JP6391807B2 - 遠赤外線撮像レンズ組、対物レンズおよび探知器 - Google Patents

Description

本発明は、光学技術に関し、特に遠赤外線撮像レンズ組、遠赤外線撮像対物レンズおよび遠赤外線探知器に関するものである。

従来の監視システムに用いられる探知器は通常、アクティブ型探知器である。例えば、可視光、赤外線、紫外線などを利用するアクティブシステムである。監視システムを容易に配置することができない。監視対象が遠赤外線を出射する特徴を利用して監視対象を監視すると、監視システムの構造を簡単にすることができる。煙、スモッグ、夜間などにより可視光の見通しは低下するが、遠赤外線（熱線）はそのような影響を受けないので、この技術を様々な分野、例えば消防、夜間の盗難監視などに用いることができる。遠赤外線監視は熱源と周囲の温度との間の温度差により監視対象を検出するため、赤外線撮像の能力と温度の識別力を向上させる必要がある。

本発明の目的は撮像の能力が良い遠赤外線撮像レンズ組を提供することにある。
本発明は遠赤外線撮像対物レンズおよび遠赤外線探知器を更に提供する。

本発明の遠赤外線撮像レンズ組は、中軸の方向に順に配列される第一レンズと第二レンズを含み、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を具備し、前記第一曲面の曲率半径は２．４×（１±５％）ミリメートルであり、前記第二曲面の曲率半径は２×（１±５％）ミリメートルであり、
前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を具備し、前記第三曲面の曲率半径は５０×（１±５％）ミリメートルであり、前記第四曲面の曲率半径は６０×（１±５％）ミリメートルであり、
前記第一曲面、第二曲面、第三曲面および第四曲面は順に配列され、第一曲面、第二曲面および第三曲面はいずれも物体側へ突出しており、第四曲面は画像側へ突出している。

本発明の一実施例において、前記第二曲面と第三曲面との間の距離は１×（１±５％）ミリメートルである。

本発明の一実施例において、前記第一レンズの中央の厚さは０．８×（１±５％）ミリメートルである。

本発明の一実施例において、前記第二レンズの中央の厚さは０．８×（１±５％）ミリメートルである。

本発明の一実施例において、前記第一レンズと第二レンズの製造材料はＺｎＳｅである。

本発明の遠赤外線撮像対物レンズは鏡筒と前記レンズ組とを含み、前記鏡筒は前記レンズ組を収納する。

本発明の一実施例において、前記鏡筒の長さは１５．８４ミリメートルである。

本発明の遠赤外線探知器は、前記遠赤外線撮像対物レンズと感熱型センサーを含み、前記感熱型センサーは前記遠赤外線撮像対物レンズの焦点面に設けられる。

本発明の一実施例において、前記感熱型センサーとして直径１／４インチ（０．６３５センチメートル）の「Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅ」感熱型ダイオードを採用する。

本発明の遠赤外線探知器およびその対物レンズとレンズ組により、夜間、スモッグなどの環境中の遠隔目標を検出でき、高い撮像能力を備える。

本発明の一実施例の遠赤外線撮像レンズ組の構造を示す図である。 図１のレンズ組の対物レンズの伝達関数の曲線を示す図である。 図１のレンズ組の対物レンズの細い光束を示す図である。 図１のレンズ組の対物レンズの像面全体における太い光束を示す図である。

図１を参照すると、この図面は本発明の一実施例の遠赤外線撮像レンズ組の排列を示す図である。前記遠赤外線撮像レンズ組１０は、中軸の方向に順に配列される第一レンズ１００と第二レンズ２００を含む。第一レンズ１００はメニスカスレンズであり、第二レンズ２００は両凸レンズである。レンズの中軸はレンズの中心を通過しかつレンズに垂直である軸である。第一レンズ１００の中軸と第二レンズ２００の中軸は重なっている。

本実施例のレンズ組は、主に遠赤外線の検出に用いられ、特に波長が１０．６４ナノメートルである遠赤外線を検出することに用いられる。図１において、左側は物体側であり、右側は画像側である。物体側からレンズ組に入射する遠赤外線光源の光線により、レンズ組の画像側の焦点面に鮮明な図像が形成される。

具体的に、第一レンズ１００は第一曲面１０２と第二曲面１０４を具備する。第一曲面１０２は物体側へ突出しており、第二曲面１０４は第一曲面１０２に対して内側へ窪んでいる（すなわち、第二曲面１０４は物体側へ突出している）。第一曲面１０２の曲率半径は２．４×（１±５％）ミリメートルであり、第二曲面１０４の曲率半径は２×（１±５％）ミリメートルである。第一レンズ１００の中央の厚さ（すなわち、第一レンズ１００の中軸に沿う厚さ）は０．８×（１±５％）ミリメートルである。第一レンズ１００は材料ＺｎＳｅで製造することができる。

第二レンズ２００は第三曲面２０２と第四曲面２０４を具備する。第三曲面２０２は物体側へ突出しており、第四曲面２０４は画像側へ突出している。第三曲面２０２の曲率半径は５０×（１±５％）ミリメートルであり、第四曲面２０４の曲率半径は６０×（１±５％）ミリメートルである。第二レンズ２００の中央の厚さ（すなわち、第二レンズ２００の中軸に沿う厚さ）は０．８×（１±５％）ミリメートルである。第二レンズ２００は材料ＺｎＳｅで製造することができる。

第二曲面１０４と第三曲面２０２との間の距離は１×（１±５％）ミリメートルである。

本発明の好適な実施例において、各レンズのサイズとレンズの間の位置関係は次のとおりである。前記サイズは１±５％という公差の範囲内で変化することができる。
第一レンズ１００において、
第一曲面１０２の曲率半径は２．４ミリメートルであり、
第二曲面１０４の曲率半径は２ミリメートルであり、
中央の厚さは０．８ミリメートルであり、
材料はＺｎＳｅである。
第二レンズ２００において、
第三曲面２０２の曲率半径は５０ミリメートルであり、
第四曲面２０４の曲率半径は−６０ミリメートル（すなわち画像側へ突出している）であり、
中央の厚さは０．８ミリメートルであり、
材料はＺｎＳｅである。

レンズ１００の曲面１０４とレンズ２００の曲面２０２との間の距離は１ミリメートルである。
前記レンズ組は、
通過させる光線の波長λ＝１０．６４ｍｎであり、
全体レンズ組の焦点距離ｆ′＝１６．７６ｍｍであり、
Ｄ／ｆ＝１：１０．６５であり、
２ω＝５３度である。

図２は前記レンズ組の対物レンズの伝達関数Ｍ.Ｔ.Ｆを示す図である。図３は前記レンズ組の対物レンズの細い光線を示す図である。図４は前記レンズ組の対物レンズの像面全体における太い光束を示す図である。

図２〜図４により、全視野範囲内の錯乱円の直径がΦ≦１０μmになっていることを分かった。ゆがみが理想の状態になっていて、細い光束の品質は太い光束に合い、画像品質は均一である。かつ画像の中心の品質と辺縁の品質が一致し、熱撮像の品質の要求を満たした。

前記レンズ組を鏡筒に組み立てることにより遠赤外線撮像対物レンズを形成することができる。対物レンズの全長は１５．８４ミリメートルであり、入射孔の直径は１ミリメートルである。

前記遠赤外線撮像対物レンズを遠赤外線探知器に用いることができる。遠赤外線撮像対物レンズの焦点面に感熱型センサーを設けることができる。遠赤外線光線が対物レンズによって集光された後、感熱型センサーによってこれを感知することにより、遠赤外線を検出することができる。前記感熱型センサーとして「Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅ」感熱型ダイオードを採用することができる。材料Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅは、温度の範囲が−４０℃〜６５０℃である物体の赤外線を検出することができ、温度差として０．０５℃〜０．１５℃あれば物体を撮像して画像を形成することができる。温度差によって形成される画像の解像度は、被写体の温度差画像である。そのため、撮像の能力が良く、温度の識別力が良い。

遠赤外線探知器およびその対物レンズとレンズ組は、遠赤外線を検出することにより夜間、スモッグなどの環境において遠隔目標を検出することができ、消防、見張り、高圧線の監視などに用いることができる。

以上、上述した複数の実施例により本発明の好適な実施例を詳述してきたが、本発明の構成は前記実施例にのみ限定されるものでない。本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で設計の変換等を行うことができ、このような設計の変更等があっても本発明に含まれることは勿論である。本発明の保護範囲は後述する特許請求の範囲が定めたことを基準にする。

Claims (8)

1. 中軸の方向に順に配列される第一レンズと第二レンズを含む遠赤外線撮像レンズ組であって、
   前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を具備し、前記第一曲面の曲率半径は２．４×（１±５％）ミリメートルであり、前記第二曲面の曲率半径は２×（１±５％）ミリメートルであり、
   前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を具備し、前記第三曲面の曲率半径は５０×（１±５％）ミリメートルであり、前記第四曲面の曲率半径は６０×（１±５％）ミリメートルであり、
   前記第一曲面、第二曲面、第三曲面および第四曲面は順に配列され、第一曲面、第二曲面および第三曲面はいずれも物体側へ突出しており、第四曲面は画像側へ突出していることを特徴とする遠赤外線撮像レンズ組。
2. 前記第二曲面と第三曲面との間の距離は１×（１±５％）ミリメートルであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線撮像レンズ組。
3. 前記第一レンズの中央の厚さは０．８×（１±５％）ミリメートルであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線撮像レンズ組。
4. 前記第二レンズの中央の厚さは０．８×（１±５％）ミリメートルであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線撮像レンズ組。
5. 前記第一レンズと第二レンズの製造材料はＺｎＳｅであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線撮像レンズ組。
6. 遠赤外線撮像対物レンズであって、鏡筒と請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のレンズ組とを含み、前記鏡筒は前記レンズ組を収納することを特徴とする遠赤外線撮像対物レンズ。
7. 遠赤外線探知器であって、請求項６に記載の遠赤外線撮像対物レンズと感熱型センサーを含み、前記感熱型センサーは前記遠赤外線撮像対物レンズの焦点に設けられることを特徴とする遠赤外線探知器。
8. 前記感熱型センサーは直径１／４インチ（０．６３５センチメートル）の「Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅ」感熱型ダイオードを採用することを特徴とする請求項７に記載の遠赤外線探知器。