JPH11287950A - 広帯域赤外カメラ用レンズシステム - Google Patents
広帯域赤外カメラ用レンズシステムInfo
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- JPH11287950A JPH11287950A JP11067925A JP6792599A JPH11287950A JP H11287950 A JPH11287950 A JP H11287950A JP 11067925 A JP11067925 A JP 11067925A JP 6792599 A JP6792599 A JP 6792599A JP H11287950 A JPH11287950 A JP H11287950A
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- lens
- lens system
- infrared camera
- lens group
- broadband infrared
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
- G02B13/146—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation with corrections for use in multiple wavelength bands, such as infrared and visible light, e.g. FLIR systems
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- Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】赤外検出器の全ての利点を活用できる、中赤外
（１−５μｍ）のスペクトル領域用で、口径の遮へいが
なく、広視野で、明るい（小さいＦ値を持つ）屈折光学
系で構成される、広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 【解決手段】物体側から像側の順に、第一レンズ群、第
二レンズ群と、開口絞りとから成り、適切な光学材料の
選択と色収差補正により、色収差が小さく、１μｍ〜５
μｍの帯域幅を持つことを特徴とする、広帯域赤外カメ
ラ用レンズシステム。
（１−５μｍ）のスペクトル領域用で、口径の遮へいが
なく、広視野で、明るい（小さいＦ値を持つ）屈折光学
系で構成される、広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 【解決手段】物体側から像側の順に、第一レンズ群、第
二レンズ群と、開口絞りとから成り、適切な光学材料の
選択と色収差補正により、色収差が小さく、１μｍ〜５
μｍの帯域幅を持つことを特徴とする、広帯域赤外カメ
ラ用レンズシステム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、赤外カメラ用の
レンズシステムに関するものである。特に、小さなＦ値
を有し、帯域幅 1μｍから５μｍを有し、実質的に１０
０％の冷却絞り効率を持つ（実質的に１００％開口整合
がとれている）、赤外カメラ用のレンズシステムに関す
る。
レンズシステムに関するものである。特に、小さなＦ値
を有し、帯域幅 1μｍから５μｍを有し、実質的に１０
０％の冷却絞り効率を持つ（実質的に１００％開口整合
がとれている）、赤外カメラ用のレンズシステムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】赤外カメラは、光学の分野でよく知られ
ている。しかし、従来の赤外カメラ用のレンズシステム
は、帯域幅や明るさに重大な制約があった。物体から出
る赤外信号を正確に検出することにより、その物体に関
する多量の重要な情報が得られる。赤外光学システムの
応答周波数が広ければ広いほど、その物体から多くの情
報が得られる。
ている。しかし、従来の赤外カメラ用のレンズシステム
は、帯域幅や明るさに重大な制約があった。物体から出
る赤外信号を正確に検出することにより、その物体に関
する多量の重要な情報が得られる。赤外光学システムの
応答周波数が広ければ広いほど、その物体から多くの情
報が得られる。
【０００３】ある先行技術の赤外カメラでは、広いスペ
クトル幅をカバーするのに必要な色収差の補正のため
に、反射光学系や反射屈折光学系が用いられている。し
かし、米国特許 No. 4,521,068 ( Schulte )に開示され
たようなレンズシステムは、口径の遮へい（obscuratio
n）が発生する。また、米国特許 No. 5,142,417 (Brun
n)やNo. 5331,470 (Cook)や No. 5,379,157 (Wang)に開
示されるようなシステムは、視野が狭かったり、暗かっ
たりした。
クトル幅をカバーするのに必要な色収差の補正のため
に、反射光学系や反射屈折光学系が用いられている。し
かし、米国特許 No. 4,521,068 ( Schulte )に開示され
たようなレンズシステムは、口径の遮へい（obscuratio
n）が発生する。また、米国特許 No. 5,142,417 (Brun
n)やNo. 5331,470 (Cook)や No. 5,379,157 (Wang)に開
示されるようなシステムは、視野が狭かったり、暗かっ
たりした。
【０００４】さらにまた、いくつかの応用例では、広い
スペクトル幅と早い応答（小さいＦ値）と１００％の冷
却絞り効率を必要としている。特に、屈折レンズシステ
ムではこれらの条件を満足することが必要となる。その
他の技術として、例えば、広いスペクトル幅のためにホ
ログラフィック光学素子（HOE）を使用することが考え
られるが、必要なスペクトル幅を此の技術でカバーする
には回折効率が低すぎて適切でない。
スペクトル幅と早い応答（小さいＦ値）と１００％の冷
却絞り効率を必要としている。特に、屈折レンズシステ
ムではこれらの条件を満足することが必要となる。その
他の技術として、例えば、広いスペクトル幅のためにホ
ログラフィック光学素子（HOE）を使用することが考え
られるが、必要なスペクトル幅を此の技術でカバーする
には回折効率が低すぎて適切でない。
【０００５】赤外スペクトル幅で作動する屈折レンズ系
の先行技術は、一般に中赤外領域（３−５μｍ）か遠赤
外領域（８−１２μｍ）で制限される。これらのシステ
ムのスペクトル応答を、例えば、米国特許 No. 4,871,2
19 (Cooper)やNo. 4,999,005(Cooper)やNo.4,989,962
(Kebo)に開示されるように、３−１２μｍに広げようと
する努力がなされている。しかし、先行技術には１−５
μｍのスペクトル領域は含まれていない。
の先行技術は、一般に中赤外領域（３−５μｍ）か遠赤
外領域（８−１２μｍ）で制限される。これらのシステ
ムのスペクトル応答を、例えば、米国特許 No. 4,871,2
19 (Cooper)やNo. 4,999,005(Cooper)やNo.4,989,962
(Kebo)に開示されるように、３−１２μｍに広げようと
する努力がなされている。しかし、先行技術には１−５
μｍのスペクトル領域は含まれていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近赤外(NIR）と中赤外
（１−５μｍ）にスペクトル領域を持つレンズシステム
は利点を持っている。空気は、中赤外領域の大部分に適
度な透過率を持っている。例えば、空気は１−１．３μ
ｍ、１．５−１．８μｍ、２．０−２．４μｍと３−５
μｍに適度な透過率を持っている。その上、PtSi(plati
num silicide)のような赤外検出器は、１−５μｍの領
域で適度に高い応答を示す。しかし、使用可能な光学材
料は、この領域で強い非線形分散を持つため、色収差の
補正は極めて難しい。１−５μｍスペクトル領域で稼働
する先行技術の光学系には、１−３μｍ領域をカットす
るフィルターが用いられている。赤外検出器の全ての利
点を活用するためにも、１−５μｍのスペクトル領域で
使える赤外光学系が望まれている。
（１−５μｍ）にスペクトル領域を持つレンズシステム
は利点を持っている。空気は、中赤外領域の大部分に適
度な透過率を持っている。例えば、空気は１−１．３μ
ｍ、１．５−１．８μｍ、２．０−２．４μｍと３−５
μｍに適度な透過率を持っている。その上、PtSi(plati
num silicide)のような赤外検出器は、１−５μｍの領
域で適度に高い応答を示す。しかし、使用可能な光学材
料は、この領域で強い非線形分散を持つため、色収差の
補正は極めて難しい。１−５μｍスペクトル領域で稼働
する先行技術の光学系には、１−３μｍ領域をカットす
るフィルターが用いられている。赤外検出器の全ての利
点を活用するためにも、１−５μｍのスペクトル領域で
使える赤外光学系が望まれている。
【０００７】さらに、１−５μｍ領域で使える光学材料
は非常に少ない。AMTIR-1、蛍石（CaF2)、沃化セシウム
（CsI）、酸化マグネシウム（MgO)、サファイアとセレ
ン化亜鉛、硫化亜鉛（ZnS）が１−５μｍ領域で適度な
透過率を持っているが、CsIは、物理的に不安定で、MgO
は、光学特性は良いが非常に高価である。よって、１
−５μｍ領域で色収差を補正するために選択された光学
材料を持ち、小さいＦ値と１００％冷却絞り効率を持っ
た赤外カメラが要望されている。
は非常に少ない。AMTIR-1、蛍石（CaF2)、沃化セシウム
（CsI）、酸化マグネシウム（MgO)、サファイアとセレ
ン化亜鉛、硫化亜鉛（ZnS）が１−５μｍ領域で適度な
透過率を持っているが、CsIは、物理的に不安定で、MgO
は、光学特性は良いが非常に高価である。よって、１
−５μｍ領域で色収差を補正するために選択された光学
材料を持ち、小さいＦ値と１００％冷却絞り効率を持っ
た赤外カメラが要望されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の広帯域赤外カメ
ラ用のレンズシステムによれば、上記問題点及び赤外カ
メラ用の従来のレンズシステムに関する他の問題点を解
決できる。本発明の利点、上記およびその他の目的は、
１−５μｍスペクトル帯域幅で作動する、小さいＦ値
の、適切な色収差補正をされた、広帯域赤外カメラ用の
レンズシステムにより達成される。更に、本発明のレン
ズシステムは、レンズシステムの開口絞りが像側に配置
され冷却絞りと一致している。更に好ましくは、前記レ
ンズシステムの開口絞りが実質的に１００％の冷却絞り
効率を持っている。（光学系としては実質的に１００％
開口整合がとれている、すなわち、口径食（ヴィネッテ
ィング、vignetting)がない。）
ラ用のレンズシステムによれば、上記問題点及び赤外カ
メラ用の従来のレンズシステムに関する他の問題点を解
決できる。本発明の利点、上記およびその他の目的は、
１−５μｍスペクトル帯域幅で作動する、小さいＦ値
の、適切な色収差補正をされた、広帯域赤外カメラ用の
レンズシステムにより達成される。更に、本発明のレン
ズシステムは、レンズシステムの開口絞りが像側に配置
され冷却絞りと一致している。更に好ましくは、前記レ
ンズシステムの開口絞りが実質的に１００％の冷却絞り
効率を持っている。（光学系としては実質的に１００％
開口整合がとれている、すなわち、口径食（ヴィネッテ
ィング、vignetting)がない。）
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第一実施例では、第一レ
ンズ群と第二レンズ群からなる実効焦点距離（ＥＦＬ）
４５mmのレンズシステムが構成される。本発明の第二実
施例では、三つのレンズ群からなる実効焦点距離（ＥＦ
Ｌ）１００mmのレンズシステムが構成される。このう
ち、第二と第三のレンズ群は、異なる物体距離に応じて
合焦させるべくレンズシステムの光軸方向に移動可能と
なっている。
ンズ群と第二レンズ群からなる実効焦点距離（ＥＦＬ）
４５mmのレンズシステムが構成される。本発明の第二実
施例では、三つのレンズ群からなる実効焦点距離（ＥＦ
Ｌ）１００mmのレンズシステムが構成される。このう
ち、第二と第三のレンズ群は、異なる物体距離に応じて
合焦させるべくレンズシステムの光軸方向に移動可能と
なっている。
【００１０】本発明のレンズシステムは、少なくとも１
−５μｍの広いスペクトル帯域幅を持ち、小さなＦ値と
最小の色収差の明るいシステムである。さらに、開口絞
りがレンズシステムの冷却絞りと一致するため実質的に
１００％の冷却絞り効率が得られる（光学系としては実
質的に１００％開口整合がとれている、すなわち、口径
食（ヴィネッティング、vignetting)）のないレンズシ
ステムである。
−５μｍの広いスペクトル帯域幅を持ち、小さなＦ値と
最小の色収差の明るいシステムである。さらに、開口絞
りがレンズシステムの冷却絞りと一致するため実質的に
１００％の冷却絞り効率が得られる（光学系としては実
質的に１００％開口整合がとれている、すなわち、口径
食（ヴィネッティング、vignetting)）のないレンズシ
ステムである。
【００１１】本発明のこれら、及びその他の利点は、以
下に述べる図の説明と併せて、好ましい実施例の詳細な
説明を読めば、より明確になるであろう。図は、本発明
の一実施例の説明であるので、発明は、例示した実施例
に限定されるものではない。明らかなように、本発明
は、これ以外の実施例も可能であるし、すべて本発明の
範囲からはずれることなく、そのいくつかの細部を自明
の範囲で変形することも可能である。本発明は、この明
細書に添えられたクレイムでより良く定義される。
下に述べる図の説明と併せて、好ましい実施例の詳細な
説明を読めば、より明確になるであろう。図は、本発明
の一実施例の説明であるので、発明は、例示した実施例
に限定されるものではない。明らかなように、本発明
は、これ以外の実施例も可能であるし、すべて本発明の
範囲からはずれることなく、そのいくつかの細部を自明
の範囲で変形することも可能である。本発明は、この明
細書に添えられたクレイムでより良く定義される。
【００１２】
【実施例】以下の詳細な説明は、本発明の現時点での好
ましい実施例である。詳細な説明は、上で短く述べた図
を使って行うが、本発明は、これら図示された実施例に
限定されるものでないことは言うまでもない。図を参照
しながら本発明の二つの実施例をここに説明する。光学
分野の常として、図示される光学系の図は、光学系の第
一面の左側に物空間が定義される。同様に、光学系の最
終面の右側に像空間が定義される。それぞれのレンズ素
子は、アルファベットと数字で区別され、それぞれの光
学素子面は、物体側から像側に順番に番号が付けられ
る。「レンズ群」という言葉は、単レンズで構成される
レンズ群を含むことに注意する。
ましい実施例である。詳細な説明は、上で短く述べた図
を使って行うが、本発明は、これら図示された実施例に
限定されるものでないことは言うまでもない。図を参照
しながら本発明の二つの実施例をここに説明する。光学
分野の常として、図示される光学系の図は、光学系の第
一面の左側に物空間が定義される。同様に、光学系の最
終面の右側に像空間が定義される。それぞれのレンズ素
子は、アルファベットと数字で区別され、それぞれの光
学素子面は、物体側から像側に順番に番号が付けられ
る。「レンズ群」という言葉は、単レンズで構成される
レンズ群を含むことに注意する。
【００１３】第１図に、本発明の広帯域赤外カメラ用の
実効焦点距離（ＥＦＬ）４５mmのレンズシステム１００
が図示される。レンズシステム１００は、物体側より順
に、第一レンズ群Ｇ１、第二レンズ群Ｇ２と開口絞りＡ
Ｓを含む。第一レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体
側に凸面１と像側に凹面２とを持つＺｎＳ（硫化亜鉛）
の正レンズ素子Ｌ１と、物体側に強い凹面３と像側に凹
面４とを持つAMTIR1(AMTIRは、Amorphous Material Tra
nsmitting Infrared Radiation の頭文字で、AMTIR1
は、Amorphous Mateials, Inc.製の光学材料の商品名で
同社の書類にその仕様が出ている）の負レンズＬ２と、
物体側に凹面５と像側に凸面６とを持つサファイアの負
レンズＬ３と、物体側に凹面７と像側に非球面８とを持
つＺｎＳの正レンズＬ４で構成される。
実効焦点距離（ＥＦＬ）４５mmのレンズシステム１００
が図示される。レンズシステム１００は、物体側より順
に、第一レンズ群Ｇ１、第二レンズ群Ｇ２と開口絞りＡ
Ｓを含む。第一レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体
側に凸面１と像側に凹面２とを持つＺｎＳ（硫化亜鉛）
の正レンズ素子Ｌ１と、物体側に強い凹面３と像側に凹
面４とを持つAMTIR1(AMTIRは、Amorphous Material Tra
nsmitting Infrared Radiation の頭文字で、AMTIR1
は、Amorphous Mateials, Inc.製の光学材料の商品名で
同社の書類にその仕様が出ている）の負レンズＬ２と、
物体側に凹面５と像側に凸面６とを持つサファイアの負
レンズＬ３と、物体側に凹面７と像側に非球面８とを持
つＺｎＳの正レンズＬ４で構成される。
【００１４】第二レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面９と像
側に凹面１０とを持つＺｎＳの正レンズＬ５と、スペク
トルフィルタＬ６と、デュワ窓Ｌ７が第二レンズ群Ｇ２
と開口絞りＡＳ１５との間に配置される。スペクトルフ
ィルタＬ６は、検出すべき信号のある帯域幅の一部を選
択するべく交換可能になっている。開口絞りＡＳ１５
は、レンズシステム１００の冷却絞りと一致している。
第一と第二のレンズ群Ｇ１，Ｇ２は、光軸１０２に沿っ
て移動可能である。レンズシステム１００は、以下の条
件を満足する： １．７＜ f1 / f ＜５．０ １．１＜ f2 / f ＜２．２ ここで、f1 は第一レンズ群Ｇ１の焦点距離で、f2 は第
二レンズ群Ｇ２の焦点距離で、f はレンズシステム１０
０の実効焦点距離である。
側に凹面１０とを持つＺｎＳの正レンズＬ５と、スペク
トルフィルタＬ６と、デュワ窓Ｌ７が第二レンズ群Ｇ２
と開口絞りＡＳ１５との間に配置される。スペクトルフ
ィルタＬ６は、検出すべき信号のある帯域幅の一部を選
択するべく交換可能になっている。開口絞りＡＳ１５
は、レンズシステム１００の冷却絞りと一致している。
第一と第二のレンズ群Ｇ１，Ｇ２は、光軸１０２に沿っ
て移動可能である。レンズシステム１００は、以下の条
件を満足する： １．７＜ f1 / f ＜５．０ １．１＜ f2 / f ＜２．２ ここで、f1 は第一レンズ群Ｇ１の焦点距離で、f2 は第
二レンズ群Ｇ２の焦点距離で、f はレンズシステム１０
０の実効焦点距離である。
【００１５】第２図と第３図は、第１図に示されるレン
ズシステム１００の収差を示す。（単位：ｍｍ）光学の
分野で良く知られているように、第２図と第３図に示さ
れる収差図は、レンズシステムの結像性能がレンズシス
テムの意図する目的にいかに影響するかを示している。
レンズシステムの収差量は、第２図と第３図に示すよう
に光線が像面と交わる点をプロットすることにより決定
される。光線の交点をプロットするとき、光線の変位
は、開口における光線の位置の関数として垂直方向にプ
ロットされる。垂直方向の目盛は、縦棒の下端が光軸上
の点に対応し、与えられた数値（０．２ｍｍ）は垂線の
半分の長さ（原点から端まで）に対応する。水平方向の
目盛は、光線の傾きの正接に比例する。通常の約束に従
えば、上側光束は右側にプロットされる。第２図はメリ
ジオナル方向の収差、第３図はサジタル方向の収差を示
し、各（Ａ）〜（Ｅ）は像高毎の収差を示す。すなわ
ち、第２図において、（Ａ）は最大像高（半画角１０．
８１度）のメリジオナル方向の収差、（Ｂ）は最大像高
の０.９の像高（半画角９．７５１度）のメリジオナル
方向の収差、（Ｃ）は最大像高の０.７の像高（半画角
７．６１３度）のメリジオナル方向の収差、（Ｄ）は最
大像高の０.５の像高（半画角５．４５４度）のメリジ
オナル方向の収差、（Ｅ）は光軸上のメリジオナル方向
の収差（球面収差）、第３図において、（Ａ）は最大像
高（半画角１０．８１度）のサジタル方向の収差、
（Ｂ）は最大像高の０.９の像高（半画角９．７５１
度）のサジタル方向の収差、（Ｃ）は最大像高の０.７
の像高（半画角７．６１３度）のサジタル方向の収差、
（Ｄ）は最大像高の０.５の像高（半画角５．４５４
度）のサジタル方向の収差、（Ｅ）は光軸上のサジタル
方向の収差（球面収差）、それぞれ、５つの波長でプロ
ットする事によりレンズシステムの収差をより完全に理
解できる。
ズシステム１００の収差を示す。（単位：ｍｍ）光学の
分野で良く知られているように、第２図と第３図に示さ
れる収差図は、レンズシステムの結像性能がレンズシス
テムの意図する目的にいかに影響するかを示している。
レンズシステムの収差量は、第２図と第３図に示すよう
に光線が像面と交わる点をプロットすることにより決定
される。光線の交点をプロットするとき、光線の変位
は、開口における光線の位置の関数として垂直方向にプ
ロットされる。垂直方向の目盛は、縦棒の下端が光軸上
の点に対応し、与えられた数値（０．２ｍｍ）は垂線の
半分の長さ（原点から端まで）に対応する。水平方向の
目盛は、光線の傾きの正接に比例する。通常の約束に従
えば、上側光束は右側にプロットされる。第２図はメリ
ジオナル方向の収差、第３図はサジタル方向の収差を示
し、各（Ａ）〜（Ｅ）は像高毎の収差を示す。すなわ
ち、第２図において、（Ａ）は最大像高（半画角１０．
８１度）のメリジオナル方向の収差、（Ｂ）は最大像高
の０.９の像高（半画角９．７５１度）のメリジオナル
方向の収差、（Ｃ）は最大像高の０.７の像高（半画角
７．６１３度）のメリジオナル方向の収差、（Ｄ）は最
大像高の０.５の像高（半画角５．４５４度）のメリジ
オナル方向の収差、（Ｅ）は光軸上のメリジオナル方向
の収差（球面収差）、第３図において、（Ａ）は最大像
高（半画角１０．８１度）のサジタル方向の収差、
（Ｂ）は最大像高の０.９の像高（半画角９．７５１
度）のサジタル方向の収差、（Ｃ）は最大像高の０.７
の像高（半画角７．６１３度）のサジタル方向の収差、
（Ｄ）は最大像高の０.５の像高（半画角５．４５４
度）のサジタル方向の収差、（Ｅ）は光軸上のサジタル
方向の収差（球面収差）、それぞれ、５つの波長でプロ
ットする事によりレンズシステムの収差をより完全に理
解できる。
【００１６】表１は、第１図に示したレンズシステム１
００の仕様の値を示す。このようなレンズシステムの仕
様のリストは、レンズデータとして知られている。左端
の列の数字は、光学面を物体側より像側に順に示してい
る。第二列の数字は、曲率半径をmm単位で示している
（正の曲率半径は、曲率中心が右側つまり像側にあるこ
とを示し、負の曲率半径は、曲率中心が左側つまり物体
側にあることを示す）。第三列の数字は、第一列で示さ
れる光学面から次の光学面までの距離をmm単位で示して
いる。一番右側の列に光学素子が作られている物質名が
示されている。
００の仕様の値を示す。このようなレンズシステムの仕
様のリストは、レンズデータとして知られている。左端
の列の数字は、光学面を物体側より像側に順に示してい
る。第二列の数字は、曲率半径をmm単位で示している
（正の曲率半径は、曲率中心が右側つまり像側にあるこ
とを示し、負の曲率半径は、曲率中心が左側つまり物体
側にあることを示す）。第三列の数字は、第一列で示さ
れる光学面から次の光学面までの距離をmm単位で示して
いる。一番右側の列に光学素子が作られている物質名が
示されている。
【００１７】
【表１】
【００１８】＊表１における光学材料の屈折率は、波長
により変化する。AMTIR１、サファイアとＺｎＳの波長
に対する屈折率は、表２に示す。AMTIR１に関する更な
る情報は、前に述べたようにAmorphous Materials, In
c. で得られる。
により変化する。AMTIR１、サファイアとＺｎＳの波長
に対する屈折率は、表２に示す。AMTIR１に関する更な
る情報は、前に述べたようにAmorphous Materials, In
c. で得られる。
【００１９】
【表２】
【００２０】第４図には本発明に係る広帯域赤外線カメ
ラ用の実効焦点距離（ＥＦＬ）が１００mmのレンズシス
テム４００が示されている。レンズシステム４００は、
物体側より順に第一レンズ群Ｇ１と、第二レンズ群Ｇ２
と、第三レンズ群Ｇ３と開口絞りＡＳ１５よりな って
いる。第一レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に
凸の非球面１と像側に凹面２を持つＺｎＳよりなる正レ
ンズＬ１と、物体側に凸面３と像側に凹面４を持つAMTI
R１よりなる負レンズＬ２と、物体側に凸面５と像側に
凹面６を持つサファイアよりなる負レンズＬ３より構成
される。
ラ用の実効焦点距離（ＥＦＬ）が１００mmのレンズシス
テム４００が示されている。レンズシステム４００は、
物体側より順に第一レンズ群Ｇ１と、第二レンズ群Ｇ２
と、第三レンズ群Ｇ３と開口絞りＡＳ１５よりな って
いる。第一レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に
凸の非球面１と像側に凹面２を持つＺｎＳよりなる正レ
ンズＬ１と、物体側に凸面３と像側に凹面４を持つAMTI
R１よりなる負レンズＬ２と、物体側に凸面５と像側に
凹面６を持つサファイアよりなる負レンズＬ３より構成
される。
【００２１】第二レンズ群Ｇ２は、物体側に凸の非球面
７と像側に凹面８を持つＺｎＳよりなる正レンズＬ４に
より構成される。第二レンズ群Ｇ２は、光軸４０２に沿
って移動可能である。第三レンズ群Ｇ３は、物体側に凸
面９と像側に凹面１０を持つＺｎＳよりなる正レンズＬ
５により構成される。スペクトルフィルタＬ６と、デュ
ワ窓Ｌ７が第三レンズ群Ｇ３と開口絞りＡＳ１５との間
に配置される。スペクトルフィルタＬ６は、検出すべき
信号のある帯域幅の一部を選択するべく交換可能になっ
ている。開口絞りＡＳ１５は、レンズシステム４００の
冷却絞りと一致して、実質的に１００％の 冷却絞り効
率を示す。
７と像側に凹面８を持つＺｎＳよりなる正レンズＬ４に
より構成される。第二レンズ群Ｇ２は、光軸４０２に沿
って移動可能である。第三レンズ群Ｇ３は、物体側に凸
面９と像側に凹面１０を持つＺｎＳよりなる正レンズＬ
５により構成される。スペクトルフィルタＬ６と、デュ
ワ窓Ｌ７が第三レンズ群Ｇ３と開口絞りＡＳ１５との間
に配置される。スペクトルフィルタＬ６は、検出すべき
信号のある帯域幅の一部を選択するべく交換可能になっ
ている。開口絞りＡＳ１５は、レンズシステム４００の
冷却絞りと一致して、実質的に１００％の 冷却絞り効
率を示す。
【００２２】レンズシステム４００は、以下の条件を満
足する： ２．１ ＜ f1 / f ＜１１．０ ０．７ ＜ f2 / f ＜１５．０ ０．６ ＜ f3 / f ＜８．０ ここで、f1 は第一群の焦点距離、f2 は第二群の焦点距
離、f3 は第三群の焦点距離、f はレンズシステム４０
０の実効焦点距離（ＥＦＬ）である。
足する： ２．１ ＜ f1 / f ＜１１．０ ０．７ ＜ f2 / f ＜１５．０ ０．６ ＜ f3 / f ＜８．０ ここで、f1 は第一群の焦点距離、f2 は第二群の焦点距
離、f3 は第三群の焦点距離、f はレンズシステム４０
０の実効焦点距離（ＥＦＬ）である。
【００２３】第５図と第６図は、第４図で示した１００
mmレンズシステムの収差を示す。（単位：ｍｍ）収差図
の役割及び意義については、第２図と第３図に関連して
既に説明した様に、第５図はメリジオナル方向の収差、
第６図はサジタル方向の収差を示し、各（Ａ）〜（Ｅ）
は像高毎の収差を示す。すなわち、第５図において、
（Ａ）は最大像高（半画角４．９４０度）のメリジオナ
ル方向の収差、（Ｂ）は最大像高の０.９の像高（半画
角４．４４８度）のメリジオナル方向の収差、（Ｃ）は
最大像高の０.７の像高（半画角３．４６２度）のメリ
ジオナル方向の収差、（Ｄ）は最大像高の０.５の像高
（半画角２．４７５度）のメリジオナル方向の収差、
（Ｅ）は光軸上のメリジオナル方向の収差（球面収
差）、第６図において、（Ａ）は最大像高（半画角４．
９４０度）のサジタル方向の収差、（Ｂ）は最大像高の
０.９の像高（半画角４．４４８度）のサジタル方向の
収差、（Ｃ）は最大像高の０.７の像高（半画角３．４
６２度）のサジタル方向の収差、（Ｄ）は最大像高の
０.５の像高（半画角２．４７５度）のサジタル方向の
収差、（Ｅ）は光軸上のサジタル方向の収差（球面収
差）、それぞれ、５つの波長でプロットする事によりレ
ンズシステムの収差をより完全に理解できる。
mmレンズシステムの収差を示す。（単位：ｍｍ）収差図
の役割及び意義については、第２図と第３図に関連して
既に説明した様に、第５図はメリジオナル方向の収差、
第６図はサジタル方向の収差を示し、各（Ａ）〜（Ｅ）
は像高毎の収差を示す。すなわち、第５図において、
（Ａ）は最大像高（半画角４．９４０度）のメリジオナ
ル方向の収差、（Ｂ）は最大像高の０.９の像高（半画
角４．４４８度）のメリジオナル方向の収差、（Ｃ）は
最大像高の０.７の像高（半画角３．４６２度）のメリ
ジオナル方向の収差、（Ｄ）は最大像高の０.５の像高
（半画角２．４７５度）のメリジオナル方向の収差、
（Ｅ）は光軸上のメリジオナル方向の収差（球面収
差）、第６図において、（Ａ）は最大像高（半画角４．
９４０度）のサジタル方向の収差、（Ｂ）は最大像高の
０.９の像高（半画角４．４４８度）のサジタル方向の
収差、（Ｃ）は最大像高の０.７の像高（半画角３．４
６２度）のサジタル方向の収差、（Ｄ）は最大像高の
０.５の像高（半画角２．４７５度）のサジタル方向の
収差、（Ｅ）は光軸上のサジタル方向の収差（球面収
差）、それぞれ、５つの波長でプロットする事によりレ
ンズシステムの収差をより完全に理解できる。
【００２４】以下に示す表３は、第４図に示したレンズ
システム４００の仕様の値をしめす。パラメータは、既
に表１に関連して説明した。
システム４００の仕様の値をしめす。パラメータは、既
に表１に関連して説明した。
【００２５】
【表３】
【００２６】＊表１に関連して既に述べたように、表３
における光学材料の屈折率は波長によって変化する。AM
TIR１とサファイアとＺｎＳの屈折率は、前記表２に記
載した。要約すると、本発明のレンズシステムの長所
は、いまや、より完全に実現できる。本発明のレンズシ
ステムは、少なくとも１−５μｍの広いスペクトル帯域
幅を持ち、開口絞りがレンズシステムの冷却絞りと一致
するため１００％の冷却絞り効率が得られる（１００％
の開口整合が得られる）レンズシステムである。さら
に、本発明のレンズシステムは、小さなＦ値と最小の色
収差を持った明るいシステムである。このレンズシステ
ムは簡単で、製造コストも安く、素材の値段も安く、重
量も少ない。
における光学材料の屈折率は波長によって変化する。AM
TIR１とサファイアとＺｎＳの屈折率は、前記表２に記
載した。要約すると、本発明のレンズシステムの長所
は、いまや、より完全に実現できる。本発明のレンズシ
ステムは、少なくとも１−５μｍの広いスペクトル帯域
幅を持ち、開口絞りがレンズシステムの冷却絞りと一致
するため１００％の冷却絞り効率が得られる（１００％
の開口整合が得られる）レンズシステムである。さら
に、本発明のレンズシステムは、小さなＦ値と最小の色
収差を持った明るいシステムである。このレンズシステ
ムは簡単で、製造コストも安く、素材の値段も安く、重
量も少ない。
【００２７】既に述べた本発明の実施例に関する記載
は、図示および説明のためのものであり、開示内容を全
て記載し、発明を限定するための物ではない。記載内容
に照らしてみれば、容易な変形例や応用例も可能であ
る。実施例は、本発明の原理を最も良く表す物と実質的
な応用を選んで説明したので、通常の技術を持った当業
者が本発明をいろいろな実施例や変形例に応用すること
が可能である。これら全ての変形例応用例は、添付のク
レイムを正しい、合法な、公正な幅を持って解釈すると
本発明の範囲に含まれる。
は、図示および説明のためのものであり、開示内容を全
て記載し、発明を限定するための物ではない。記載内容
に照らしてみれば、容易な変形例や応用例も可能であ
る。実施例は、本発明の原理を最も良く表す物と実質的
な応用を選んで説明したので、通常の技術を持った当業
者が本発明をいろいろな実施例や変形例に応用すること
が可能である。これら全ての変形例応用例は、添付のク
レイムを正しい、合法な、公正な幅を持って解釈すると
本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、赤外
検出器の全ての利点を活用できる、中赤外（１−５μ
ｍ）のスペクトル領域用の広帯域赤外カメラ用レンズシ
ステムにおいて、口径食がなく、広視野で、明るい（小
さいＦ値を持つ）屈折光学系で、この波長領域で強い非
線形分散を持つ光学材料のため達成が極めて難しい色収
差の小さい光学系を、適切な光学材料の選択と色収差補
正により実現できる。また、レンズシステムの開口絞り
が冷却絞りと一致しており、更に好ましくは、前記レン
ズシステムの開口絞りが実質的に１００％の冷却絞り効
率を持っているので、応答の早い、高性能な広帯域赤外
カメラ用レンズシステムを達成できる。
検出器の全ての利点を活用できる、中赤外（１−５μ
ｍ）のスペクトル領域用の広帯域赤外カメラ用レンズシ
ステムにおいて、口径食がなく、広視野で、明るい（小
さいＦ値を持つ）屈折光学系で、この波長領域で強い非
線形分散を持つ光学材料のため達成が極めて難しい色収
差の小さい光学系を、適切な光学材料の選択と色収差補
正により実現できる。また、レンズシステムの開口絞り
が冷却絞りと一致しており、更に好ましくは、前記レン
ズシステムの開口絞りが実質的に１００％の冷却絞り効
率を持っているので、応答の早い、高性能な広帯域赤外
カメラ用レンズシステムを達成できる。
【図１】広帯域赤外カメラ用の実効焦点距離（ＥＦＬ）
４５mmのレンズシステムの構成図である。
４５mmのレンズシステムの構成図である。
【図２】図１に示したレンズシステムの波長１μｍ、２
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するメ
リジオナル方向の収差図を示す。
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するメ
リジオナル方向の収差図を示す。
【図３】図１に示したレンズシステムの波長１μｍ、２
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するサ
ジタル方向の収差図を示す。
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するサ
ジタル方向の収差図を示す。
【図４】広帯域赤外カメラ用の実効焦点距離（ＥＦＬ）
１００mmのレンズシステムの構成図である。
１００mmのレンズシステムの構成図である。
【図５】図２に示したレンズシステムの波長１μｍ、２
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するメ
リジオナル方向の収差図を示す。
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するメ
リジオナル方向の収差図を示す。
【図６】図３に示したレンズシステムの波長１μｍ、２
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するサ
ジタル方向の収差図を示す。
μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ毎の、各像高に対するサ
ジタル方向の収差図を示す。
Ｇ１ 第一レンズ群 Ｇ２ 第二レンズ群 Ｇ３ 第三レンズ群 Ｌ１〜Ｌ５ レンズ Ｌ６ スペクトルフィルタ Ｌ７ デュワ窓 １５ＡＳ 開口絞り １０２、４０２ レンズ光軸
Claims (18)
- 【請求項１】広帯域赤外カメラ用のレンズシステムにお
いて、前記レンズシステムは物体側から像側の順に、第
一レンズ群、第二レンズ群とから成り、１μｍから５μ
ｍの帯域幅を持つことを特徴とする、広帯域赤外カメラ
用レンズシステム。 - 【請求項２】前記レンズシステムは、前記第一レンズ群
の焦点距離をf1、前記第二レンズ群の焦点距離をf2、前
記レンズシステムの実効焦点距離（ＥＦＬ）をf と表す
とき、 １．７＜ f1 / f ＜５．０ および １．１＜ f2 / f ＜２．２ なる条件式を満足することを特徴とする、請求項１記載
の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項３】前記レンズシステムにおいて、前記第一レ
ンズ群は、物体側より像側に順に、第一正レンズ、第一
負レンズ、第二負レンズおよび、第二正レンズを含むこ
とを特徴とする請求項２に記載の広帯域赤外カメラ用レ
ンズシステム。 - 【請求項４】前記レンズシステムにおいて、前記第二レ
ンズ群は、正レンズを含むことを特徴とする、請求項３
に記載の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項５】前記レンズシステムにおいて、前記第一レ
ンズ群の前記第一正レンズは、物体側に凸の面を持ち、
前記第一レンズ群の前記第一負レンズは、物体側に強い
凹面を持ち、前記第一レンズ群の前記第二負レンズは、
物体側に凹面を持ち、前記第一レンズ群の前記第二正レ
ンズは、物体側に凹面を持つことを特徴とする、請求項
４記載の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項６】前記第二レンズ群の前記正レンズは、物体
側に凸の面を持つことを特徴とする、請求項５記載の広
帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項７】前記レンズシステムは、前記第二レンズ群
より像側に開口絞りを持つことを特徴とする請求項１か
ら６迄のいずれか１項に記載の広帯域赤外カメラ用レン
ズシステム。 - 【請求項８】前記レンズシステムは、第三レンズ群を含
むことを特徴とする、請求項１記載の広帯域赤外カメラ
用レンズシステム。 - 【請求項９】前記レンズシステムは、前記第一レンズ群
の焦点距離をf1、前記第二レンズ群の焦点距離をf2、前
記第三レンズ群の焦点距離をf3、前記レンズシステムの
実効焦点距離（ＥＦＬ）をf と表すとき、 ２．１＜ f1 / f ＜１１．０ ０．７＜ f2 / f ＜１５．０ ０．６＜ f3 / f ＜８．０ なる条件式を満足することを特徴とする、請求項８記載
の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項１０】前記レンズシステムにおいて、前記第一
レンズ群は、物体側より像側に順に、正レンズ素子、第
一負レンズ素子および、第二負レンズ素子を含むことを
特徴とする、請求項９記載の広帯域赤外カメラ用レンズ
システム。 - 【請求項１１】前記第二レンズ群は、正レンズを含むこ
とを特徴とする、請求項１０記載の広帯域赤外カメラ用
レンズシステム。 - 【請求項１２】前記第三レンズ群は、正レンズを含むこ
とを特徴とする、請求項１１記載の広帯域赤外カメラ用
レンズシステム。 - 【請求項１３】前記レンズシステムにおいて、前記第一
レンズ群の前記正レンズは、物体側に凸面を持ち、前記
第一レンズ群の前記第一負レンズは、物体側に凸面をも
ち、前記第一レンズ群の前記第二負レンズは、物体側に
凸面を持つことを特徴とする、請求項１２記載の広帯域
赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項１４】前記第二レンズ群の前記正レンズは、物
体側に凸面を持つ、ことを特徴とする、請求項１３記載
の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項１５】前記第三レンズ群の前記正レンズは、物
体側に凸面を持つ、ことを特徴とする、請求項１４記載
の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項１６】前記レンズシステムは、前記第三レンズ
群より像側に開口絞りを持つことを特徴とする請求項８
から１５迄のいずれか１項に記載の広帯域赤外カメラ用
レンズシステム。 - 【請求項１７】前記開口絞りは、システムの冷却絞りを
含むことを特徴とする、請求項７または１６に記載の広
帯域赤外カメラ用レンズシステム。 - 【請求項１８】前記レンズシステムは、実質的に１００
％の開口整合がとれていることを特徴とする、請求項１
７に記載の広帯域赤外カメラ用レンズシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/042496 | 1998-03-16 | ||
| US09/042,496 US5940224A (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Wide band infrared camera lens systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11287950A true JPH11287950A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=21922244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11067925A Pending JPH11287950A (ja) | 1998-03-16 | 1999-03-15 | 広帯域赤外カメラ用レンズシステム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5940224A (ja) |
| JP (1) | JPH11287950A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100962970B1 (ko) | 2008-06-19 | 2010-06-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 촬상 렌즈 |
| JP2012173562A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Tamron Co Ltd | 赤外線レンズ |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246517B1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-06-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Lenses for the 1.50 to 2.55 micron band |
| DE102004057096B4 (de) * | 2004-11-26 | 2008-06-12 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Weitwinkeloptik |
| KR100955975B1 (ko) | 2006-01-30 | 2010-05-04 | 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 | 적외선 렌즈, 적외선 카메라 및 나이트비전 |
| JP3982554B2 (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ |
| CN101510001B (zh) * | 2009-03-31 | 2013-08-07 | 河南同城光电有限公司 | 一种长焦镜头 |
| CN104238090B (zh) * | 2010-11-19 | 2016-08-24 | 大立光电股份有限公司 | 光学摄像透镜组 |
| US9025256B2 (en) | 2011-03-10 | 2015-05-05 | Raytheon Company | Dual field of view refractive optical system for GEO synchronous earth orbit |
| US9110276B2 (en) * | 2012-01-20 | 2015-08-18 | Raytheon Company | Full-field GEO imager optics with extended spectral coverage |
| CN102879890B (zh) * | 2012-07-06 | 2014-11-05 | 苏州大学 | 一种长焦距大相对孔径变焦距光学系统 |
| CN104101986A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-10-15 | 江苏卡罗卡国际动漫城有限公司 | 一种红外鱼眼镜头 |
| WO2016019539A1 (zh) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 远红外成像透镜组、物镜及探测仪 |
| CN112882210B (zh) * | 2021-02-02 | 2022-07-29 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 一种非制冷型中长波宽波段共焦红外光学系统 |
Family Cites Families (17)
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| DE3214269A1 (de) * | 1982-04-17 | 1983-10-20 | Zeiss Carl Fa | Gekuehlte feldoptik fuer infrarotteleskope |
| US4600265A (en) * | 1983-01-27 | 1986-07-15 | Pilkington P.E. Limited | Infra-red optical systems |
| GB8417993D0 (en) * | 1984-07-14 | 1984-08-15 | Pilkington Perkin Elmer Ltd | Infra-red lenses |
| US4738496A (en) * | 1985-03-19 | 1988-04-19 | Ludvik Canzek | High speed infrared wide angle lens system |
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| US4999005A (en) * | 1988-10-19 | 1991-03-12 | Cooper Erwin E | Wide band color correcting infrared lens system |
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| JP2737272B2 (ja) * | 1989-07-12 | 1998-04-08 | 株式会社ニコン | 赤外用変倍光学系 |
| DD297520A5 (de) * | 1989-08-23 | 1992-01-09 | Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh,De | Hochgeoeffnetes ir-weitwinkelobjektiv mit bildseitig telezentrischen strahlengang |
| DE3943258A1 (de) * | 1989-12-29 | 1991-07-11 | Michael Brunn | Silhouettierungsfreies spiegelsystem fuer astronomische teleskope vom typ schiefspiegler |
| US5193025A (en) * | 1992-01-21 | 1993-03-09 | Hughes Aircraft Company | Optical viewing and near infrared tracking system for a portable missle launcher |
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| US5331470A (en) * | 1992-12-11 | 1994-07-19 | Hughes Aircraft Company | Fast folded wide angle large reflective unobscured system |
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| US5493441A (en) * | 1994-01-13 | 1996-02-20 | Texas Instruments Incorporated | Infrared continuous zoom telescope using diffractive optics |
-
1998
- 1998-03-16 US US09/042,496 patent/US5940224A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-03-15 JP JP11067925A patent/JPH11287950A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100962970B1 (ko) | 2008-06-19 | 2010-06-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 촬상 렌즈 |
| JP2012173562A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Tamron Co Ltd | 赤外線レンズ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5940224A (en) | 1999-08-17 |
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