈(carrier lens)인, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said one correcting lens (28) is a carrier lens supporting said secondary mirror (26). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나의 보정 렌즈(28)는 산란 광 튜브(scattered light tube)(44)에 의해 지지되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said one correcting lens (28) is supported by a scattered light tube (44). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영상 면(11)은 상기 1차 거울(24)과 상기 2차 거울(26) 사이의 공간 영역에 배치되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The image plane (11) is disposed in the spatial region between the primary mirror (24) and the secondary mirror (26). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 보정 렌즈(28, 30, 32)는 상기 1차 거울(24)과 상기 2차 거울(26) 사이의 공간 영역에서 상기 영상 면(11)과 상기 피사체(34)와 사이에 배치되는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of correction lenses 28, 30, and 32 are disposed between the image plane 11 and the subject 34 in a space region between the primary mirror 24 and the secondary mirror 26. , Refraction type casee grain objectives. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 보정 렌즈(28, 30, 32)는 적어도 두 개의 그룹으로 이루어지되, 각각의 그룹이 적어도 하나의 보정 렌즈(28, 30, 32)를 포함하며,
온도 변화가 있는 경우, 한 그룹의 보정 렌즈(30)에서 광학적 변화가 나타나며,
다른 그룹의 보정 렌즈(28, 32)가 상기 광학적 변화를 적어도 부분적으로 보정하는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of correction lenses 28, 30, 32 are composed of at least two groups, each group including at least one correction lens 28, 30, 32,
If there is a temperature change, an optical change appears in a group of correction lenses 30,
A refractive index casee grain objective according to another group of correction lenses (28, 32) that at least partially corrects the optical change. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 거울(24)의 반사 면(3)의 기판 재료는 상기 2차 거울(26)의 반사 면(6)의 기판 재료보다 큰 열 팽창 계수를 가지는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A refracted casein grain objective lens having a coefficient of thermal expansion greater than that of the reflective surface (6) of the secondary mirror (26). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 거울(26)의 반사 면(6)의 기판 재료는 상기 하나의 보정 렌즈(28)의 렌즈 재료와 같은, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A refracted casein grain objective lens as the substrate material of the reflective surface (6) of the secondary mirror (26) is the same as the lens material of the one corrected lens (28). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나의 보정 렌즈(28)는 상기 1차 거울(24)의 초점 거리보다 적어도 1/2만큼 작은 초점 거리를 가지는, 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein said one correcting lens (28) has a focal length that is at least 1/2 less than the focal length of said primary mirror (24).
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