JPS62194201A - フレネル状レンズ - Google Patents
フレネル状レンズInfo
- Publication number
- JPS62194201A JPS62194201A JP3637686A JP3637686A JPS62194201A JP S62194201 A JPS62194201 A JP S62194201A JP 3637686 A JP3637686 A JP 3637686A JP 3637686 A JP3637686 A JP 3637686A JP S62194201 A JPS62194201 A JP S62194201A
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- JP
- Japan
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- lens
- fresnel
- fresnel lens
- zone
- wedge
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「技術分野」
本発明は、開口数が大きく、かつ焦点における集光効率
の高い一種のフレネルレンズに関するものである。
の高い一種のフレネルレンズに関するものである。
「従来技術オ、、lJlニーびその問題点」フレネルレ
ンズは、その−面を平面、他面を輪状の曲面群から構成
したもので、同一の焦点距離を有するレンズを薄くする
ことができるという利点がある。このフレネルレンズで
は、理論上、輪帯幅を狭くする程光学性能を上げること
ができるが、その精密製作には限度がある。他方このフ
レネルレンズからヒントを得たフレネル状レンズは、例
えばコンパクトディスク等の対物レンズとして各積用い
られでいる。その一つはグレーティングレンズと呼ばれ
るもので、いわゆるフレネル輪帯を鋸歯状に旋削加工し
たものである。このレンズでは外周になる程輸帯幅が狭
くなり、開口数が大きい(Fナンバーが小ざい)程輸帯
数も増加する0例えば焦点距離が2mm、Fナンバーが
1のレンズを想定すると、輪帯数は500、輪帯幅は約
lumとなる。このようなレンズの加工は不可能である
ため、現在のところ、このグレーティングレンズでは、
開口数が高々0.15程度の小口径レンズしか製作され
でいない。またこのレンズでは焦点における集光効率も
高々75%である。
ンズは、その−面を平面、他面を輪状の曲面群から構成
したもので、同一の焦点距離を有するレンズを薄くする
ことができるという利点がある。このフレネルレンズで
は、理論上、輪帯幅を狭くする程光学性能を上げること
ができるが、その精密製作には限度がある。他方このフ
レネルレンズからヒントを得たフレネル状レンズは、例
えばコンパクトディスク等の対物レンズとして各積用い
られでいる。その一つはグレーティングレンズと呼ばれ
るもので、いわゆるフレネル輪帯を鋸歯状に旋削加工し
たものである。このレンズでは外周になる程輸帯幅が狭
くなり、開口数が大きい(Fナンバーが小ざい)程輸帯
数も増加する0例えば焦点距離が2mm、Fナンバーが
1のレンズを想定すると、輪帯数は500、輪帯幅は約
lumとなる。このようなレンズの加工は不可能である
ため、現在のところ、このグレーティングレンズでは、
開口数が高々0.15程度の小口径レンズしか製作され
でいない。またこのレンズでは焦点における集光効率も
高々75%である。
このグレーティングレンズに代わるものとして、同様の
フレネル輪帯を有するゾーンプレートが製作されている
。このゾーンプレートにあいでも、開口数の大きいもの
ヲ旋削加工するのは困難なため、ホトリソグラフィー法
により製作されているが、その集光効率は40%と極め
て低い。
フレネル輪帯を有するゾーンプレートが製作されている
。このゾーンプレートにあいでも、開口数の大きいもの
ヲ旋削加工するのは困難なため、ホトリソグラフィー法
により製作されているが、その集光効率は40%と極め
て低い。
ざらに第3のフレネル状レンズとしで、ホログラムレン
ズが知られているが、製造工程がやや煩雑な上、集光効
率も低い。
ズが知られているが、製造工程がやや煩雑な上、集光効
率も低い。
このように従来のフレネル状レンズは、開口数の大きい
ものの製作が極めて困難であるか、その製造工程が複雑
であり、集光効率も低い等の欠点を有するものであった
6 「発明の目的」 本発明は、従来のフレネル状レンズの以上の問題点を解
消し、開口数が大きく、集光効率が高く、しかも旋削加
工が比較的容易なフレネル状レンズを得ることを目的と
する。
ものの製作が極めて困難であるか、その製造工程が複雑
であり、集光効率も低い等の欠点を有するものであった
6 「発明の目的」 本発明は、従来のフレネル状レンズの以上の問題点を解
消し、開口数が大きく、集光効率が高く、しかも旋削加
工が比較的容易なフレネル状レンズを得ることを目的と
する。
「発明の概要」
本発明は、−面が平面、他面が輪帯群の楔面群から構成
されているフレネル状レンズにおいで、各輪帯の径方向
の幅を同一幅に設定し、各輪帯の内径の光軸方向と平行
な高ざを、その内径円周上の光位相が可及的に零となる
ように定めるとともに、各輪帯の楔角を、該輪帯上の任
意の点における光位相が可及的に零になるように定めた
ことを特徴としている。
されているフレネル状レンズにおいで、各輪帯の径方向
の幅を同一幅に設定し、各輪帯の内径の光軸方向と平行
な高ざを、その内径円周上の光位相が可及的に零となる
ように定めるとともに、各輪帯の楔角を、該輪帯上の任
意の点における光位相が可及的に零になるように定めた
ことを特徴としている。
「発明の実施例」
以下図示実施例について本発明を説明する。筒1図は本
発明によるフレネル状レンズ1を断面図で示したもので
ある。このフレネル状レンズ1は、入射面2が平面、出
射面3が楔面4を有する輪帯5群からなっている。この
実施例では、輪帯群5の数は50である。またこのフレ
ネル状レンズ1の厚ざdは任意である。
発明によるフレネル状レンズ1を断面図で示したもので
ある。このフレネル状レンズ1は、入射面2が平面、出
射面3が楔面4を有する輪帯5群からなっている。この
実施例では、輪帯群5の数は50である。またこのフレ
ネル状レンズ1の厚ざdは任意である。
本発明は、このフレネル状レンズにあいで、■各輪帯5
の幅Cを同一の幅に設定したこと、■各輪帯5の内径の
光軸方向と平行な高さを、その内径円周上の光位相か可
及的に零となるように定めたこと、 ■および各輪帯5の楔角αを、輪帯5上の任意の点にお
ける光位相が可及的に零になるように定めたことを特徴
としている。
の幅Cを同一の幅に設定したこと、■各輪帯5の内径の
光軸方向と平行な高さを、その内径円周上の光位相か可
及的に零となるように定めたこと、 ■および各輪帯5の楔角αを、輪帯5上の任意の点にお
ける光位相が可及的に零になるように定めたことを特徴
としている。
第2図は、各輪帯5の高さTI、T2 (u m)と楔
角αの定義を示すもので、高ざT1、T2は、基準面S
の上(T1.T2・0)か、その左方(入射面2側、T
1.T2 <0)か、その右方(T1.T2>O)かに
よって符号が付される。この定義に基づき、各輪11F
5の高ざ丁1、T2、および楔角αの具体的な定め方に
ついで述べる。その理論的根拠はフレネルの回折積分で
ある。
角αの定義を示すもので、高ざT1、T2は、基準面S
の上(T1.T2・0)か、その左方(入射面2側、T
1.T2 <0)か、その右方(T1.T2>O)かに
よって符号が付される。この定義に基づき、各輪11F
5の高ざ丁1、T2、および楔角αの具体的な定め方に
ついで述べる。その理論的根拠はフレネルの回折積分で
ある。
いまフレネル状レンズ1の代わりに焦点距離fの収差の
ない理想レンズを想定し、これに平行光を入射したとす
ると、焦点面における光量分布は、第4図に破線で示す
、いわゆるエアリ−・ディスクの分布となる。同図の横
軸は焦点面上の横座標、縦軸は光強度分布である。この
場合には、レンズ上の任意の点から焦点に集光する光の
位相θは零(厳密にはθ= 2mvr、mは整数)であ
る、この理想レンズを取除いた円形開口からの光は焦点
に集光しないボケ像であり、光の位相eは零にはならな
い。
ない理想レンズを想定し、これに平行光を入射したとす
ると、焦点面における光量分布は、第4図に破線で示す
、いわゆるエアリ−・ディスクの分布となる。同図の横
軸は焦点面上の横座標、縦軸は光強度分布である。この
場合には、レンズ上の任意の点から焦点に集光する光の
位相θは零(厳密にはθ= 2mvr、mは整数)であ
る、この理想レンズを取除いた円形開口からの光は焦点
に集光しないボケ像であり、光の位相eは零にはならな
い。
本発明においてフレネル状レンズ1の各輪帯5に楔面4
を設ける目的は、各輪帯5上の任意の点から焦点に到達
する光の位相を、曲面でなく楔面によって、可及的に零
に近づけ、フレネル状レンズを理想レンズに近づけるた
めである。
を設ける目的は、各輪帯5上の任意の点から焦点に到達
する光の位相を、曲面でなく楔面によって、可及的に零
に近づけ、フレネル状レンズを理想レンズに近づけるた
めである。
第3図は円形開口の光位相を示す図である。横軸は半径
r、’IX軸は光位相θである。この光位相θは符号6
で示す放物線となり、f3=nrl入fで表される。い
まm番面の輪帯Rmについで、その高さと楔角を考える
。この輪帯の内径、外径をそれぞれrl=mc、r2=
(ml−1)c、c=20u mとすると、半径r1、
T2における光位相は、θI=k(rl) /2f、θ
2・k(T2) /2f、 k・2TT/λである。こ
の放物線的光位相6を直線9で近似し、この直線9と逆
符号になる。ように直線7を加えると、この区間(rl
、T2)の位相項は曲線8のようになる。この曲線(位
相)8は僅かの残留項を残して殆ど零になる。
r、’IX軸は光位相θである。この光位相θは符号6
で示す放物線となり、f3=nrl入fで表される。い
まm番面の輪帯Rmについで、その高さと楔角を考える
。この輪帯の内径、外径をそれぞれrl=mc、r2=
(ml−1)c、c=20u mとすると、半径r1、
T2における光位相は、θI=k(rl) /2f、θ
2・k(T2) /2f、 k・2TT/λである。こ
の放物線的光位相6を直線9で近似し、この直線9と逆
符号になる。ように直線7を加えると、この区間(rl
、T2)の位相項は曲線8のようになる。この曲線(位
相)8は僅かの残留項を残して殆ど零になる。
一方、半径r1にあける位相θ1を2TTで割った剰余
θdを、第2図に示す楔の高さ口、つまり光軸と平行な
方向の長さに換算すると、 θd;k(n−1)TIであるから、高ざT1は、T1
・λθd/27T(n−1)となる。半径r2における
楔の高ざT2は、 T2=(θ2−e Ded)/2iT(n−1) テア
ル。2うiコ楔角αは、 α=tan (T2−T
I)/(T2−rl)□jan (丁2−丁1)/C
となる。
θdを、第2図に示す楔の高さ口、つまり光軸と平行な
方向の長さに換算すると、 θd;k(n−1)TIであるから、高ざT1は、T1
・λθd/27T(n−1)となる。半径r2における
楔の高ざT2は、 T2=(θ2−e Ded)/2iT(n−1) テア
ル。2うiコ楔角αは、 α=tan (T2−T
I)/(T2−rl)□jan (丁2−丁1)/C
となる。
したがって高ざT1、T2および楔角αをこのように定
めることによって、各輪帯5上の任意の点から焦点に到
達する光の位相を、可及的に零に近づけ、かつ各輪帯5
の内径円周上の光位相を可及的に零に近づけることがで
きる。
めることによって、各輪帯5上の任意の点から焦点に到
達する光の位相を、可及的に零に近づけ、かつ各輪帯5
の内径円周上の光位相を可及的に零に近づけることがで
きる。
第5図は、フレネル状レンズ1の全体の半径r!1mm
、焦点距離fを2mm、輪帯の幅c!20umとしたと
きの各輪帯5について、楔の高さTl、T2および楔角
αをこのようにして計算した結果を示すものである。
、焦点距離fを2mm、輪帯の幅c!20umとしたと
きの各輪帯5について、楔の高さTl、T2および楔角
αをこのようにして計算した結果を示すものである。
第4図の破線は、第5図のデータに基づき作成したフレ
ネル状レンズの焦点にあける光量分布を示している。破
線は、前述の理想的なエアリ−・ディスク分布であって
、両者は殆ど−敗しでいる。これから本実施例のフレネ
ル状レンズの集光径は約1.6 um 、回折効率(集
光効率)は約84%であることか分る。
ネル状レンズの焦点にあける光量分布を示している。破
線は、前述の理想的なエアリ−・ディスク分布であって
、両者は殆ど−敗しでいる。これから本実施例のフレネ
ル状レンズの集光径は約1.6 um 、回折効率(集
光効率)は約84%であることか分る。
本発明のフレネル状レンズは、個別に製作する他、母型
である金型を超精密なCNC旋9j1等により加工し、
これに透明ガラスまたはプラスチツウを流し込んで製作
することができる。このような型による製作の場合、楔
の高さや角度の誤差、あるいは楔の山や谷の端部のだれ
が避けられないから、第4図の東線より集光径や集光特
性はやや低下する。しかし本発明の基本的な効果は損な
われない。
である金型を超精密なCNC旋9j1等により加工し、
これに透明ガラスまたはプラスチツウを流し込んで製作
することができる。このような型による製作の場合、楔
の高さや角度の誤差、あるいは楔の山や谷の端部のだれ
が避けられないから、第4図の東線より集光径や集光特
性はやや低下する。しかし本発明の基本的な効果は損な
われない。
「発明の効果J
以上のように本発明によるフレネル状レンズは、従来の
この種レンズに比し、輪帯数を少なくしでも集光径を小
さくし、集光効率を高くすることができ、楔の高さも高
いために、金型の旋削も容易で精密なものを得ることが
できる。またフレネル状レンズに代わるゾーンプレート
やホログラムレンズに比し、簡単に製造することができ
、しかも集光径、集光効率とも遥かに優れたものを得る
ことができる。このためコンパクトディスクや光ビデオ
ディスク等の光学機器のピックアップのみならず、他の
光学的情報処理系における微小光学素子としで、多大の
用途を期待できる。
この種レンズに比し、輪帯数を少なくしでも集光径を小
さくし、集光効率を高くすることができ、楔の高さも高
いために、金型の旋削も容易で精密なものを得ることが
できる。またフレネル状レンズに代わるゾーンプレート
やホログラムレンズに比し、簡単に製造することができ
、しかも集光径、集光効率とも遥かに優れたものを得る
ことができる。このためコンパクトディスクや光ビデオ
ディスク等の光学機器のピックアップのみならず、他の
光学的情報処理系における微小光学素子としで、多大の
用途を期待できる。
第1図は本発明によるフレネル状レンズの実施例を示す
上半縦断面図、第2図は各輪帯の拡大図、第3図は円形
開口の光位相を示す図、第4図は焦点面における光量分
布を示すグラフ、第5図は各輪帯の高さと楔角の計算例
を示す図表である。 1・・・フレネル状レンズ、2・・・入射面、3・・・
出射面、4・・・楔面、5・・・輪帯。 特許出願人 加光学工業株式会社 同代理人 三 浦 邦 夫 同 松井 茂 第3図 のへ寸のトド−の■■0寸−ト〜■■ −■トのト ヘ
ヘーのへ■のヘ トド5Sl−1−+I−S++−1−+−ヒトトヒト)
−)−)−1−1−1−ヒトト←ぐの一〜〜−1’−(
’)!’−−一■■〜N へのの−〇の(’JOののの
−の■の○のの0口の■唖−トフーへのの寸0■のNの
■■0−−へへの寸寸ηのの000ののののののの寸寸
寸寸寸寸寸寸11 II II II II II I
I II II II II II II II II
II II II II II IIae+aaΦΦ
55じe+eesae+e+e+ae+じddへののN
(ト)■の〜 へののclII へののへNNへ
への寸寸寸寸0ω■■■トのののの■01111111
11tlll!11111111I II II II
II II II II II II II II
II II II II II II II II I
INへcSJヘヘヘ〜へへへヘヘ〜へへへへへへヘヘ←
トトドトトトトl−1−)−)−1−ヒトトドHトトト
N へυへへ へへへへ へヘヘ〜 ヘへヘヘo o
ooo oooo oooo ooo。 lol 11 lol 1 l 1o111 lot
l l lII II II II II II II
II II II II II It II II
II II II II II II手昨売ネ甫正1!
’(自発) 昭和61年 4月 3日 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第36376号 2、発明の名称 フレネル状レンズ 代表者 松 本 徹 氏名 (8328)弁理士 三 浦 邦 夫 (外1
名)5、補正命令の日付 自発 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第6頁第9行目の「θ=vrr/λf、!
1という記載を「θ= n r2/λtJと補正する。 (2)同書第6頁第13〜14行目の、「θI=k(r
l)/2f、 e 2=k(r2)/2f、 、!]
という記載ヲrθI=k(rl)2/2f、θ2=k(
r2)2/2f、 JJと補正する。 以上
上半縦断面図、第2図は各輪帯の拡大図、第3図は円形
開口の光位相を示す図、第4図は焦点面における光量分
布を示すグラフ、第5図は各輪帯の高さと楔角の計算例
を示す図表である。 1・・・フレネル状レンズ、2・・・入射面、3・・・
出射面、4・・・楔面、5・・・輪帯。 特許出願人 加光学工業株式会社 同代理人 三 浦 邦 夫 同 松井 茂 第3図 のへ寸のトド−の■■0寸−ト〜■■ −■トのト ヘ
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II II II II II II手昨売ネ甫正1!
’(自発) 昭和61年 4月 3日 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第36376号 2、発明の名称 フレネル状レンズ 代表者 松 本 徹 氏名 (8328)弁理士 三 浦 邦 夫 (外1
名)5、補正命令の日付 自発 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第6頁第9行目の「θ=vrr/λf、!
1という記載を「θ= n r2/λtJと補正する。 (2)同書第6頁第13〜14行目の、「θI=k(r
l)/2f、 e 2=k(r2)/2f、 、!]
という記載ヲrθI=k(rl)2/2f、θ2=k(
r2)2/2f、 JJと補正する。 以上
Claims (1)
- 一面が平面、他面が輪帯群の楔面群から構成されている
フレネル状レンズにおいて、各輪帯の径方向の幅を同一
幅に設定し、各輪帯の内径の光軸方向と平行な高さを、
その内径円周上の光位相が可及的に零となるように定め
るとともに、各輪帯の楔角を、該輪帯上の任意の点にお
ける光位相が可及的に零になるように定めたことを特徴
とするフレネル状レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3637686A JPS62194201A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | フレネル状レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3637686A JPS62194201A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | フレネル状レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62194201A true JPS62194201A (ja) | 1987-08-26 |
| JPH0462642B2 JPH0462642B2 (ja) | 1992-10-07 |
Family
ID=12468127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3637686A Granted JPS62194201A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | フレネル状レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62194201A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4936666A (en) * | 1989-08-08 | 1990-06-26 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Diffractive lens |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58168701U (ja) * | 1982-05-04 | 1983-11-10 | 日本ビクター株式会社 | フレネルレンズ |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP3637686A patent/JPS62194201A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58168701U (ja) * | 1982-05-04 | 1983-11-10 | 日本ビクター株式会社 | フレネルレンズ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4936666A (en) * | 1989-08-08 | 1990-06-26 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Diffractive lens |
| JPH0335502U (ja) * | 1989-08-08 | 1991-04-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0462642B2 (ja) | 1992-10-07 |
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