Brevet FR2778469A1 — publié le 19991112

SYSTEME DE LENTILLES D'OBJECTIF La présente invention concerne un système de lentilles d'objectifs destiné à être utilisé dans la gamme des longueurs d'onde de l'infrarouge thermique, notamment dans la gamme des longueurs d'onde de 8-12 micromètres, avec un système de détection refroidi ou non refroidi. Conformément à la présente invention, il est prévu un système de lentilles d'objectif destiné à être utilisé avec un système de détection dans la gamme des longueurs d'onde de l'infrarouge thermique, notamment dans la gamme des longueurs d'onde de 8-12 micromètres, ledit système de lentilles d'objectif étant léger, bien qu'utilisant des éléments de lentilles en germanium et possédant une ouverture importante pour produire une sensibilité, et dans lequel le système de lentilles comprend une lentille convergente d'objectif à un seul élément, une lentille intermédiaire convergente à un seul élément et une lentille de champ divergente à un seul élément qui sont distantes les unes des autres le long d'un axe optique commun, et la lentille de champ est agencée de manière à aplanir la courbure de champ du système de lentilles, tandis que la lentille intermédiaire est agencée principalement de manière à corriger l'astigmatisme et possède une surface asphérique pour corriger l'équilibre entre l'aberration sagittale oblique, l'aberration sphérique tangentielle et l'astigmatisme d'ordre élevé. De préférence la lentille d'objectif est conformée de manière à produire une correction de coma pour le système de lentilles, et possède une surface asphérique pour corriger l'aberration sphérique. Grâce à l'invention, chaque élément de lentille est mince et possède une faible masse bien qu'il soit réalisé en germanium. Selon une autre caractéristique de l'invention le système de lentilles d'objectif est utilisé en combinaison avec un système détecteur d'infrarouge thermique possédant une surface de détection située dans le plan focal du système de lentilles. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple, en regard du dessin joint. Le dessin représente un système de lentilles d'objectif 10 destiné à être utilisé dans la gamme des longueurs d'onde de 8-12 micromètres. Le système 10 comprend une lentille d'objectif A, qui est un élément en germanium formé d'une seule lentille et possédant des surfaces réfringentes 1, 2, une lentille intermédiaire B qui est un élément en germanium formé d'une seule lentille et possédant des surfaces réfringentes 3, 4, et une lentille de champ C qui est un élément en germanium formé d'une seule lentille et possédant des surfaces réfringentes , 6. Le système 10 est agencé de manière à être utilisé avec un système de détecteur d'infrarouge thermique D possédant une fenêtre plane 7 et une surface de détection 8 et par conséquent forme une partie du système de formation d'image thermique. Les lentilles A, B et C sont réciproquement espacées le long d'un axe optique commun 9. La lentille A est convergente et est conformée fondamentalement de manière à fournir une correction de coma pour le système 10, mais sa surface 2 est asphérique de manière à corriger l'aberration sphérique. La lentille B est également convergente et est conformée fondamentalement de manière à réaliser une correction d'astigmatisme, mais sa surface 3 est asphérique de manière à corriger l'équilibre entre l'aberration sagittale oblique, l'aberration sphérique tangentielle et l'astigmatisme d'ordre élevé. La lentille C est divergente et est proche du plan focal du système 10, à l'endroit o la surface de détection 8 est située, la lentille C étant agencée de manière à aplanir la courbure de champ du système 10 de sorte que le système détecteur D forme des images de bonne qualité, la diffraction de proximité étant limitée pratiquement sur l'ensemble de la surface de détection 8. Un obturateur E de normalisation du signal est prévu à côté de la lentille B. Un exemple numérique particulier du système 10 est indiqué dans le tableau I indiqué ci-après, dans lequel toutes les dimensions sont indiquées en millimètres, le rayon de courbure positif indique que le centre de courbure est à droite de la surface considérée, le rayon de courbure négatif indique que le centre de courbure est à gauche de la surface considérée; A(1) et A(2) désignent des surfaces asphériques, et "séparation" désigne la distance entre deux surfaces consécutives du tableau, en regardant le dessin de la gauche vers la droite. Le système 10 conforme au tableau I possède une ouverture importante, à savoir F/1, une courte distance focale d'environ 52 mm, et fournit un champ d'observation de 16 x 12 sur une surface de détection 8 qui fait environ 15 mm x 11 mm. Le système a une bonne capacité de transmission, de l'ordre de 85 % dans la gamme des longueurs d'onde considérées, et forme des images de bonne qualité, la diffraction de proximité étant limitée pratiquement sur l'ensemble de la surface du détecteur, tombant seulement à environ 60 % à 12 c/mm dans les coins, et présentant un faible poids d'environ 70 g, en dépit de l'utilisation de germanium dans l'ensemble du système. Le système 10 peut être focalisé et/ou rendu athermique par un déplacement axial de la lentille B, sans déplacement des lentilles A et C. En variante, la lentille A ou le détecteur D peuvent être déplacés axialement. TABLEAU 1 Elément Matériau Surface Rayon de Sépara- Ouverture courbure tion A Ge 1 74,0 - 51,8 2 A(1) 3,80 51,0 lB Ge 3 A(2) 43,4 144,0 l_ _ _ _ _ _ _ _4 1362,4 3,50 43,5 C Ge 5 - 32,8 17,5 21,5 6 (43,5 11,50 22,0 18 9- -8 Les surfaces asphériques sont définies par la relation: (curv) y2 Z =. + cy4 + y6+ yY8 1 + (1-(1+K) (curv)2Y2) avec Z = déviation de la surface; Curv = rayon-; Y est la distance à partir du sommet de la surface; et K, o, et y sont les paramètres suivants: Sur- Curv K face A(1) 0,01022181 0,0 2,04x10-7 1,71x10-11 7,8x10-4 [A(2) |-0,00986193 0,0 1, 71x10-7 2,03x10l 0,0 REVENDICATIONS 1. Système de lentilles d'objectif destiné à être utilisé avec un système de détection dans la gamme des longueurs d'onde de l'infrarouge thermique, notamment dans la gamme des longueurs d'onde de 8-12 micromètres, ledit système de lentilles d'objectif étant léger, bien qu'utilisant des éléments de lentilles en germanium et possédant une ouverture importante pour produire une sensibilité, caractérisé en ce que le système de lentilles comprend une lentille convergente d'objectif (A) à un seul élément, une lentille intermédiaire convergente (B) à un seul élément et une lentille de champ divergente (C) à un seul élément, qui sont distantes les unes des autres le long d'un axe optique commun (9), et en ce que la lentille de champ (C) est agencée de manière à aplanir la courbure de champ du système de lentilles, tandis que la lentille intermédiaire (B) est agencée principalement de manière à corriger l'astigmatisme et possède une surface asphérique (3) pour corriger l'équilibre entre l'aberration sagittale oblique, l'aberration sphérique tangentielle et l'astigmatisme d'ordre élevé. 2. Système de lentilles d'objectif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille d'objectif (A) est conformée de manière à produire une correction de coma pour le système de lentilles, et possède une surface asphérique (2) pour corriger l'aberration sphérique. 3. Système de lentilles d'objectif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé en combinaison avec un système détecteur d'infrarouge thermique (D) possédant une surface de détection (8) située dans le plan focal du système de lentilles. 4. Ensemble combiné selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte les paramètres indiqués dans le tableau ci-dessous: Elément Matériau Surface Rayon de Séparation Ouverture courbure (mm) (mm) (mm) A Ge 1 174,0 I- 51,8 2 A(1) 3,80 51,0 B Ge 3 A(2) 43,4 44,0 4 362,4 3,50 143,5 C Ge 5 -32,8 17,5 f21,5 6 (43,5:1,50 122,0 8 - X 14,98 I le rayon de courbure positif indiquant que le centre de courbure est à droite de la surface considérée, le rayon de courbure négatif indiquant que le centre de courbure est à gauche de la surface considérée, A(1) et A(2) désignant des surfaces asphériques et le terme "séparation" désignant la distance entre deux surfaces consécutives du tableau.