尤其是关于发散校正透镜的渐变光焦度的边界条件，所述设 计对于拥有当前最新技术软件的光学设计师而言是不难成功实现的。
[0036] 实例I到6说明本发明。表I到4提供全部技术细节。图I中示出了实例3,而图 2中示出了实例4和5。
[0037] 图1对应于实例3。示出了W下各项：会聚前透镜（1)、发散校正透镜（2)、顶点距 离（VD) (3)、视场角度（4)、检测器对角线巧）、检测器窗口化）、总长度（OL) (7)，W及自由后 焦距度化）（8)。 阳03引针对具有17ym的像素间距的未冷却XGA成像装置的视场来优化具有75mm的有 效焦距邸L和f/1. 25的基于孔径的光圈数的8-12ym波段透镜布置。就传统的135胶片 摄影而言，运种透镜布置对应于135mm透镜。所述透镜布置还可与较小的XGA12ym像素 间距检测器容易地组合。透镜在40°C到+80°C的溫度范围内是消色差的且纯粹光学消热差 的。不需要任何机械补偿机制来维持表2所示的良好分辨率值。
[0039] 所呈现的解决方案包括会聚前透镜和发散校正透镜。运两种透镜的表面曲率随图 像高度（即，与光轴相隔的距离）而变化。
[0040] 测量会聚前透镜与发散校正透镜之间的顶点距离。
[0041] 发散校正透镜的两个表面在渐增高度处改变它们的曲率正负号：运些曲率正负号 在轴上为负，并且它们在某个高度处变为正。运不是必要的标准：运两个表面的曲率也可如 实例6所示而保持为正。校正透镜的光焦度并不一定始终保持为负。此外，校正透镜的负 功率始终需要随图像高度而略微增大。运反映在表4的列"发散校正透镜的光焦度（屈光 度）"中。
[0042] 所呈现的实例聚焦检测器平面上在场角度内部的对象。线巧）的长度对应于通过 具有17ym的像素间距的XGA成像装置实现的22mm的检测器对角线。因此，本文所示的视 场角度为16. 0度的对角线视场。
[0043] 所述检测器被窗口覆盖。所得的总长度为70. 5mm。自由后焦距为31. 8mm。
[0044] 图2 (左边）对应于实例4 (未冷却检测器）并且图2 (右边）对应于实例5 (冷却 检测器）。示出了W下各项：会聚前透镜（1)、发散校正透镜（2)、检测器对角线巧）、检测器 窗口化），W及冷光阔（C巧巧）。表1到4中报告所有细节。 W45] 运两个实施例均具有IOOmm的邸L和类似的透镜形状。运两个实施例在-40°C到 +80°C的溫度范围内均是消色差的且纯粹光学消热差的。另外，无需任何机械补偿机制并且 校正透镜的负功率始终需要随图像高度而略微增大。
[0046] 实例4意欲在具有17ym的像素间距的未冷却XGA装置上成像。所得的图像对角 线为22mm。所实现的基于孔径的光圈数为f/1.0。
[0047] 实例5被设计来在具有15ym的像素间距的、在检测器组件的杜瓦瓶内部配备有 冷光阔的现代冷却VGA装置上成像。所得的图像对角线为12. 4mm。为0. 31的高BFL/EFL 比率允许所述距离从检测器平面到冷光阔增大。所述冷光阔限制了所有射线束（轴上W及 轴外）的直径。针对外部检测器像素的射线束确定了会聚前透镜的最小直径。高BFL/EFL 比率提供了发散校正透镜与检测器之间的更自由的空间，从而允许将冷光阔定位得离检测 器尽可能地远。使发散校正透镜与冷光阔之间的距离最小化是使基于孔径的光圈数低于 f/1. 5的关键。对于具有冷光阔的冷却成像装置来说，运个孔径格外大。 W4引用于会聚前透镜的可能透镜材料为：GA引Rk1 (GezzAszeSess)，其具有约2. 5的折 射率；GASI民K' 3 (GeizSbuSnySe J，其具有约2. 6的折射率拟及AszSes玻璃，其具有约2. 8 的折射率。用于发散校正透镜的透镜材料可为错，其具有约4.O的折射率。 W例根据W下公式，表3和4中的几何参数对应于透镜表面：
[(K)川其中C= 1/r。，r。为顶点半径，r为与光轴相隔的距离，且Z为光轴上的坐标，r。、r和Z是Wmm表达。
[0052] 根据W下公式，通过W第一衍射级的相变来呈现衍射结构：
[0054]其中P=r/ri，ri为归一化半径，且Azi为相系数。参考波长为波段的中屯、。 阳化引表1 :报据本发巧的活合于妮段8-12Um的消传差目消热差的巧镜巧晉的基本撒 遐
阳化7] 表2 :报据本发巧的活合于妮段8-12Um的消传差目消热差的巧镜巧晉的一阶参 撒巧图像质量估，巧含分辨率估作为29cv/mm下的平挽MTF
阳化9] 表3:在表而r2h具有祈射结构的会聚前巧镜（1)的详细巧计参撒
[0060]
[0061] 表4 :发前巧巿巧镜的详细巧计参撒，巧含蒋个视场内的化焦麼
[0062]
【主权项】
1. 一种红外线消色差且消热差的摄远透镜布置，所述布置由TOC低于35X106K1的单 一会聚前透镜和T0C高于75X106Κ1的单一发散校正透镜组成，其基于孔径的光圈数低于 f/2.0,其特征在于： 0. 91 彡 0L/EFL彡 1. 01 ; 0. 32 彡BFL/EFL彡 0. 50 ; 0. 20 彡VD/EFL彡 0. 48 ; 温度补偿是仅通过被动光学补偿而获得；以及， 所述校正透镜的光焦度从轴上第一值到最大图像高度第二值而变化，所述第二值对所 述第一值的比率为1. 05到1. 40。2. 根据权利要求1所述的透镜布置，其特征在于前透镜材料为硫属化物玻璃。3. 根据权利要求1或2所述的透镜布置，其特征在于后透镜材料为Ge。4. 根据权利要求1所述的透镜布置，其中所述会聚前透镜是通过具有一个凹形表面的 凹凸透镜来实现，所述凹形表面朝向外壳内部。5. 根据权利要求1所述的透镜布置，其中一个透镜表面是衍射的。
【专利摘要】本公开涉及红外线消色差且消热差的窄场布置，其无需通过任何机械补偿机制而仅通过单一会聚前透镜和单一发散校正透镜而实现。长后焦距顾及到冷却和未冷却检测器，不同的检测器尺寸、波段和外壳材料。通过低于f/2.0的快速光圈数实现高分辨率。
【IPC分类】G02B27/00, G02B13/14
【公开号】CN105324701
【申请号】CN201480035610
【发明人】诺贝特·舒斯特
【申请人】尤米科尔公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年6月27日
【公告号】EP3014333A1, US20160131876, WO2014207209A1