JP2001141993A - Infrared optical system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、温度に応じて赤
外線を放射する被写体を撮影する赤外線カメラに用いる
赤外線光学系に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared optical system used for an infrared camera for photographing an object which emits infrared rays according to temperature.
【0002】[0002]
【従来の技術】赤外線カメラは、被写体が放射した赤外
線を画像化する装置である。被写体から放射される赤外
線量は、その温度に応じている。被写体の温度がおよそ
300K程度であるとすると、波長10μm程度に輝度
のピークがある。加えて、大気中の水分による吸収が少
ないことから、赤外線カメラには、波長8〜12μm程
度の赤外線を利用するものがある。2. Description of the Related Art An infrared camera is a device for imaging infrared rays emitted by a subject. The amount of infrared radiation emitted from the subject depends on the temperature. Assuming that the temperature of the subject is about 300 K, there is a luminance peak at a wavelength of about 10 μm. In addition, since there is little absorption by moisture in the atmosphere, some infrared cameras use infrared rays having a wavelength of about 8 to 12 μm.
【0003】被写体の赤外線放射分布を画像化するため
には、上記波長帯の赤外線を忠実に写像する機能、すな
わち結像する機能が赤外線光学系に必要となる。結像の
劣化の要因として収差がある。赤外線光学系には広い波
長帯に亘って収差が小さいことが要求される。また、被
写体を網羅する視野の範囲で収差が小さいことが要求さ
れる。収差には、屈折率の波長変化に依存する色収差、
レンズ形状に依存する球面収差、コマ収差、非点収差な
どがある。In order to image the infrared radiation distribution of a subject, a function of faithfully mapping infrared rays in the above-mentioned wavelength band, that is, a function of forming an image, is required for an infrared optical system. Aberration is a factor of image formation deterioration. The infrared optical system is required to have a small aberration over a wide wavelength band. Further, it is required that aberration is small in the range of the visual field covering the subject. Aberrations include chromatic aberration depending on the wavelength change of the refractive index,
There are spherical aberration, coma aberration, astigmatism, etc. depending on the lens shape.
【0004】図8は、例えば特開昭62−109014
号公報に示された従来の赤外線光学系の断面図である。
図8において、11は凸面を物体側に向けた凸メニスカ
スレンズ、12は凹面を物体側に向けた凹メニスカスレ
ンズ、13は凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズ
である。各レンズの材料はゲルマニウムであり、各レン
ズのレンズ形状はすべて球面形状である。14は絞りで
ある。15は光軸(レンズの回転対称軸)、16は像面
である。FIG. 8 shows, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-109014.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional infrared optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 10-115,036.
In FIG. 8, reference numeral 11 denotes a convex meniscus lens having a convex surface facing the object side, 12 denotes a concave meniscus lens having a concave surface facing the object side, and 13 denotes a convex meniscus lens having a convex surface facing the object side. The material of each lens is germanium, and the lens shape of each lens is all spherical. Reference numeral 14 denotes an aperture. Reference numeral 15 denotes an optical axis (a rotationally symmetric axis of the lens), and reference numeral 16 denotes an image plane.
【0005】上記構成において、レンズの材料として用
いられるゲルマニウムは、8〜12μm程度の波長範囲
においては低分散、すなわち屈折率の変化が微小である
という利点がある。ゲルマニウムをレンズ材料として採
用することにより、屈折率の波長変化に依存する色収差
の発生を抑えている。また、3枚組構成とし、6面の球
面レンズ面を、物体面から順に凸、凹、凹、凸、凸、凹
と配置することにより、視野全域に亘って収差を小さく
し、被写体の赤外線放射分布を像面16に結像する赤外
線光学系を得ている。In the above structure, germanium used as a lens material has an advantage that it has a low dispersion in a wavelength range of about 8 to 12 μm, that is, a change in the refractive index is small. By employing germanium as the lens material, the occurrence of chromatic aberration depending on the wavelength change of the refractive index is suppressed. In addition, a three-element configuration is used, and the six spherical lens surfaces are arranged in the order of convex, concave, concave, convex, convex, concave from the object surface, thereby reducing aberrations over the entire field of view and reducing infrared rays of the subject. An infrared optical system for imaging the radiation distribution on the image plane 16 is obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の赤外線光学系において、レンズ材料として使用して
いるゲルマニウムは希少なレンズ材料であり、高価であ
る。また、メニスカスレンズは、レンズ有効径と、凸面
の頂点から凹面の周辺部までの長さで決まる円柱状のレ
ンズ材料から切り出す必要がある。このため、従来の赤
外線光学系は、以上のようなメニスカスレンズから構成
されているので、容量が増大し、また、多くのレンズ材
料が必要となり、光学系全体のコストが高くなるという
課題があった。In the above-mentioned conventional infrared optical system, germanium used as a lens material is a rare lens material and is expensive. Further, the meniscus lens needs to be cut out of a cylindrical lens material determined by the effective lens diameter and the length from the vertex of the convex surface to the peripheral portion of the concave surface. For this reason, since the conventional infrared optical system is composed of the meniscus lens as described above, there is a problem that the capacity is increased, more lens materials are required, and the cost of the entire optical system is increased. Was.
【0007】この発明は上述したような課題を解決する
ためになされたもので、使用するレンズ材料の容量を低
減し、光学系のコストの低減を図ることができる赤外線
光学系を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an infrared optical system capable of reducing the capacity of a lens material to be used and reducing the cost of the optical system. And
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明に係る赤外線光
学系は、片面をフレネル面、他方の面を平面で構成した
凸レンズの作用をもつフレネルレンズを2枚具備し、 (φ−φ1)/φ2>0.1 (1) 1.5>φ(φ2+φ1−φ)/(φ1φ2)>0.5 (2) ただし、φは赤外線光学系全系のパワー φ1は物体側に配置されたフレネルレンズのパワー φ2は像側に配置されたフレネルレンズのパワー 上記条件式(1)と(2)を満たすことを特徴とするも
のである。The infrared optical system according to the present invention comprises two Fresnel lenses having a Fresnel surface on one side and a convex surface on the other side, and having the function of a convex lens, and (φ−φ1) / φ2> 0.1 (1) 1.5> φ (φ2 + φ1-φ) / (φ1φ2)> 0.5 (2) where φ is the power of the whole infrared optical system φ1 is the Fresnel lens arranged on the object side Is the power of the Fresnel lens arranged on the image side, and satisfies the above conditional expressions (1) and (2).
【0009】また、上記2枚のフレネルレンズは低分散
な材料からなることを特徴とするものである。The two Fresnel lenses are made of a material with low dispersion.
【0010】また、上記フレネルレンズの材料を、ゲル
マニウムまたはシリコンとしたことを特徴とするもので
ある。[0010] Further, the material of the Fresnel lens is germanium or silicon.
【0011】また、上記2枚のフレネルレンズの4つの
面の少なくとも1つの面に回折レンズ作用をもつ微細構
造を備えたことを特徴とするものである。[0011] Further, at least one of the four surfaces of the two Fresnel lenses is provided with a fine structure having a diffractive lens function.
【0012】また、上記フレネルレンズを切削加工によ
って製造したことを特徴とするものである。Further, the Fresnel lens is manufactured by cutting.
【0013】また、上記フレネルレンズを成形加工によ
って製造したことを特徴とするものである。Further, the Fresnel lens is manufactured by molding.
【0014】さらに、上記フレネルレンズをエッチング
技術によって製造したことを特徴とするものである。Further, the Fresnel lens is manufactured by an etching technique.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1に係る赤外線光学系の基本的な構成を示す
断面図であり、赤外線光学系は、片面がフレネル面、他
方の面を平面としたフレネルレンズの2枚構成としてい
る。図1において、1はゲルマニウムで作られたフレネ
ルレンズであり、物体側に凸レンズの屈折作用をもつフ
レネル面1a、像側に平面1bを有し、光学部品として
は凸レンズの屈折作用をもつ。2も同様にゲルマニウム
で作られたフレネルレンズであり、物体側に凸レンズの
屈折作用をもつフレネル面2a、像側に平面2bを有
し、光学部品としては凸レンズの屈折作用をもつ。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of an infrared optical system according to Embodiment 1 of the present invention. The infrared optical system has two Fresnel lenses each having a Fresnel surface on one side and a flat surface on the other side. And In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a Fresnel lens made of germanium, which has a Fresnel surface 1a having a refraction function of a convex lens on the object side and a flat surface 1b on the image side, and has a refraction function of a convex lens as an optical component. Reference numeral 2 also designates a Fresnel lens made of germanium, which has a Fresnel surface 2a having a convex lens refraction function on the object side and a flat surface 2b on the image side, and has a refraction function of a convex lens as an optical component.
【0016】前述の通り、ゲルマニウムは8〜12μm
程度の波長範囲においては低分散であり、屈折率の変化
が微小であるので、フレネルレンズ1および2で発生す
る色収差は無視できるほどに小さい。15は光軸であ
り、フレネル面1aおよび2aの回転対称軸となってい
る。16は像面であり、フレネルレンズ1および2で結
像された被写体の赤外線像が形成される。他方の面を平
面としたフレネルレンズ構造とすることにより、レンズ
を薄くすることができるので、使用するレンズ材料の容
量を非常に少なくすることができる。As described above, germanium is 8 to 12 μm
Since the dispersion is low and the change in the refractive index is very small in the wavelength range of the order, the chromatic aberration generated in the Fresnel lenses 1 and 2 is negligibly small. Reference numeral 15 denotes an optical axis, which is a rotationally symmetric axis of the Fresnel surfaces 1a and 2a. Reference numeral 16 denotes an image plane on which an infrared image of a subject formed by the Fresnel lenses 1 and 2 is formed. By using a Fresnel lens structure having the other surface as a flat surface, the lens can be made thin, so that the capacity of the lens material used can be extremely reduced.
【0017】ただ1枚のフレネルレンズを用いた場合、
光軸15と像面16とが交わる近傍の非常に狭い範囲で
は収差を小さくすることができるが、光軸15から離れ
ると非対称な収差(コマ収差、非点収差など)が大きく
なる。したがって、被写体の赤外線像を得ることはでき
ない。凸レンズの屈折作用をもつフレネルレンズ1およ
び2を適当な間隔をもって配置することにより、すべて
の収差を小さくして、鮮明な赤外線像を得ることができ
る。When only one Fresnel lens is used,
The aberration can be reduced in a very narrow range near the intersection of the optical axis 15 and the image plane 16, but asymmetric aberrations (coma, astigmatism, etc.) increase when the distance from the optical axis 15 increases. Therefore, an infrared image of the subject cannot be obtained. By arranging the Fresnel lenses 1 and 2 having the function of refracting convex lenses at appropriate intervals, all aberrations can be reduced and a clear infrared image can be obtained.
【0018】また、フレネルレンズ1および2は、下式
(1)および(2)に示すバックフォーカスおよびレン
ズ間隔に関する条件を満たすように設定される。 (φ−φ1)/φ2>0.1 (1) 1.5>φ(φ2+φ1−φ)/(φ1φ2)>0.5 (2) ただし、φは赤外線光学系全系のパワー φ1は物体側に配置されたフレネルレンズのパワー φ2は像側に配置されたフレネルレンズのパワーThe Fresnel lenses 1 and 2 are set so as to satisfy the conditions relating to the back focus and the lens interval shown in the following equations (1) and (2). (Φ−φ1) / φ2> 0.1 (1) 1.5> φ (φ2 + φ1−φ) / (φ1φ2)> 0.5 (2) where φ is the power of the whole infrared optical system φ1 is the object side Φ2 is the power of the Fresnel lens placed on the image side
【0019】すなわち、条件式(1)はバックフォーカ
スに関する条件である。赤外線光学系により形成された
赤外線像をモニタなどの表示手段に映像化するために
は、赤外線検出器により電気信号に変換する必要があ
る。赤外線検出器を配置するためには、十分なバックフ
ォーカスを確保する必要がある。条件式(1)を満足す
ることにより、コマ収差を抑えながら、十分なバックフ
ォーカスを確保することができる。条件式(1)の下限
を越えると、バックフォーカスの確保が不可能となると
ともに、コマ収差が増大する。That is, the conditional expression (1) is a condition relating to the back focus. In order to visualize an infrared image formed by the infrared optical system on a display means such as a monitor, it is necessary to convert the infrared image into an electric signal by an infrared detector. In order to arrange the infrared detector, it is necessary to secure a sufficient back focus. By satisfying conditional expression (1), it is possible to secure a sufficient back focus while suppressing coma. If the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, it becomes impossible to secure the back focus and coma aberration increases.
【0020】一方、条件式(2)はレンズ間隔に関する
条件である。条件式(2)を満足することにより、レン
ズ間隔を全系の焦点距離の0.5倍から1.5倍の範囲
に設定することができ、非点収差や像面彎曲を抑えるこ
とができる。条件式(2)の範囲を越えると、非点収差
および像面彎曲が補正不足となり、実用に耐えられなく
なる。On the other hand, conditional expression (2) is a condition relating to the lens interval. By satisfying conditional expression (2), the lens interval can be set in the range of 0.5 to 1.5 times the focal length of the entire system, and astigmatism and field curvature can be suppressed. . When the value exceeds the range of the conditional expression (2), the astigmatism and the curvature of field become insufficiently corrected, and cannot be put to practical use.
【0021】また、図2はフレネル面の形状を示す説明
図である。光軸(回転対称軸)15からの変位をx、フ
レネル面の曲率半径をr、円錐係数をbとすると、式
(3)で示されるf(x)を、一定の段差で分割するこ
とにより、フレネル面の形状を形成している。FIG. 2 is an explanatory view showing the shape of the Fresnel surface. Assuming that the displacement from the optical axis (rotationally symmetrical axis) 15 is x, the radius of curvature of the Fresnel surface is r, and the cone coefficient is b, f (x) shown in Expression (3) is divided by a constant step. , The shape of the Fresnel surface.
【0022】[0022]
【数1】 (Equation 1)
【0023】フレネルレンズ1および2ともに、物体側
にフレネル面を配し、像側に平面を配している。また、
フレネルレンズ1および2ともに、レンズ材料をゲルマ
ニウムとしているので、発生する色収差は無視できるほ
どに小さくなっている。さらに、光学系の絞りはフレネ
ルレンズ1の物体側のフレネル面上に配している。Both Fresnel lenses 1 and 2 have a Fresnel surface on the object side and a flat surface on the image side. Also,
Since the lens material of both Fresnel lenses 1 and 2 is germanium, the generated chromatic aberration is negligibly small. Further, the stop of the optical system is arranged on the Fresnel surface of the Fresnel lens 1 on the object side.
【0024】以下、具体的な実施例を用いてこの発明を
説明する。 実施例1.この発明の赤外線光学系の具体的な数値デー
タを示す。諸元は、波長帯が8〜12μm、Fナンバー
が1.6、焦点距離が100mm、半画角が8.0°、
段差が0.1mmである。表1は実施例1の具体的な数
値データを示す。表1において、Sは面番号、Rは曲率
半径(mm)、bは円錐係数、dは面間隔(mm)、n
は波長10μmにおける屈折率である。Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. Embodiment 1 FIG. The following shows specific numerical data of the infrared optical system of the present invention. The specifications are as follows: the wavelength band is 8 to 12 μm, the F number is 1.6, the focal length is 100 mm, the half angle of view is 8.0 °,
The step is 0.1 mm. Table 1 shows specific numerical data of the first embodiment. In Table 1, S is the surface number, R is the radius of curvature (mm), b is the cone coefficient, d is the surface interval (mm), n
Is the refractive index at a wavelength of 10 μm.
【0025】図3は結像性能を示す図であり、光線追跡
により求めたスポット径の画角依存性を示している。円
形開口による回折の広がりを、エアリーの第1暗帯の直
径で表すと、およそ(2.5×Fナンバー×波長)とな
る。この場合、この実施例の諸元によればおよそ40μ
mである。この発明の赤外線光学系によるスポット径が
回折程度であり、収差が小さく抑えられており、結像さ
れていることがわかる。FIG. 3 is a graph showing the imaging performance, and shows the angle of view dependence of the spot diameter obtained by ray tracing. Expressing the spread of diffraction by the circular aperture by the diameter of the first dark zone of Airy is approximately (2.5 × F number × wavelength). In this case, according to the specifications of this embodiment, approximately 40 μm
m. It can be seen that the spot diameter of the infrared optical system according to the present invention is about diffraction, the aberration is suppressed to a small value, and an image is formed.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】実施例2.諸元は、Fナンバーが1.3、
半画角が5.0°、その他は実施例1と同じである。表
2は、実施例2の具体的な数値データを示す。図4は、
結像性能としてスポット径の画角依存性を示す。Embodiment 2 FIG. The specifications are F-number 1.3,
The half angle of view is 5.0 °, and the others are the same as in the first embodiment. Table 2 shows specific numerical data of the second embodiment. FIG.
The imaging performance shows the dependence of the spot diameter on the angle of view.
【0028】[0028]
【表2】 [Table 2]
【0029】実施例3.諸元は、Fナンバーが2.0、
その他は実施例1と同じである。表3は実施例3の具体
的な数値データを示す。図5は、結像性能としてスポッ
ト径の画角依存性を示す。Embodiment 3 FIG. The specifications are F number 2.0,
Others are the same as the first embodiment. Table 3 shows specific numerical data of the third embodiment. FIG. 5 shows the angle of view dependence of the spot diameter as the imaging performance.
【0030】[0030]
【表3】 [Table 3]
【0031】実施例4.諸元は、半画角が1.4、その
他は実施例1と同じである。表4は実施例4の具体的な
数値データを示す。図6は、結像性能としてスポット径
の画角依存性を示す。Embodiment 4 FIG. The specifications are the same as those of the first embodiment, except that the half angle of view is 1.4. Table 4 shows specific numerical data of the fourth embodiment. FIG. 6 shows the field angle dependence of the spot diameter as the imaging performance.
【0032】[0032]
【表4】 [Table 4]
【0033】次に、実施例1ないし実施例4の各条件式
に対する値を表5に示す。表5から明らかなように、実
施例1ないし実施例4の数値は、条件式(1)および
(2)を満足している。Next, Table 5 shows values for the respective conditional expressions in Examples 1 to 4. As is clear from Table 5, the numerical values of Examples 1 to 4 satisfy the conditional expressions (1) and (2).
【0034】[0034]
【表5】 [Table 5]
【0035】以上では、物体側にフレネル面を配し、像
側に平面を配したフレネルレンズについて説明したが、
これとは逆に、フレネル面を像側に配し、平面を物体側
に配しても、条件式(1)および(2)を満足すれば、
同様な効果が得られる。また、光学系の絞りをフレネル
レンズ1の物体側のフレネル面上に配しているが、絞り
の位置はこれに限定されることはなく、光学系のいずれ
に配置してもよい。In the above, a Fresnel lens having a Fresnel surface on the object side and a plane on the image side has been described.
Conversely, even if the Fresnel surface is arranged on the image side and the plane is arranged on the object side, if conditional expressions (1) and (2) are satisfied,
Similar effects can be obtained. Further, although the aperture of the optical system is arranged on the Fresnel surface on the object side of the Fresnel lens 1, the position of the aperture is not limited to this, and may be arranged at any of the optical systems.
【0036】また、フレネル面の形状は、式(3)で示
した2次の非球面であるf(x)をもとに決めたが、任
意の非球面形状をもとにしても同様な効果が得られる。
例えば、次式で表される一般的な非球面形状の表現式
(4)を用いてもよい。ただし、式中のA,B,C,D
は非球面の形状を表す係数である。Further, the shape of the Fresnel surface is determined based on f (x) which is a quadratic aspheric surface expressed by the equation (3). The effect is obtained.
For example, a general aspherical expression (4) expressed by the following equation may be used. Where A, B, C, D
Is a coefficient representing the shape of the aspherical surface.
【0037】[0037]
【数2】 (Equation 2)
【0038】また、フレネル面の各輪帯の形状は、同一
の関数f(x)をもとに定めたが、輪帯毎に関数を変え
てもよい。輪帯の番号をiで表すと、各輪帯毎にフレネ
ル面の形状を表すfi(x)を定めることにより、フレ
ネルレンズ1および2を形成することができる。また、
上記実施例では、フレネル面の段差を0.1mmとして
いるが、この値に限定される理由ことはなく、波長に比
べて十分に大きな値であれば、0.1mm以外の値でも
よい。Although the shape of each zone on the Fresnel surface is determined based on the same function f (x), the function may be changed for each zone. When the ring zone number is represented by i, the fresnel lenses 1 and 2 can be formed by determining f i (x) representing the shape of the Fresnel surface for each ring zone. Also,
In the above embodiment, the step of the Fresnel surface is set to 0.1 mm. However, the value is not limited to this value, and may be a value other than 0.1 mm as long as the value is sufficiently larger than the wavelength.
【0039】また、上記説明では、レンズ材料としてゲ
ルマニウムを採用しているが、屈折率の波長依存性が小
さい材料であれば、ほかの材料でも効果があることはい
うまでもない。8〜12μm程度の波長範囲において、
波長変化に伴う屈折率の変化が微小な材料としては、シ
リコンがある。シリコンは吸収が比較的大きなレンズ材
料であるので、上記波長帯では肉厚なレンズとしては使
用できない。しかしながら、この発明の赤外線光学系に
使用するフレネルレンズのように薄いレンズであれば、
レンズ材料による吸収を抑えることができる。In the above description, germanium is used as the lens material, but it goes without saying that other materials are effective as long as the material has a small wavelength dependence of the refractive index. In the wavelength range of about 8 to 12 μm,
Silicon is an example of a material in which the change in the refractive index due to the wavelength change is small. Since silicon is a lens material having relatively large absorption, it cannot be used as a thick lens in the above wavelength band. However, if it is a thin lens like the Fresnel lens used in the infrared optical system of the present invention,
Absorption by the lens material can be suppressed.
【0040】また、フレネルレンズ1または2のフレネ
ル面は回転対称としているので、精密旋盤による切削加
工によって製造することができる。また、精密旋盤によ
る切削加工によって製造した金型を用いて、成形加工に
よっても製造することができる。さらに、レンズ材料と
して例記したゲルマニウムやシリコンは半導体であり、
エッチング技術など半導体製造技術を用いて製造するこ
ともできる。Further, since the Fresnel surface of the Fresnel lens 1 or 2 is rotationally symmetric, it can be manufactured by cutting with a precision lathe. Further, it can also be manufactured by molding using a mold manufactured by cutting with a precision lathe. Furthermore, germanium and silicon exemplified as lens materials are semiconductors,
It can also be manufactured using a semiconductor manufacturing technique such as an etching technique.
【0041】実施の形態2.図7はこの発明の実施の形
態2に係る赤外線光学系を示す断面図である。図7にお
いて、1はフレネルレンズであり、物体側に凸レンズの
屈折作用をもつフレネル面1a、像側に平面上に凸の回
折レンズ作用をもつ微細構造(輪帯構造)を備えた面1
cを有し、光学部品としては凸レンズの作用をもつ。2
はフレネルレンズであり、物体側に凸レンズの屈折作用
をもつフレネル面2a、像側に平面2bを有し、光学部
品としては凸レンズの作用をもつ。Embodiment 2 FIG. 7 is a sectional view showing an infrared optical system according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a Fresnel lens, which has a Fresnel surface 1a having a refractive function of a convex lens on the object side, and a surface 1 having a fine structure (annular structure) having a diffractive lens function having a convex surface on the image side.
and has the function of a convex lens as an optical component. 2
Denotes a Fresnel lens, which has a Fresnel surface 2a having a refractive function of a convex lens on the object side and a flat surface 2b on the image side, and has a convex lens function as an optical component.
【0042】レンズ材料の分散が無視できない場合、鮮
明な被写体像を得るためには、色収差を低減する必要が
ある。一般的な色収差低減方法は、材料の異なるレンズ
を用いて、低分散な材料のレンズに凸の屈折作用を、高
分散な材料のレンズに凹の屈折作用をもたせることであ
る。しかしながら、この方法では、2つの凸レンズのを
適当な間隔をもって配置することにより、収差を小さく
することができない。When the dispersion of the lens material cannot be neglected, it is necessary to reduce chromatic aberration in order to obtain a clear object image. A general method of reducing chromatic aberration is to use lenses of different materials to have a convex refraction effect on a lens of a low dispersion material and a concave refraction effect on a lens of a high dispersion material. However, in this method, the aberration cannot be reduced by arranging the two convex lenses at an appropriate interval.
【0043】一方、回折レンズ作用は負の分散特性を有
するので、凸の回折レンズ作用をもって、凸の屈折作用
ともに色収差を低減することができる。したがって、フ
レネルレンズ1および2ともに、凸レンズ作用を有する
ことができ、鮮明な画像を得るための条件式(1)およ
び(2)を満足することができる。On the other hand, since the diffractive lens function has a negative dispersion characteristic, the chromatic aberration can be reduced both in the convex refraction function by the convex diffractive lens function. Therefore, both the Fresnel lenses 1 and 2 can have a convex lens function, and can satisfy the conditional expressions (1) and (2) for obtaining a clear image.
【0044】微細構造の回折レンズは平面上だけでな
く、屈折作用をもつフレネル面上にも作成することがで
きる。図7に示す実施の形態2では、物体側のフレネル
レンズ1の像側の平面上に微細構造を備えたが、物体側
のフレネル面上に備えてもよい。もちろん、フレネルレ
ンズ2の平面上またはフレネル面上に備えてもよい。The diffraction lens having a fine structure can be formed not only on a flat surface but also on a Fresnel surface having a refracting action. In Embodiment 2 shown in FIG. 7, the fine structure is provided on the image-side plane of the Fresnel lens 1 on the object side, but may be provided on the Fresnel surface on the object side. Of course, it may be provided on the plane of the Fresnel lens 2 or on the Fresnel surface.
【0045】以上の実施の形態では、波長帯を熱赤外線
領域である8〜12μmとしたが、他の赤外線領域であ
っても同様の効果がある。In the above embodiment, the wavelength band is set to 8 to 12 μm, which is a thermal infrared region, but the same effect can be obtained even in another infrared region.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、片面
をフレネル面、他方の面を平面で構成した凸レンズの作
用をもつフレネルレンズを2枚具備し、条件式(1)と
(2)を満たすようにしたので、使用するレンズ材料の
容量を低減し、光学系のコストの低減をすることができ
る。As described above, according to the present invention, there are provided two Fresnel lenses each having a Fresnel surface on one side and a flat surface on the other side and having the function of a convex lens, and conditional expressions (1) and (2) ), The capacity of the lens material used can be reduced, and the cost of the optical system can be reduced.
【0047】また、上記2枚のフレネルレンズは低分散
な材料からなるので、発生する色収差は無視できるほど
に小さくなり、鮮明な被写体象を得ることができる。Further, since the two Fresnel lenses are made of a material with low dispersion, the chromatic aberration that occurs is so small that it can be neglected, and a clear image of the subject can be obtained.
【0048】また、上記フレネルレンズの材料を、ゲル
マニウムまたはシリコンとしたので、発生する色収差は
無視できるほどに小さくなり、鮮明な被写体象を得るこ
とができる。また、波長変化に伴う屈折率の変化を微小
にすることができる。Further, since the Fresnel lens is made of germanium or silicon, the generated chromatic aberration is negligibly small, and a clear image of the subject can be obtained. Further, a change in the refractive index due to a change in the wavelength can be made small.
【0049】また、上記2枚のフレネルレンズの4つの
面の少なくとも1つの面に回折レンズ作用をもつ微細構
造を備えたので、低分散でない材料を用いて光学系のコ
ストの低減をすることができる。Further, since a fine structure having a diffractive lens function is provided on at least one of the four surfaces of the two Fresnel lenses, the cost of the optical system can be reduced by using a material having low dispersion. it can.
【0050】また、上記フレネルレンズを切削加工によ
って容易に製造することができる。The Fresnel lens can be easily manufactured by cutting.
【0051】また、上記フレネルレンズを成形加工によ
って容易に製造することができる。Further, the Fresnel lens can be easily manufactured by molding.
【0052】さらに、上記フレネルレンズをエッチング
技術によって容易に製造することができる。Further, the Fresnel lens can be easily manufactured by an etching technique.
【図1】 この発明の実施の形態1に係る赤外線光学系
の基本的な構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a basic configuration of an infrared optical system according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 図1のレンズのフレネル面の形状を示す説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a shape of a Fresnel surface of the lens of FIG.
【図3】 赤外線光学系の具体的な数値データ例として
の実施例1の結像性能であるスポット径の画角依存性を
示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a field angle dependence of a spot diameter, which is an image forming performance of Example 1, as a specific example of numerical data of an infrared optical system.
【図4】 赤外線光学系の具体的な数値データ例として
の実施例2の結像性能であるスポット径の画角依存性を
示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the angle-of-view dependence of the spot diameter, which is the imaging performance of Example 2 as a specific example of numerical data of the infrared optical system.
【図5】 赤外線光学系の具体的な数値データ例として
の実施例3の結像性能であるスポット径の画角依存性を
示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the angle-of-view dependency of the spot diameter, which is the imaging performance of Example 3, as a specific example of numerical data of the infrared optical system.
【図6】 赤外線光学系の具体的な数値データ例として
の実施例3の結像性能であるスポット径の画角依存性を
示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the angle of view dependence of the spot diameter, which is the imaging performance of Example 3, as a specific example of numerical data of the infrared optical system.
【図7】 この発明の実施の形態2に係る赤外線光学系
を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing an infrared optical system according to Embodiment 2 of the present invention.
【図8】 特開昭62−109014号公報に示された
従来の赤外線光学系の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional infrared optical system disclosed in JP-A-62-109014.
1,2 フレネルレンズ、1a,2a フレネルレンズ
1,2のフレネル面、1b,2b フレネルレンズ1,
2の平面、1c フレネルレンズの凸の回折レンズ作用
を持つ微細構造を備えた面、16 像面。1, 2 Fresnel lens, 1a, 2a Fresnel surface of Fresnel lens 1, 2, 1b, 2b Fresnel lens 1,
2 plane, 1c surface provided with a fine structure having the function of a convex diffraction lens of a Fresnel lens, 16 image surfaces.
Claims (7)
成した凸レンズの作用をもつフレネルレンズを2枚具備
し、 (φ−φ1)/φ2>0.1 (1) 1.5>φ(φ2+φ1−φ)/(φ1φ2)>0.5 (2) ただし、φは赤外線光学系全系のパワー φ1は物体側に配置されたフレネルレンズのパワー φ2は像側に配置されたフレネルレンズのパワー 上記条件式(1)と(2)を満たすことを特徴とする赤
外線光学系。1. A fresnel lens having a function of a convex lens having one surface formed as a Fresnel surface and the other surface formed as a flat surface, wherein (φ−φ1) / φ2> 0.1 (1) 1.5> φ (Φ2 + φ1-φ) / (φ1φ2)> 0.5 (2) where φ is the power of the whole infrared optical system φ1 is the power of the Fresnel lens disposed on the object side φ2 is the power of the Fresnel lens disposed on the image side Power An infrared optical system that satisfies the conditional expressions (1) and (2).
て、上記2枚のフレネルレンズは低分散な材料からなる
ことを特徴とする赤外線光学系。2. The infrared optical system according to claim 1, wherein said two Fresnel lenses are made of a low-dispersion material.
において、上記フレネルレンズの材料を、ゲルマニウム
またはシリコンとしたことを特徴とする赤外線光学系。3. The infrared optical system according to claim 1, wherein said Fresnel lens is made of germanium or silicon.
て、上記2枚のフレネルレンズの4つの面の少なくとも
1つの面に回折レンズ作用をもつ微細構造を備えたこと
を特徴とする赤外線光学系。4. The infrared optical system according to claim 1, wherein at least one of the four surfaces of said two Fresnel lenses has a fine structure having a diffractive lens function. .
外線光学系において、上記フレネルレンズを切削加工に
よって製造したことを特徴とする赤外線光学系。5. The infrared optical system according to claim 1, wherein said Fresnel lens is manufactured by cutting.
外線光学系において、上記フレネルレンズを成形加工に
よって製造したことを特徴とする赤外線光学系。6. The infrared optical system according to claim 1, wherein said Fresnel lens is manufactured by molding.
外線光学系において、上記フレネルレンズをエッチング
技術によって製造したことを特徴とする赤外線光学系。7. An infrared optical system according to claim 1, wherein said Fresnel lens is manufactured by an etching technique.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007171547A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Nikon Corp | Fresnel lens and liquid crystal projector using the same |
WO2012140389A1 (en) | 2011-04-14 | 2012-10-18 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Imaging system comprising a fresnel lens |
WO2013179592A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | ソニー株式会社 | Infrared optical assembly and infrared image capture device |
JP2015203850A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 株式会社タムロン | infrared imaging device |
CN108474935A (en) * | 2016-07-07 | 2018-08-31 | 株式会社尼康 | eyepiece optical system and head-mounted display |
CN113281830A (en) * | 2021-05-19 | 2021-08-20 | 烟台艾睿光电科技有限公司 | Lens and optical lens |
WO2022185716A1 (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fresnel lens and sensor system |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5338325A (en) * | 1976-09-21 | 1978-04-08 | Tokyo Purasuchitsuku Renzu Kk | Achromatic and aplanatic lens system having two plane fresnel lenses |
JPS58129410A (en) * | 1982-01-28 | 1983-08-02 | Victor Co Of Japan Ltd | Projection lens system |
JPH0279809A (en) * | 1988-08-18 | 1990-03-20 | Gec Marconi Ltd | Lens system |
JPH05236352A (en) * | 1992-02-18 | 1993-09-10 | Mitsubishi Electric Corp | Sensitivity correcting method for infrared image pickup device |
JPH06194571A (en) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Olympus Optical Co Ltd | Objective lens of endoscope |
JPH06201903A (en) * | 1992-08-20 | 1994-07-22 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Manufacture of lens sheet |
JPH0756010A (en) * | 1994-05-18 | 1995-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fresnel lens for infrared light |
JPH08325033A (en) * | 1995-05-30 | 1996-12-10 | Tokyo Denshi Yakin Kenkyusho:Kk | Optical lens for infrared and infrared sensor module |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32112299A patent/JP3758072B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5338325A (en) * | 1976-09-21 | 1978-04-08 | Tokyo Purasuchitsuku Renzu Kk | Achromatic and aplanatic lens system having two plane fresnel lenses |
JPS58129410A (en) * | 1982-01-28 | 1983-08-02 | Victor Co Of Japan Ltd | Projection lens system |
JPH0279809A (en) * | 1988-08-18 | 1990-03-20 | Gec Marconi Ltd | Lens system |
JPH05236352A (en) * | 1992-02-18 | 1993-09-10 | Mitsubishi Electric Corp | Sensitivity correcting method for infrared image pickup device |
JPH06201903A (en) * | 1992-08-20 | 1994-07-22 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Manufacture of lens sheet |
JPH06194571A (en) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Olympus Optical Co Ltd | Objective lens of endoscope |
JPH0756010A (en) * | 1994-05-18 | 1995-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fresnel lens for infrared light |
JPH08325033A (en) * | 1995-05-30 | 1996-12-10 | Tokyo Denshi Yakin Kenkyusho:Kk | Optical lens for infrared and infrared sensor module |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007171547A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Nikon Corp | Fresnel lens and liquid crystal projector using the same |
JP4743607B2 (en) * | 2005-12-22 | 2011-08-10 | 株式会社ニコン | Fresnel lens and liquid crystal projector using the Fresnel lens |
WO2012140389A1 (en) | 2011-04-14 | 2012-10-18 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Imaging system comprising a fresnel lens |
US9316541B2 (en) | 2011-04-14 | 2016-04-19 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Imaging system comprising a Fresnel lens |
WO2013179592A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | ソニー株式会社 | Infrared optical assembly and infrared image capture device |
JPWO2013179592A1 (en) * | 2012-05-31 | 2016-01-18 | ソニー株式会社 | Infrared optical system, infrared imaging device |
US9632291B2 (en) | 2012-05-31 | 2017-04-25 | Sony Corporation | Infrared optical system, infrared image capturing apparatus |
JP2015203850A (en) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 株式会社タムロン | infrared imaging device |
CN108474935A (en) * | 2016-07-07 | 2018-08-31 | 株式会社尼康 | eyepiece optical system and head-mounted display |
US10921583B2 (en) | 2016-07-07 | 2021-02-16 | Nikon Corporation | Ocular optical system including a lens group having cemented lens and head-mounted display using the same |
WO2022185716A1 (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fresnel lens and sensor system |
CN113281830A (en) * | 2021-05-19 | 2021-08-20 | 烟台艾睿光电科技有限公司 | Lens and optical lens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3758072B2 (en) | 2006-03-22 |
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