JP2005521918A - 固定焦点の光学的に熱化された回折赤外線ズーム対物レンズ - Google Patents

Abstract

ズ−ムレンズアセンブリ10は温度変化に対して機械的ではなく光学的に補正する。好ましい実施形態において、ＷＦＯＶおよびＮＦＯＶのズームレンズ位置の間の焦点の差は焦点の実際のずれがズ−ムレンズアセンブリの焦点深度内に入るように最小にされる。ズームレンズアセンブリは光軸に沿って第１の材料で作られ、正の倍率を有する第１のレンズ素子12および第３のレンズ素子16と、ＷＦＯＶとＮＦＯＶの位置の間の光軸に沿って可動である第１のレンズ素子と第３のレンズ素子の間に挿入された第２のレンズ素子14とを有する。第２のレンズ素子は負の倍率を有し、第２の材料で構成される。材料は第１の材料の温度変化による屈折率の変化が第２の材料の温度変化による屈折率の変化より少ないように選択される。ズ−ムレンズアセンブリは第１および第３のレンズ素子の少なくとも１つの回折表面を使用して入射放射の色補正をする。

Description

本発明は、マルチレンズ光学システムに関し、特に、本発明は赤外線（ＩＲ）をイメージするために使用するためのズームレンズ光学システムのような可動な別のレンズに関する。

ＩＲあるいは熱イメ−ジングシステムは典型的に赤外線を検出する複数の熱センサを使用し、人間の眼によって視覚化できるイメージを生成する。例えば熱イメ−ジングシステムは典型的に異なった情景の対象と情景の視覚的イメージの熱の放射差をディスプレイする。熱イメ−ジングシステムは機械装置、航空機、輸送手段および人々を過熱する火を検出して、温度に敏感な工業プロセスを制御するために使用される。

熱イメ−ジングシステムの基本の構成要素には情景からＩＲ放射を集め、焦点を結ばせるための光学系と、ＩＲ放射を電気信号に変換する複数の熱センサを有するＩＲ検出器と、電気信号を増幅しおよび処理して視覚的なディスプレイに送りおよび／または適切な媒体に貯蔵するための電子装置とが含まれている。チョッパ−はＩＲ放射を変調し、基準信号を提供する一定のバックグラウンド放射を生成するために熱イメ−ジングシステムに含まれている。熱イメ−ジングシステムは多数のＩＲ検出器を使用する。熱イメ−ジングシステムの電気処理部分は最小のバックグラウンドバイアスの信号を製造するために全放射信号から基準信号を引く。熱イメ−ジングシステムは多数のＩＲ検出器を使用する。ＩＲ検出器はＩＲスペクトルの電磁放射に応答する装置である。ＩＲ検出器は冷却されたおよび冷却されていない２つの主なカテゴリに分類される。冷却されたＩＲ検出器は液体窒素の温度のような極低温で動作され、ＩＲ放射の変化に対して望ましい感度を得るＩＲ検出器である。冷却された検出器は一般的に光電子相互作用による電圧変化を生成する小さいバンドギャップの半導体を有する熱センサを使用する。後者の効果は内部光電効果と呼ばれている。冷却されていないＩＲ検出器は暗電流成分が室温での信号を埋没するので小さいバンドギャップ半導体を利用できない。従って、冷却されない検出器は別の物理現象に依存しており、一般的に冷却された検出器よりも感度が低い。しかしながら、冷却されない検出器は極低温冷却器および関連した構成要素の存在を要求しないので、大型でなく、冷却された検出器よりもエネルギ−消費が少ない。したがって可搬式には好ましく、冷却された検出器のように大きい感度が要求されない低電力用として好ましい。一般的な冷却されない熱検出器において、ＩＲフォトンは熱検出器によって吸収され、吸収素子の温度差の結果が検出される。典型的な冷却されない熱検出器はパイロ電気検出器、熱電対、およびボロメ−タが含まれている。ＩＲ窓は大気を通って電磁気放射の十分な伝送が行われるＩＲスペクトルの周波数領域である。典型的にＩＲ検出器は３乃至５ミクロン（０．４乃至０．２５ｅＶのエネルギを有する）、および８乃至１４ミクロン（０．１６乃至０．０９ｅＶのエネルギを有する）のスペクトル帯域のＩＲ放射を検知する。通常８乃至１４ミクロンのスペクトル帯域が一般に“遠赤外線帯域”と呼ばれ、３乃至５ミクロンのスペクトル帯域は“近赤外線帯域”と呼ばれる。近、遠両遠赤外線帯域の間のＩＲ放射は大気の吸収によって普通は検出できず、この問題は真空空間で使用されるＩＲイメ−ジングシステムでは生じず、検出された５−８ミクロンの中間ＩＲスペクトル帯域を検出可能にする。ＩＲ情景放射は１以上のＩＲレンズによって熱検出器上に一般的に焦点を結ばせる。ＩＲレンズはビュ−レンズあるいはズームレンズの単一フィールドとして分類され、それから連続ズ−ムレンズあるいは２位置のズームレンズとして機能するよう設計される。

代表的なものは米国特許5,852,516 号明細書“Dual Purpose Infrared Lens Assembly Using Diffractive Optics”、Robert B.Chipper, および米国特許5,973,827 号明細書“Refractive/Diffractive Infrared Imager and Optics ”Robert B.Chipperである。

しかしながら冷却されない検出器に使用される通常のＩＲズ−ムレンズにおいて、温度が増加あるいは減少すると、一般的に−１０℃あるいはそれ以下から約５０℃以上までの範囲で焦点がドリフトする問題が存在する。レンズドリフトの問題は、レンズ材料の温度の関数としてレンズ材料の屈折率が一般的に大きい変化率であることに強く依存する。

図１を参照すると、３つのレンズ2,3,4 を有する通常のズ−ムレンズアセンブリ1 が示されている。３つのレンズは同じＩＲ放射透過材料、この場合はゲルマニウム（Ｇｅ）で各構成されている。レンズ表面に回折特性のものはない。レンズ3 はレンズ駆動装置5 によって広視野（ＷＦＯＶ）と狭視野（ＮＦＯＶ）の位置の間で可動である。

温度により誘起される焦点ドリフト問題に対する通常の解決法はズ−ムレンズアセンブリ1 内の少なくともレンズ3 を再度焦点を結ばせることによって温度変化に対して焦点を維持する複雑で高価な電磁機械アセンブリ5 を設けることを含む。レンズ駆動装置は非線形な動きを有する１以上のカムに結合した１以上のモータを使用する。これらは温度変化に対してレンズ素子3 の物理位置を変化するためにルックアップテーブルを必要とし、また望ましいレンズの視野の関数としてモータドライブソフトウエアに結合される。選択されたズーム位置（ＷＦＯＶおよびＮＦＯＶ）に応じて焦点を結ぶために異なる焦点率対温度特性を必要とする。加えてあるタイプの温度センサはモータ駆動装置ソフトウエアの入力を提供するためにズ−ムレンズアセンブリ1 の実際の温度を監視する必要がある。

認識されるように、ズ−ムレンズアセンブリの焦点を持続しようと複雑で高価な従来技術のアプローチは望ましくない。

米国特許:5,504,628号明細書“Passive Athermalization of Optics ” J.F.Borchard.を参照する。この特許明細書はほぼ同じアッベ数および事実上屈折率の異なる温度係数を有する２つのレンズ材料を選択することによって光学的受動的に断熱化される二重レンズの使用を開示している。レンズ素子の倍率比は望ましい受動断熱化を提供するよう設計される。回折表面は色収差を補正するためにレンズ素子の１つに使用される。アッベ数は２つのレンズ材料に対してほぼ同じであるので、色補正は温度による変化は重要ではない。色補正と独立して温度によるダブレットの焦点距離を制御するレンズ素子の倍率比を与える。

ズ−ムレンズアセンブリを構成するアプロ−チを使用する試みが示される場合、６つのレンズおよび３つの回折表面を必要とし、すなわち従来技術のレンズ素子2,3,4 の各レンズの代わりに回折ダブレットを使用する。認識されるように、結果的に光学システムは複雑な機械的に取付けた装置を必要とし、高コストである。

これらの教えによる好ましい実施形態によって前述および他の問題が克服され、その他の利点が実現される。

本発明にしたがって温度に関連する問題はＩＲレンズ材料、レンズ倍率、回折表面の選択および組合せによって克服される。本発明を使用することにより、温度にわたる焦点変化は最小化され、ズーム位置間で実質上除去される。これは付加的な電気機械メカニズムおよび温度検知熱電対を不要にすることを可能にし、同時に許容できる温度変化にわたる変調伝達関数（ＭＴＦ）性能（焦点）を達成する。

本発明によるズ−ムレンズアセンブリは機械的ではなく光学的に補正し、温度の変化に対して、２つのズームレンズ位置間の焦点差（焦点デルタ）はズ−ムレンズアセンブリの焦点深度内に焦点のずれが入ることを意味する。この技術により、許容できる温度変化にわたるＭＴＦ特性が達成され、ズ−ムレンズアセンブリの変化を補正するためにレンズ素子に電気機械の再度焦点を結ばせることを必要としない。

本発明による教えによれば温度範囲にわたって焦点維持を達成すると同時に許容できる公称性能を達成するために、回折表面位置およびレンズ素子間の相対倍率を組立てるのに使用された特定の順序および選択基準が明らかにされる。特に、３つのレンズのズ−ムレンズアセンブリに対して、第１および第３のレンズは正の倍率であり、第２のレンズは負の倍率である。さらに、回折表面は３つのレンズの実施例のうち第１および第３のレンズには低い分散（低いＶナンバー）のレンズを使用する。

好ましい実施形態において、温度変化によるＷＦＯＶとＮＦＯＶズ−ムレンズ位置の間の焦点の差は焦点の実際のずれがズ−ムレンズアセンブリの焦点深度内に入るよう最小化される。ズ−ムレンズアセンブリは光軸に沿って、第１材料から構成されて正の倍率を有する第１と第３のレンズ素子とそれらの第１および第３のレンズ素子の間に挿入されＷＦＯＶとＮＦＯＶ位置の間で光軸に沿って移動する第２のレンズ素子とを有する。第２のレンズ素子が負の倍率を有し、第２の材料で構成されている。材料は第１の材料の温度変化に対する屈折率の変化が第２の材料の温度変化の屈折率の変化より少ないよう選択される。ズ−ムレンズアセンブリは少なくとも第１および第３のレンズ素子の１つの回折表面を使用して入射放射を色補正する。

好ましい実施形態において、第１および第３のレンズのｄｎ／ｄＴの値は（温度変化に対する屈折率変化）は１７５より少なく、第２のレンズのｄｎ／ｄＴの値は３７５より大きい。本発明の好ましい実施形態において第２のレンズのｄｎ／ｄＴの値は第１および第３のレンズのｄｎ／ｄＴの値より少なくとも２倍以上である。さらに好ましい実施形態においては第２のレンズのｄｎ／ｄＴの値は第１および第３のレンズのｄｎ／ｄＴの値の少なくとも３倍以上である。最も好ましい第２のレンズの具体例のｄｎ／ｄＴの値は３９５であり、各第１および第３のレンズのｄｎ／ｄＴの値は５８である。

これらの技術の前述およびその他の特徴は好ましい実施形態の以下の詳細な説明および添付された図面に関連してにさらに明白にされる。

図２は、本発明によるズームレンズアセンブリ10の例を示す図であり、温度変化に対して機械的に再焦点を設定することを必要としない。好ましい実施例において、第１のレンズ12（レンズ＃１）はカルコゲニド赤外線ガラスで構成された正の倍率のレンズ素子であり、好ましくは、特許出願人によって開発されたTI-1173 であり、あるいはガ−ランド、テキサスの会社のアモルファス材料で得られるAMTIR-3 （アモルファス伝送赤外線透過）である。TI-1173 およびAMTIR-3 は共に温度（Ｔ）の変化に対して屈折率（ｎ）（ｄｎ／ｄＴ）の変化が少ない特性を示す。例によって、AMTIR-3 の一般的な特性値は、図７Ａに示されている。屈折率の熱変化の値が２５−６５℃の範囲で、図７Ｂに示されている。図８に示される表も参照されなければならない。

図２において、第１のレンズ12は回折表面を含んでおり、好ましくは第２あるいは後方表面である。第２のレンズ14（レンズ＃２）はＷＦＯＶとＮＦＯＶの間の手動的あるいは機械的に可動な負の倍率のレンズであり、好ましくは第１のレンズ12より高いｄｎ／ｄＴを有する材料、例えばＧｅ（ゲルマニウム）である異なるレンズ材料で構成されている。図７Ｃを参照すると温度範囲にわたるＧｅの屈折率の変化を示すグラフ示されている。第３のレンズ16（レンズ＃３）は正の倍率レンズであり、TI-1173 またはAMTIR-3 のような低いｄｎ／ｄＴの材料で構成されており、また回折表面を含んでおり、それは好ましくは第２あるいは後方表面である。ＩＲ検出器18はズームレンズアセンブリ10の一部を形成せずに、それ自体がレンズアセンブリ10の焦平面に位置されるよう示される。

本発明によると、要求された焦点位置は温度ではなくズーム位置の関数として変化する。ズームレンズアセンブリ10は従来技術の図１に示されたアセンブリのように複雑ではなく、高価ではない。それは、従来技術のズームレンズアセンブリ1 の温度変化を電気機械的に補正することを要求される温度センサ、ソフトウエアルックアップテーブル、付加的なモータ、非線形カム運動を必要としない。

図３はズームレンズアセンブリ10のパラメータ、選択基準を設計する第１の表を示す。図４はズームレンズアセンブリ10の第１のオーダー光特性の第２の表を示す。図３において、屈折率は１０ミクロンの波長に対して与えられる。Ｖ数はレンズ材料の分散であり、８−１２ミクロンの波長帯域にわたって記載され、表面型式はＲ１が前面あるいは第１の表面（図２の図の左側）であり、Ｒ２が後方あるいは第２の表面（図２の図面の右側）である。Ｚ（光）軸は図面に示される。加えて、倍率＝１／ＥＦＬ、すなわち実効焦点距離（インチ）である。例示的な実施形態について、半径、中心の厚さ、エアギャップ、非球面係数および回折表面パラメータ（レンズ12および16の表面Ｒ２）は光デザインソフトウエアプログラムの出力の下に与えられる。

前述の表において、

ＲＤＹは表面の半径であり、
ＴＨＩは表面の中央の厚さであり、
ＳＴＯは開口ストップの表面位置を示す。

ＩＭＧは最終イメージ平面表面を示す。

ＨＯＥはホログラフィ−（あるいは回折）表面型式を示す。

ＨＶ１は通常実像のＲＥＡの実像あるいは虚像の光源を示す。

ＨＶ２は通常実像のＲＥＡの実像あるいは虚像の光源を示す。

ＨＯＲは通常１あるいは−１の回折設計順位である。

ＨＸ１は通常０のＨＶ１の方位方向の光源位置を示す。

ＨＹ１は通常０のＨＶ１の高さ方向の光源位置を示す。

ＨＺ１はＨＶ１のＺ方向（光軸に沿って）光源位置を示す。

通常非常に大きい値あるいは無限大
ＨＸ２は通常０のＨＶ２の方位方向の光源位置を示す。

ＨＹ２は通常０のＨＶ２の高さ方向の光源位置を示す。

ＨＺ２はＨＶ２のＺ方向（光軸に沿って）光源位置を示す。

通常非常に大きい値あるいは無限大
ＨＷＬは表面（λ）の設計波長である。

ＨＴＯは球面あるいは非球面の表面型式を示す。

ＨＣＴは回転対称あるいは非回転対称を示す。

Ｃ１は第２オーダの位相係数である。

Ｃ２は第４オーダの位相係数である。

Ｃ３は第６オーダの位相係数である。

Ｃ６７は第４オーダの非球面係数（Ａ）
Ｃ６８は第６オーダの非球面係数（Ｂ）
Ｃ６９は第８オーダの非球面係数（Ｃ）
Ｃ７０は第１０オーダの非球面係数（Ｄ）
ＡＳＰは非球面表面型式を示す。

Ｋは表面の円錐係数である。

ＩＣは＋Ｚ方向の表面ノーマル点を示す。

ＣＵＦは０ではない場合のフレネル表面の半径を示す。

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ第４，第６，第８および第１０オーダの非球面係数である。

上記記載された指定データに関して：
ＦＮＯはレンズアセンブリのＦ−ナンバ−を示す。

ＤＩＭは（インチあるいはｍｍ）の大きさを示す。

ＷＬはレンズアセンブリの特定設計波長および波長範囲（例えば２０まで）を示す。

ＷＴＷはＷＬによって定義された対応する設計波長に対する相対加重である。

ＲＥＦは実効焦点距離の第１オーダのレンズパラメータを計算する基準波長である。

ＸＩＭは最適化および解析として使用された方位方向のイメージ表面におけるオブジェクトフィールドポイント位置である。

ＹＩＭは最適化および解析として使用された高さ方向のイメージ表面のオブジェクトフィールドポイント位置である。

ＷＴＦはＸＩＭ＆ＹＩＭによって定義された対応するフィールドポイントに対する相対加重である。

ＶＵＸはＸＩＭ＆ＹＩＭによって定義された対応する各フィールドポイントの＋方位方向の入射ひとみビネット値である。

ＶＬＸはＸＩＭ＆ＹＩＭによって定義された対応する各フィールドポイントの−方位方向の入射ひとみビネット値である。

ＶＵＹはＸＩＭ＆ＹＩＭによって定義された対応する各フィールドポイントの＋高さ方向の入射ひとみビネット値である。

ＶＬＹはＸＩＭ＆ＹＩＭによって定義された対応するフィールドポイントの−方位方向の入射ひとみビネット値である。

一般表面定義は次式によって与えられる。

ＺはＺ軸あるいは光軸に沿ったサグ（Ｓａｇ）値である。

Ｙは半径の高さである。

ＣＣは表面のベース曲率（１／半径）である。

Ｋは表面の円錐係数である。

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは第４、第６、第８、第１０オーダの非球面係数である。

ＨＯＲは回折設計オーダであり、一般１または−１である。

λは表面の設計波長である。

Ｎ１は表面の前側の材料の屈折率である。

Ｎ２は表面の後側の材料の屈折率である。

Ｃ１は第２オーダの位相係数である。

Ｃ２は第４オーダの位相係数である。

Ｃ３は第６オーダの位相係数である。

ＩＮＴは数理整数関数である。

図５ＡはＷＦＯＶおよびＮＦＯＶ位置におけるズームレンズアセンブリ10を同時に示し、各位置の情景から達する光線を示すダイアグラムである。この例において、レンズアセンブリ10はF/1.0 の160x120 、50ミクロン、25-50 ｍｍズームである。レンズ12とレンズ16の間の間隔は、レンズ14のＮＦＯＶ位置の単一（以前の）焦点計算を必要とするが、単一の焦点測定はＷＦＯＶ位置のレンズ14の位置を設定するために必要とされていることに注意すべきである。レンズ14は実効焦点距離あるいはレンズアセンブリ10の視界を変化するために異なる位置に位置される。

図５ＢはＮＦＯＶ位置のみにおけるズ−ムレンズアセンブリ10を示す図である。図５ＣはＷＦＯＶ位置のみにおけるズ−ムレンズアセンブリ10を示す図である。

図６Ａおよび６ＢはＮＦＯＶおよびＷＦＯＶの場合の倍周波数関数としての公称ＭＴＦ（変調伝達関数）を描くグラフである。

次の表はズームレンズアセンブリ10の具体例であるレンズ12,14 および16の例示的な球面および非球面（回折）表面パラメータを示す。

先の記載に基づいて本発明によるズ−ムレンズアセンブリ10は機械的とは反対に光学的に温度の変化を補正することが認識される。好ましい実施例において、温度に関してＷＦＯＶとＮＦＯＶズームレンズアセンブリ10の間の焦点の差は焦点の実際のずれがズ−ムレンズアセンブリ10の焦点深度内に入るように最初にされる。図６Ａおよび図６Ｂの調査によって認識可能であるように、本発明によって構成されたズームレンズアセンブリ10は動作する温度の範囲を越えてＭＴＦ性能の許容可能なレベルを提供し、従来のように温度変化を補正するためにレンズ素子の電気機械の再焦点を設定を行う必要がない。すなわち、ズ−ムレンズアセンブリは温度範囲にわたって動作が実質上光学的に断熱化される。

前述の記載は本発明を実行する発明者によって現在熟考された最良の方法および装置の最大限および有益な記載の例示的で限定的ではない例によって提供される。しかしながら、添付された図面および添付された請求の範囲に関連して、記載されている多数の変形、変更、応用が先の詳細な説明を考慮して関連した当業者に明白である。

このような変形のいくつかの例として、他の類似し、あるいは等価のレンズ材料、レンズ処方箋、レンズサイズおよび間隔、波長範囲、温度範囲、レンズ素子の数および同等なものが当業者によって試されることができる。さらにいくつかの実施例において、レンズの１つだけが、回折表面を有しており、その場合には第３のレンズ16の第２の表面が好ましい。しかし回折表面において、色補正を行い、例えば８−１２ミクロンの波長の光は共通の焦点であり、レンズ16の第２の表面は軸色と側面の色の間の不均衡がある場合のみ使用される。望ましくは別のレンズ素子を付加することによって不均衡が補正される。さらに、いくつかの実施形態においてズ−ムレンズアセンブリ10はＷＦＯＶとＮＦＯＶ位置の間の２つのステップより多くのステップで調整され、いくつかの実施形態においては２つの位置間に連続的に調整可能である。しかしながら、この場合第２のレンズ14の動きに加えて第３のレンズ16に対応する動きを行うことが望ましい。

本発明はさらに前述された赤外線透過材料のみに使用されるように制限されないよう実現されるべきである。例えば図８を参照すると、第１および第３のレンズ素子12および16を作成するのに使用するために同様に制限されない材料は、８−１２ミクロン動作に対しては1173,GASIR2,AMTIR3,ZnSおよびZnSe、３−５ミクロン動作に対しては1173,GASIR2,AMTIR3,ZnSおよびZnSeである。GASIR2はUmicore ,Z.A.du Boulais,35690 Acigne,France によって製作されたガラスの1173のようなカルコゲニドである。

ZnS およびZnSeの非常に低い屈折率( ＜2.4)は急峻な半径および厚いレンズを必要とし、最も好ましいより少ない２つの材料を使用する。

現在では、第２のレンズ14に別の材料を使用するのは好ましくないが、絶対に排除しなければならないものではなく、それは全ての他の普通に使用されたＩＲ材料のｄｎ／ｄＴが実質上Ｇｅより小さいからである。

その上これらの構成はＩＲ波長バンド（３−５ミクロン）付近に対して適しているのに注意すべきである。３−５ミクロンバンドの動作について、シリコンは第１のレンズ素子12および第３のレンズ素子16に対して1173の代わりに使用されてもよい。

一般的に第１の材料の温度変化に対する屈折率の変化は第２の材料の温度変化に対する屈折率の変化より少なく、第１のレンズ素子12および第３のレンズ素子16は第２のレンズ素子14を構成している第２の材料とは異なる第１の材料を含んでいる。しかし通常の関係は1173-ZnSe-1173、あるいはZnS-ZnSe-ZnS材料の組合せが使用可能であるが、多分動作せず、使用の可能性は少ない。本発明の好ましい実施形態において、第１のレンズ12および第３のレンズ16のｄｎ／ｄＴは１７５より少なくし、第２のレンズ14のｄｎ／ｄＴは３７５より多くすべきである。別の実施形態では、第２のレンズ14のｄｎ／ｄＴは少なくとも第１のレンズ12および第３のレンズ16のｄｎ／ｄＴの２倍であり、さらに好ましくは３倍である。現在本発明の非常に好ましい実施形態において、最適な解決法は第１のレンズ12および第３のレンズ16のｄｎ／ｄＴは約５８であり、第２のレンズ14のｄｎ／ｄＴは約３９５である。図８を参照にすると、この実施形態は8-12ミクロン波長範囲の動作と仮定すると第１のレンズ12および第３のレンズ16に対してはTI-1173 を使用し、第２のレンズ14に対してはGeを使用するのに対応する。

本発明の教義の全ておよび類似した変形変更は本発明の技術的範囲に含まれるものである。さらに、ここに記載された方法および装置がある程度の特定して提供される。本発明は多かれ少なかれ限定して実行可能であり、ユーザの必要性による。さらに本発明の種々の特徴は別の特徴に対応せずに利用可能である。先の詳細な説明は本発明の原理の実施例であり、制限されず、本発明の技術的範囲は記載された特許請求の範囲によって定義される。

温度変化に対して機械的に再び焦点を定めることを必要とする従来技術のズームレンズアセンブリを示している図。 温度変化に対して機械的に再び焦点を定めることを必要とされない本発明によるズームレンズアセンブリを示す図。 図２のズームレンズアセンブリの設計パラメータおよび選択基準のテーブルの図。 図２のズームレンズアセンブリの光学特性のテーブルの図。 本発明によるＷＦＯＶおよびＮＦＯＶの両位置に同時に位置するズームレンズアセンブリと各位置の情景から達する光線を示す図とＮＦＯＶ位置のみにあるズ−ムレンズアセンブリを示す図と、ＷＦＯＶ位置のみにあるズ−ムレンズアセンブリを示す図。 各図５のＢおよびＣのＮＦＯＶ（50mmF/1.0 ）の場合の周波数の関数として公称ＭＴＦを描くグラフ。 各図５ＢおよびＣのＷＦＯＶ（50mmF/0.91）の場合の周波数の関数として公称ＭＴＦを描くグラフ。 ＡＭＴＩＲ−３の一般特性のリストおよび２５−６５℃の範囲における屈折率の熱変化の値のリストを示す図。 ５０Ｋから３００Ｋの温度範囲における屈折率（ｎ）対波長（λ）の変化を示すグラフ。 ＩＲ材料に通常使用される数のＤＮ／ＤＴのテーブルの図。

Claims (12)

1. ズ−ムレンズアセンブリの焦点への情景を見るための開口を通る光軸に沿って配置された複数のレンズ素子(12,14,16)を具備している断熱化されたズ−ムレンズアセンブリ(10)において、
   前記レンズ素子は情景の方向から焦点へ前記光軸に沿って順に配置された第１のレンズ素子と、第２のレンズ素子と、第３のレンズ素子とを具備し、第１のレンズ素子(12)は第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備え正の倍率を有しており、第２のレンズ素子(14)は第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備え、負の倍率を有しており、第３のレンズ素子(16)は第１の表面を有しており、前記第１の表面とは反対側に第２の表面を備え、正の倍率を有しており、第１および第３のレンズ素子は第１の材料で構成され、前記第２のレンズ素子を構成している第２の材料とは異なる材料であり、前記第１の材料の温度変化に対する屈折率の変化（ｄｎ／ｄＴ）は予め定められた量だけ前記第２の材料の温度変化に対する屈折率の変化より少なく、前記第１のレンズ素子の前記第２の表面および第３のレンズ素子の前記第２の表面の少なくとも１つは回折表面である断熱化されたズ−ムレンズアセンブリ。
2. 前記第１の材料はカルコゲニド赤外線透過ガラスを含み、前記第２の材料はＧｅを含んでいる請求項１記載のズ−ムレンズアセンブリ。
3. 前記第１の材料はＧｅ₂₈Ｓｂ₁₂Ｓｅ₆₀ガラスあるいはその等価物、ＴＩ−１１７３あるいはその等価物、あるいはＡＭＴＩＲ−３あるいはその等価物の１つを含んでいる請求項６記載の方法。
4. 少なくとも第２のレンズ素子は広視野（ＷＦＯＶ）位置と狭視野（ＮＦＯＶ）位置との間で可動であり、温度範囲にわたるＷＦＯＶ位置とＮＦＯＶ位置との間の焦点の差は焦点のシフトが前記断熱化されたズ−ムレンズアセンブリの焦点深度内に入るようなものであり、さらに焦点に配置されたＩＲ検出器を含んでいる請求項１記載のズ−ムレンズアセンブリ。
5. 第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは１７５より小さく、第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは３７５より大きく、あるいは第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴの２倍以上であり、あるいは第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴの３倍以上であり、あるいは第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは約３９５であり、各第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは約５８である請求項１記載のズ−ムレンズアセンブリ。
6. ズームレンズアセンブリの情景から焦点へ延在する光軸に沿って配置された複数のレンズ素子(12,14,16)を含んでいる形式のズ−ムレンズアセンブリ(10)を断熱化する方法において、
   第１の材料で構成され、正の倍率を有する１の第１および第３のレンズ素子(12,16) を前記光軸に沿って配置し、
   前記光軸に沿って前記第１および第３のレンズ素子の間に挿入され、ＷＦＯＶ位置とＮＦＯＶ位置との間の光軸に沿った可動な第２のレンズ素子(14)を配置し、第２のレンズ素子は負の倍率を有し、第２の材料で構成されており、前記第１の材料の温度変化（ｄｎ／ｄＴ）に対する屈折率の変化は予め決定された量だけ前記第２の材料の温度変化に対する屈折率の変化よりも少なく、
   焦点のずれがズ−ムレンズアセンブリの焦点深度内の入るようにＷＦＯＶとＮＦＯＶとの間の焦点距離の温度変化を補正し、
   前記第１および第３のレンズ素子の少なくとも１つの表面上に設けられている回折表面を使用して入射放射の色補正を行う断熱化方法。
7. 前記第１の材料はカルコゲニド赤外線透過ガラスで構成され、前記第２の材料はゲルマニウムで構成されている請求項６記載の方法。
8. 前記第１の材料はＧｅ₂₈Ｓｂ₁₂Ｓｅ₆₀ガラスまたはその等価物、ＴＩ−１１７３またはその等価物、あるいはＡＭＴＩＲ−３またはその等価物の１つを含んでいる請求項６記載の方法。
9. 第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは１７５より小さく、第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは３７５より大きい請求項６記載の方法。
10. 第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴの２倍以上である請求項６記載の方法。
11. 第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴの３倍以上である請求項６記載の方法。
12. 第２のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは約３９５であり、各第１および第３のレンズ素子のｄｎ／ｄＴは約５８である請求項６記載の方法。

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