DE19823847A1

DE19823847A1 - Optisches Abbildungssystem

Info

Publication number: DE19823847A1
Application number: DE19823847A
Authority: DE
Inventors: Philip Rogers
Original assignee: Pilkington PE Ltd
Current assignee: Qioptiq Ltd
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-12-03
Also published as: FR2765695B1; FR2764080B1; FR2764080A1; FR2765695A1; GB9711366D0; US6118583A

Description

Diese Erfindung betrifft optische Systeme und insbesondere optische Abbildungssysteme, die im Infrarot-Wellenband arbeiten können.

Bei einer Reihe von Anwendungen ist es wünschenswert, ein optisches Abbildungssystem zu haben, das im Infrarot- Wellenband arbeiten kann und das verglichen mit der Brennweite von kurzer Körper- oder Baulänge ist, wobei die Körperlänge zum Beispiel in der Größenordnung von 20% oder 30% der Brennweite beträgt. Jedoch ist bei Infrarot-Wellenband- Systemen die thermische Streustrahlung ein Problem, und es ist daher zweckmäßig, das Abbildungssystem als zweistufige Optik mit einem Zwischenbild auszubilden, an dem eine Feldblende angeordnet ist, um dadurch die Auswirkungen von Streustrahlung zu vermeiden oder zu mildern. Unglücklicherweise vergrößern zweistufige Optiken, umfassend ein Objektiv und ein Relais, die Schwierigkeit, ein kompaktes System zu erhalten, das gute optische Eigenschaften aufweist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Formen von zweistufigen optischen Abbildungssystemen bereitzustellen, die im Infrarot-Wellenband arbeiten können und die kompakt sind.

Die vorliegende Erfindung stellt ein zweistufiges optisches Abbildungssystem bereit, das im Infrarot arbeiten kann und das kompakt ist, wobei das System ein Objektiv allgemein in Form eines Cassegrain-Systems umfaßt, mit einem Primär- und einem Sekundärspiegel zusammen mit einem Relais, das reflektierend, lichtbrechend oder lichtbrechend und lichtbeugend sein kann, wobei das Relais koaxial zwischen dem Primär- und dem Sekundärspiegel angeordnet ist.

Bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das optische Abbildungssystem ein Objektiv und ein Relais, die auf einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind, wobei das Objektiv so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv von einem großen konkaven Primärspiegel, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain-Objektivs angeordnet sind, und das Relais von einem Paar gegenüberliegender Spiegel gebildet wird, die jeweils auf der Achse eine Öffnung aufweisen, um es zu ermöglichen, daß die Abgabe zum Relais die Brennebene erreicht.

Innerhalb dessen, was hier unter dem Begriff "Cassegrain" verstanden wird, kann der Sekundärspiegel des Objektiv allgemein eben oder planar sein, oder er kann konvex sein. Außerdem können Spiegel, von denen es heißt, daß sie "eine Öffnung aufweisen", entweder von einem Substrat mit einem Loch oder einer Öffnung gebildet werden, oder von einem Substrat, das anstelle der "Öffnung" für Strahlung im relevanten Wellenband durchlässig ist.

Die Relaisspiegel sind vorzugsweise konkav, jedoch kann der zum Sekundärspiegel des Objektivs proximale Relaisspiegel allgemein planar sein, um sicherzustellen, daß die Brenn- oder Fokalebene ausreichend weit vom Relais entfernt ist, so daß ein gekühltes Detektorsystem eingebaut werden kann.

Bei einer Abwandlung wird das System durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, jedoch von kleinerem Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel ist, zu einem Doppelfeld-System gemacht, wobei der alternative Primärspiegel zwischen einer Außer-Gebrauchs-Position, die allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel des Objektivs ausgerichtet ist, und einer In-Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel und dem konkaven Sekundärspiegel beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel, um ein Weitwinkel- Objektiv zu bilden, und (ii) Blockieren von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel her gelenkt wird.

Aufgrund der Tatsache, daß die optischen Komponenten Spiegel sind, können sie aus einem Material, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt werden, welches dasselbe ist, wie dasjenige, welches das Gehäuse und eine Tragstruktur des Systems bildet oder denselben Wärmedehnungskoeffizienten wie dieses aufweist, so daß das System inhärent athermisch gemacht wird. Außerdem können derartige Spiegel auf einer Multi-Wellenband-Basis arbeiten, so daß das System inhärent ein Multi-Wellenband-System ist.

Wegen der Tatsache, daß der alternative Primärspiegel ein bewegliches Bauteil ist, kann es wünschenswert sein, ihn aus einem leichten Material, wie beispielsweise Kunststoff, herzustellen (mit einer reflektierenden Beschichtung), um seine Bewegung zu erleichtern.

Zu dem Zweck, das Abbildungssystem vor abrasiven einfallenden Partikeln zu schützen, kann das Abbildungssystem hinter einem Fenster eingesetzt werden. Das Fenster kann eben sein, jedoch in dem Fall, daß das Fenster gekrümmt ist, übt es dadurch eine unerwünschte optische Brechkraft auf die einfallende Strahlung aus, deren Auswirkungen kompensiert werden können, indem man einen beliebigen der Spiegel des Abbildungssystems in einen Mangin-Spiegel umrüstet. Der Mangin-Spiegel ist vorzugsweise einer der Spiegel des Relais. Im Fall eines gekrümmten und daher eine Brechkraft besitzenden Fensters, und dort, wo ein alternativer Primärspiegel vorgesehen ist, um das System zu einem Doppelfeld-System zu machen, kann der alternative Primärspiegel ein Mangin-Bauteil sein, um im Weitwinkelmodus einen vollständigen chromatischen und thermischen Ausgleich für das Fenster mit Brechkraft zu erzielen, obwohl dies in vielen Fällen nicht notwendig sein wird.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das optische Abbildungssystem ein Objektiv und ein Relais, die auf eine gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind, wobei das Objektiv so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv von einem großen konkaven Primärspiegel, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain-Objektivs angeordnet sind, das Relais von einer lichtbrechenden Linse gebildet wird, und das System durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, jedoch von kleinerem Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel ist, zu einem Doppelfeld-System gemacht wird, wobei der alternative Primärspiegel zwischen einer Außer- Gebrauchs-Position, die allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel des Objektivs ausgerichtet ist, und einer In- Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel und dem Sekundärspiegel beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel, um ein Weitwinkel-Objektiv zu bilden und (ii) Blockieren von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel her gelenkt wird.

Der Sekundärspiegel des Objektivs kann allgemein eben sein, oder er kann konvex sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das optische Abbildungssystem ein Objektiv und ein Relais, die auf einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind, wobei das Objektiv so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv von einem großen konkaven Primärspiegel, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain-Objektivs angeordnet sind, und das Relais von einer Mehrzahl von lichtbrechenden Linsenelementen gebildet wird, von denen mindestens ein Linsenelement eine positive Brechkraft aufweist und einen verhältnismäßig niedrigen γ-Wert aufweist (wobei γ die thermische "Glas"- Konstante ist), und mindestens eines der Linsenelemente eine lichtbeugende Oberfläche einschließt, wobei die Anordnung derart ist, daß das Relais im Wesentlichen vollständig achromatisch gemacht ist und in Bezug zum Gehäusematerial, welches das Gehäuse des Abbildungssystems bildet, athermisch gemacht ist.

Zweckmäßigerweise weist mindestens ein anderes Linsenelement eine negative Brechkraft auf und besitzt einen verhältnismäßig hohen γ-Wert.

Die lichtbeugende Oberfläche kann auf einer beliebigen der beiden Oberflächen von einem beliebigen der Linsenelemente getragen werden, wird jedoch vorzugsweise nicht auf derjenigen Oberfläche des Linsenelements getragen, die dem Zwischenbild am nächsten ist. Der hauptsächliche Zweck der lichtbeugenden Oberfläche besteht darin, eine chromatische Aberration zu beseitigen, jedoch ermöglicht sie auch die Verwendung von Materialien mit niedrigem γ-Wert. Das analytische Verfahren zum Ableiten der Beugungskraft der lichtbeugenden Oberfläche folgt demjenigen, das in Kapitel 39 des von der Optical Society of America herausgegebenen "Handbook of Optics" (Second Edition) beschrieben worden ist.

Es versteht sich, daß die thermische "Glas"-Konstante γ die wärmebedingte Brechkraftveränderung des optischen Materials darstellt, aus dem das Linsenelement gebildet ist, normiert auf Krafteinheit und Temperaturänderungseinheit (wie in Kapitel 39 des von McGraw-Hill herausgegebenen "Optical Society of America Handbook of Optics" erläutert ist).

Vorzugsweise sind auch die Linsenelemente mit dem niedrigen γ-Wert und dem hohen γ-Wert im Wesentlichen so gestaltet, daß sie eine wärmebedingte Defokussierung beseitigen, um dadurch für eine vollständige athermische Wirkung zu sorgen.

Vorzugsweise sind die Linsenelemente mit niedrigem γ-Wert aus Zinksulfid oder AMTIR-1 hergestellt, während die Linsenelemente mit hohem γ-Wert aus Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Germanium und Galliumarsenid, hergestellt sind. Hohe y-Werte sind typischerweise größer als 0,50×10^-4 Einheiten, während niedrige γ-Werte typischerweise kleiner als diese Zahl sind.

Vorzugsweise enthalten die aus Halbleitermaterialien hergestellten Linsenelemente die lichtbeugende Oberfläche.

Dank der weiteren Ausführungsform kann eine chromatische Aberration in einem weitestgehend vollständig athermisch gemachten System beseitigt oder wesentlich gemildert werden, während im Relais eine lichtbrechende Optik bewahrt wird, wodurch eine Verdunkelung vermieden wird.

Bei einer Abwandlung wird das System durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels, der auf der Achse eine Öffnung aufweist, der jedoch einen kleineren Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel besitzt, zu einem Doppelfeld-System gemacht, wobei der alternative Primärspiegel zwischen einer allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel des Objektivs ausgerichteten Außer-Gebrauchs-Position und einer In-Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel und dem Sekundärspiegel beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel, um ein Weitwinkel-Objektiv zu bilden und (ii) Blockierung von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel her gelenkt wird.

Zum Zweck eines Schutzes des Abbildungssystems vor abrasiven einfallenden Partikeln kann jede der Ausführungsformen hinter einem Fenster eingesetzt werden. Das Fenster kann eben sein, jedoch in dem Fall, daß das Fenster gekrümmt ist, übt es dadurch eine unerwünschte optische Brechkraft auf die einfallende Strahlung aus, deren Auswirkungen kompensiert werden können; zum Beispiel kann einer der Spiegel des Abbildungssystems zu einem Mangin-Spiegel umgerüstet werden, wenn das Relais reflektierend ist. Der Mangin-Spiegel ist vorzugsweise der kleine Sekundärspiegel des Objektivs, kann jedoch alternativ der Primärspiegel sein, wo dies so vorgesehen ist. Wenn das Relais lichtbrechend ist, wird die Kompensation leicht innerhalb des Relais erreicht.

Auch kann bei jeder der Ausführungsformen das Abbildungssystem mit einem Detektorsystem oder mit alternativen Detektorsystemen betrieben werden, die im sichtbaren Wellenband und/oder in einem beliebigen der Infrarot- Wellenbänder und/oder im durchlässigen Millimeter-Wellenband empfindlich sind. Das Detektorsystem kann von einer einzigen Gruppe von Detektorelementen gebildet werden, die doppel- oder multi-wellenband-empfindlich sind oder von mehreren Gruppen von Detektorelementen, die jeweils einzeln einfach-wellenband empfindlich sind (in welchem Fall ein wellenband-empfindlicher Klapp- oder Umlenkspiegel erforderlich sein kann). So arbeitet das System zusätzlich im Millimeter-Teil des Spektrums (speziell in dem engen atmosphärischen Durchlässigkeitsband um eine Wellenlänge von 3 mm herum), und falls erforderlich gleichzeitig mit den Wellenbändern von sichtbarem Licht, 3-5 µm-Infrarot und 8-12 µm-Infrarot. Dies wird in genau derselben Weise wie bei den anderen Bändern erreicht, wenn das im Mangin-Spiegel (und dem äußeren Fenster/der äußeren Kuppel mit Brechkraft) verwendete optische Material im Millimeter- Wellenband durchläßt - was bei mulispektralem Zinksulfid der Fall ist. Bekannte Antireflexionsbeschichtungen können auf lichtbrechenden Oberflächen verwendet werden, jedoch kann zusätzlich zu diesen eine Antireflexionswirkung bei der Millimeter-Wellenlänge vorgesehen werden, indem man eine Dicke für den Mangin-Spiegel (und das Fenster/die Kuppel) derart wählt, daß die Länge des optischen Pfades durch diese Dicke ein kleines ungerades ganzzahliges Vielfaches der Millimeter- Wellenlänge ist. Eine derartige Dicke führt zu Reflexionen an der vorderen und hinteren Oberfläche, die miteinander in Antiphase sind und einander somit destruktiv überlagern, wodurch eine Antireflexionswirkung erzeugt wird.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in deren jeder im Interesse der Klarheit nur eine begrenzte Anzahl von optischen Strahlen dargestellt ist und in denen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform veranschaulicht, die ein Fenster mit Brechkraft enthält und vom Doppel-Gesichtsfeld-Typ ist, dargestellt in ihrer Schmalwinkel-Einstellung;

Fig. 2 das System aus Fig. 1 in seiner Weitwinkel-Einstellung veranschaulicht;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform veranschaulicht, die ein Fenster ohne Brechkraft enthält und vom Doppel-Gesichtsfeld- Typ ist, dargestellt in ihrer Schmalwinkel-Einstellung;

Fig. 4 das System aus Fig. 3 in seiner Weitwinkel-Einstellung veranschaulicht;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform veranschaulicht, die ein Fenster ohne Brechkraft und ein Doppel-Gesichtsfeld-System einschließt, dargestellt in ihrer Schmalwinkel-Einstellung;

Fig. 6 das System aus Fig. 5 in seiner Weitwinkel-Einstellung veranschaulicht;

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform veranschaulicht, die ein Fenster ohne Brechkraft enthält und ein Einfach-Gesichtsfeld aufweist; und

Fig. 8 eine fünfte Ausführungsform mit einem Fenster ohne Brechkraft und einem Einfach-Gesichtsfeld ist.

Das in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte optische Abbildungssystem 50 umfaßt ein von getrennten Spiegeln A, B, die allgemein in Form eines Cassegrain-Objektivs angeordnet sind, gebildetes Objektiv, das ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende D angeordnet ist, sowie ein Relais C, das an einer Brennebene E ein endgültiges Bild erzeugt. Das System 50 ist um seine optische Achse 51 symmetrisch, und im Interesse der Klarheit sind nur diejenigen Strahlen veranschaulicht, die auf das Objektiv einfallen und zu Beginn unterhalb der Achse 51 (in Fig. 1) liegen. Es versteht sich jedoch, daß eine gleichartige, nicht dargestellte Gruppe von Strahlen vorhanden ist, die oberhalb der Achse 51 liegen.

Der Spiegel A ist ein konkaver Primärspiegel mit großem Durchmesser, der auf der Achse eine Öffnung aufweist und eine reflektierende Oberfläche besitzt, um einfallende Strahlen in Richtung des Spiegels B zurückzulenken, der ein kleiner Sekundärspiegel mit einer reflektierenden Oberfläche 4 ist. Strahlen, die von der Oberfläche 4 reflektiert werden, treten durch eine auf der Achse liegende Öffnung eines Spiegelelements F hindurch und werden von der reflektierenden Oberfläche 7 eines Spiegelelements G reflektiert. Die Spiegelelemente F und G bilden zusammen des Relais C und haben gegenüberliegende (d. h. einander zugewandte) reflektierende Oberflächen 7, 9. In Fig. 1 ist das Spiegelelement F tatsächlich ein Mangin-Spiegel, der unten erläutert wird. Die Strahlen, die von der Oberfläche 7 des Spiegelelements G reflektiert werden, werden von der reflektierenden Oberfläche 9 reflektiert und werden durch eine auf der Achse liegende Öffnung im Spiegelelement G durch eine Aperturblende 11 zurückgelenkt, um an der Brennebene E das endgültige Bild 12 zu erzeugen.

Der Spiegel B kann allgemein eben sein, oder er kann konvex sein (wie in Fig. 1 dargestellt). Die reflektierende Oberfläche 7 ist vorzugsweise konkav, jedoch kann die Oberfläche 9 von geringer Krümmung sein, entweder konvex oder konkav, d. h. allgemein eben, um zu bewirken, daß die Brennebene E ausreichend weit vom Spiegelelement G entfernt ist, um es zu ermöglichen, ein gekühltes Detektorsystem um das endgültige Bild 12 herum einzubauen. Ein derartiges System wird gewöhnlich auch Vorkehrungen für eine Aperturblende einschließen.

Das Relais C ist koaxial zwischen dem Primärspiegel A und dem Sekundärspiegel B des Objektivs angeordnet, so daß das System äußerst kompakt gemacht wird.

In Fig. 1 wird das System 50 hinter einem Fenster mit Brechkraft verwendet, das lichtbrechende Oberflächen 1, 2 aufweist, die eine unerwünschte optische Brechkraft auf die einfallende Strahlung ausüben. Die Auswirkungen dieser unerwünschten optischen Brechkraft werden dadurch kompensiert, daß man das Spiegelelement F zu einem Mangin-Spiegel macht. So wird die reflektierende Oberfläche 9 von einem Substrat mit optischer Brechkraft getragen, das zwei physikalische Oberflächen aufweist, die von der Strahlung viermal durchquert werden und als wirksame Oberflächen 5, 6, 8 und 10 bezeichnet sind.

Das System 50 wird durch die Bereitstellung eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels A¹ zu einem Doppelfeld-System gemacht. In Fig. 1 befindet sich der Spiegel A¹ des Systems 50 in einer Außer-Gebrauchs-Position (die allgemein mit dem Spiegel B ausgerichtet ist und mit diesem fluchtet), so daß ein schmales Gesichtsfeld erreicht wird. In Fig. 2 ist der Spiegel A¹ jedoch vom Spiegel B weg in Richtung des Relais C in eine solche Position bewegt worden, daß seine reflektierende Oberfläche 3 ¹ die Aufgabe hat, mit dem Spiegel B zusammenzuwirken, während die Rückseite des Spiegels A¹ Strahlung blockiert, die den Spiegel B vom hauptsächlichen Objektivspiegel A her erreicht. Diese Anordnung liefert eine Weitwinkel-Einstellung für das System 50.

Ein spezieller funktioneller Entwurf für das System 50 ist in Tabelle I aufgeführt, welche die Oberflächen 1 bis 12 aus Fig. 1, den Krümmungsradius jeder Oberfläche, den jeweiligen Achsenabstand aufeinanderfolgender Oberflächen und die Art des zur Bildung der Oberfläche verwendeten Materials tabellarisch dargestellt. So wird beispielsweise die Oberfläche 2 von Zinksulfid gebildet, ist eben und ist 1,3431 Einheiten von der Oberfläche 1 entfernt in Richtung des endgültigen Bildes 12 angeordnet, während die Oberfläche 4 konvex, leicht asphärisch und 17,2597 Einheiten von der Oberfläche 3 angeordnet ist, jedoch in der Richtung weg vom endgültigen Bild 12. Die asphärischen Oberflächen sind entsprechend der in Tabelle I angegebenen Standardgleichung und mit den Koeffizienten E, a⁴ und a⁶ ausgeführt, welche die für eine bestimmte Oberflächen- Nummer speziell angegebenen Werte aufweisen. Beispielsweise besitzt der Koeffizient a⁶ für die Oberfläche 3(NA) einen Wert von 7,5018E-10, auf dem Fachgebiet die übliche Schreibweise für den numerischen Wert von 7,5108×10^-10. Tabelle I liefert auch Daten für die Einstellung aus Fig. 2, wo die Oberfläche 31 anstelle der Oberfläche 3 verwendet wird.

Das System 60, das in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist, ist dem System 50 aus den Fig. 1 und 2 allgemein ähnlich, jedoch wird anders als bei dem System 50 mit dem Spiegel enthaltenden Relais C beim System 60 das Relais C von im Abstand angeordneten Linsenelementen H, J gebildet, welche die Verdunkelung verringern. Zusätzlich ist das Fenster eben und ohne Brechkraft. Ein spezieller funktioneller Entwurf für das System 60 ist in Tabelle II aufgeführt. Das Format von Tabelle II ist dasselbe wie in Tabelle I, und die aufeinanderfolgenden wirksamen Oberflächen der Elemente sind in den Fig. 3 und 4 numerisch gekennzeichnet. Man bemerkt, daß die Nummern der Oberflächen des Systems 60 nicht dieselben sind, wie beim System 50.

Das System 70, das in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist, ist dem System aus den Fig. 3 und 4 allgemein ähnlich und verwendet eine lichtbrechende Relaislinse C, jedoch ist das Relais in diesem Fall aus vier Linsenelementen K, L, M und N zusammengesetzt, von denen eines eine lichtbeugende Oberfläche umfaßt. Die Linsenelemente K und M sind aus Germanium hergestellt, das einen verhältnismäßig hohen γ-Wert aufweist, während die Linsenelemente L und N aus Zinksulfid hergestellt sind, das einen verhältnismäßig niedrigen γ-Wert aufweist. Die Elemente K, L, M und N können so gestaltet sein, daß sie eine wärmebedingte Defokussierung beseitigen, so daß sie in Bezug zum Gehäusematerial (nicht dargestellt), welches das Gehäuse des Abbildungssystems bildet und in diesem Fall Aluminium ist, für eine vollständige athermische Wirkung sorgen. Die lichtbeugende Oberfläche ist die Oberfläche 9, die auf dem Linsenelement M ausgebildet ist, das aus Germanium hergestellt ist und daher leicht maschinell so bearbeitet werden kann, daß es das erforderliche Lichtbeugungsmuster aufweist. Das Lichtbeugungsmuster ist zum Zweck einer Beseitigung einer chromatischen Aberration angeordnet. Ein spezieller funktioneller Entwurf für das System 70 ist in Tabelle III aufgeführt, deren Format demjenigen der Tabellen I und II ähnlich ist, und die aufeinanderfolgenden wirksamen Oberflächen der Elemente sind in den Fig. 5 und 6 numerisch gekennzeichnet. Man bemerkt, daß die Nummern der Oberflächen des Systems 70 nicht dieselben sind, wie diejenigen der Systeme 50 oder 60.

Das System 80, das in Fig. 7 veranschaulicht ist, ist ein Einfach-Gesichtsfeld-System, bei dem der bewegliche Spiegel A¹ weggelassen ist und bei dem der Sekundärspiegel B eine ebene Oberfläche aufweist. Das Relais C ist jedoch ähnlich wie beim System 70 eine lichtbrechende Linse, die eine lichtbeugende Oberfläche umfaßt. Das Relais C wird von Elementen P, Q, R und S gebildet, von denen P und R aus Germanium sind, während Q und S aus Zinksulfid sind. R weist eine negative Brechkraft auf und umfaßt die lichtbeugende Oberfläche. P, Q und S weisen eine positive Brechkraft auf. Ein (bezüglich Aluminium) nahezu vollständig achromatisch und athermisch gemachter Entwurf ist in Tabelle IV aufgeführt.

Das System 90, das in Fig. 8 veranschaulicht ist, ist dem System 80 allgemein ähnlich, schließt jedoch einen leicht konvexen Sekundärspiegel B ein und verwendet andere Materialien in der lichtbrechenden Linse C, um die Verwendung von Germanium zu Vermeiden, wodurch es ermöglicht wird, daß das System sowohl im sichtbaren Wellenband und im Infrarot- Wellenband arbeitet, und um die lichtbeugende Oberfläche auf einem Material mit niedrigem γ-Wert, Zinksulfid, vorzusehen, das ein maschinell leicht zu bearbeitendes Material ist. Ein (bezüglich Aluminium) vollständig achromatisch und athermisch gemachter Entwurf ist in Tabelle V aufgeführt. In diesem Fall wird das Relais C von sechs Linsenelementen T, U, V, W, X und y gebildet, von denen V und W negative Brechkraft besitzen. Im Interesse der Klarheit sind die Oberflächen 10, 11, 12 und 13 in Fig. 8 nicht beschriftet. Das Element V weist die Oberflächen 9 und 20 auf, das Element W weist die Oberflächen 11 und 12 auf, und das Element X weist die Oberflächen 13 und 14 auf. Die Oberfläche 14 ist die lichtbeugende Oberfläche, die bei dieser speziellen Ausführungsform im sichtbaren Wellenband und im mittleren Infrarot-Wellenband in verschiedenen Lichtbeugungs-Ordnungen arbeitet (eine sogenannte "Multi-Ordnungs-Lichtbeugungs-Oberfläche").

Tabelle I

Tabelle II

Tabelle III

Tabelle IV

Tabelle V

Claims

1. Optisches Abbildungssystem (50), umfassend ein Objektiv (A,B) und ein Relais (C), die auf einer gemeinsamen optischen Achse (51) ausgerichtet sind, wobei das Objektiv (A, B) so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende (D) angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv (A, B) von einem großen konkaven Primärspiegel (A), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel (B) gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain- Objektivs angeordnet sind, und das Relais (C) von einem Paar einander gegenüberliegender Spiegel (F, G) gebildet wird, die jeweils auf der Achse eine Öffnung aufweisen, um es zu ermöglichen, daß die Abgabe zum Relais (C) die Brennebene (E) erreicht.

2. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System (50) durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels (A¹), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, der jedoch von kleinerem Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel (A) ist, zu einem Doppelfeld-System gemacht wird, wobei der alternative Primärspiegel (A¹) zwischen einer Außer-Gebrauchs-Position, die allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel (B) des Objektivs (A,B) ausgerichtet ist, und einer In-Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel (A) und dem konkaven Sekundärspiegel (B) beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel (B), um ein Weitwinkel- Objektiv zu bilden, und (ii) Blockieren von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel (A) her gelenkt wird.

3. Optisches Abbildungssystem (60), umfassend ein Objektiv (A,B) und ein Relais (C), die auf einer gemeinsamen optischen Achse (51) ausgerichtet sind, wobei das Objektiv (A, B) so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende (D) angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv (A, B) von einem großen konkaven Primärspiegel (A), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel (B) gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain- Objektivs (A, B) angeordnet sind, das Relais (C) von einer lichtbrechenden Linse (H, J) gebildet wird, und das System (60) durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels (A¹), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, jedoch von kleinerem Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel (A) ist, zu einem Doppelfeld-System gemacht wird, wobei der alternative Primärspiegel (A¹) zwischen einer Außer-Gebrauchs-Position, die allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel (B) des Objektivs (A, B) ausgerichtet ist, und einer In-Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel (A) und dem Sekundärspiegel (B) beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel (B), um ein Weitwinkel-Objektiv zu bilden, und (ii) Blockieren von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel (A) her gelenkt wird.

4. Optisches Abbildungssystem (70; 80; 90), umfassend ein Objektiv (A, B) und ein Relais (C), die auf einer gemeinsamen optischen Achse (51) ausgerichtet sind, wobei das Objektiv (A, B) so angeordnet ist, daß es ein Zwischenbild erzeugt, an dem eine Feldblende (D) angeordnet ist, und bei welchem das Objektiv (A, B) von einem großen konkaven Primärspiegel (A), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, und einem kleinen Sekundärspiegel (B) gebildet wird, die allgemein in Form eines Cassegrain-Objektivs angeordnet sind, und das Relais (C) von einer Mehrzahl von lichtbrechenden Linsenelementen (K, L, M, N; P, Q, R, S; T, U, V, W, X, Y) gebildet wird, von denen mindestens ein Linsenelement (Q, S) eine positive Brechkraft aufweist und einen verhältnismäßig niedrigen γ-Wert aufweist (wobei γ die thermische "Glas"-Konstante ist), und mindestens eines der Linsenelemente (R; X) eine lichtbeugende Oberfläche (9; 14) einschließt, wobei die Anordnung derart ist, daß das Relais (C) im Wesentlichen vollständig achromatisch gemacht ist und bezüglich des Gehäusematerials, welches das Gehäuses des Abbildungssystems bildet, athermisch gemacht ist.

5. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein anderes Linsenelement (V, W) negative Brechkraft besitzt und einen verhältnismäßig hohen γ-Wert aufweist.

6. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System (70) durch Einbringen eines axial beweglichen alternativen konkaven Primärspiegels (A¹), der auf der Achse eine Öffnung aufweist, der jedoch von kleinerem Durchmesser als der besagte große konkave Primärspiegel (A) ist, zu einem Doppelfeld-System gemacht wird, wobei der alternative Primärspiegel (A¹) zwischen einer Außer-Gebrauchs-Position, die allgemein mit dem kleinen Sekundärspiegel (B) des Objektivs (A, B) ausgerichtet ist, und einer In-Gebrauchs-Position zwischen dem großen konkaven Primärspiegel (A) und dem konkaven Sekundärspiegel (B) beweglich ist, wo er die Doppelfunktion besitzt: (i) Zusammenwirken mit dem Sekundärspiegel (B), um ein Weitwinkel- Objektiv zu bilden, und (ii) Blockieren von Strahlung, die vom großen konkaven Primärspiegel (A) her gelenkt wird.