JPH0279809A - Lens system - Google Patents

Lens system

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JPH0279809A
JPH0279809A JP20565988A JP20565988A JPH0279809A JP H0279809 A JPH0279809 A JP H0279809A JP 20565988 A JP20565988 A JP 20565988A JP 20565988 A JP20565988 A JP 20565988A JP H0279809 A JPH0279809 A JP H0279809A
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JP
Japan
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lens
lens system
image
zinc
zinc selenide
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Application number
JP20565988A
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Japanese (ja)
Inventor
Shumskij Ronald
ロナルド シュームスキー
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BAE Systems Electronics Ltd
Original Assignee
GEC Marconi Ltd
Marconi Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To make it possible to form an image on a common image plane over specified two light wave bands and to form a lens system from just tow kinds of materials by forming one optical path by one or more lens elements composed of zinc selenide and one or more lens elements composed of zinc sulfide or cesium bromide. CONSTITUTION: The lens systems has the first lens 1 composed of the zinc selenide and the second lens 2 composed of the zinc sulfide. A diaphragm 3 is disposed in front of these lenses 1, 2 so that the transmitted rays gather at the focus of the image plane 4. The lens system is so constituted as to exhibit a conjugation ratio, i.e., ratio of an object and the image plane of 2:1. The lens system which forms the image of 0.5 times the size of the object and brings about the imaging performance of the proximity diffraction limitation on the optical axis over a transmission wave band of 3 to 5μm and 8 to 12μm is obtd. according to this constitution As a result, the image good in both of the prescribed wave bands is formed by just two kinds of the different materials.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレンズシステムに関し、詳細には、赤外光に使
用するレンズシステムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a lens system, and in particular to a lens system for use with infrared light.

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕周知で
あるように、光透過性材料はすべて、波長λおよび断定
の波長間隔Δλと夫々関連する屈折率n(λ)および相
応の分散力の逆数すなわちV−値を有している。波長に
伴らて屈折率が変化すると、1枚のレンズは色収差を示
し、すなわち、屈折度が屈折光線の波長により決まる。
PRIOR ART AND PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION As is well known, all optically transparent materials have a refractive index n(λ) and a corresponding reciprocal of the dispersion power associated with a wavelength λ and an asserted wavelength spacing Δλ, respectively. That is, it has a V-value. If the index of refraction varies with wavelength, a lens exhibits chromatic aberration, ie, the degree of refraction depends on the wavelength of the refracted rays.

一般に、2つの異なる波長を共通の光軸上の焦点に収束
することを必要とする場合、■−値の異なる2つの光学
材料を必要とする。同様に、3つの異なる波長を収束す
るには、一般にV値の異なる3つの材料を必要として、
以下同様である。
Generally, when it is necessary to converge two different wavelengths to a focal point on a common optical axis, two optical materials with different ■-values are required. Similarly, focusing three different wavelengths typically requires three materials with different V values.
The same applies below.

遠赤外帯域(概ね8〜12μm)の場合に使用する光学
システムは通常、ゲルマニウムを唯一の光学材料として
用いている。ゲルマニウム要素のみを用いているシステ
ム内でたった1つの波長を共通の焦点に至らせることが
できるが、一般に、ゲルマニウムのV値が約1000と
比較的高いため、色収差はほとんどの用途で無視するの
に十分小さいものと認められる。しかしながら、いくつ
かのより最近の出願およびより複雑な設計を行なう使用
においては、例えば、2つの波長を共通の焦点に収束す
るように色収差を補正することを必要とする。これらの
場合、セレン化亜鉛(ZnSe)または硫化亜鉛(Zn
S)のような他の材料をゲルマニウムと組合せしている
。このようなシステムは、一般に、8μmおよび11μ
mのような遠赤外光帯域内の2つの波長を共通の焦点に
集束する場合に使用される。
Optical systems used in the far infrared band (approximately 8-12 μm) typically use germanium as the only optical material. Although only one wavelength can be brought to a common focus in a system using only germanium elements, the relatively high V value of germanium, approximately 1000, generally makes chromatic aberration negligible for most applications. It is recognized that it is sufficiently small. However, some more recent applications and uses with more complex designs require, for example, correcting for chromatic aberration to converge two wavelengths to a common focus. In these cases, zinc selenide (ZnSe) or zinc sulfide (Zn
Other materials such as S) have been combined with germanium. Such systems are commonly used for 8μm and 11μm
It is used to focus two wavelengths in the far infrared light band, such as m, to a common focus.

電気光学システムの最近の進歩により、光学システムが
3〜5μmおよび8〜12μmの両方の光線を「レイリ
ー1/4波長法則」により定められた限度内まで共通の
焦点に収束するようになっていることを必要としていた
。これを達成する現在の方法は一般にZnS 、 Zn
5eおよびGeよりなる少なくとも3種の異なる材料を
光学システムに使用している。以前は、これらの要件を
満たすレンズシステムをたった2種の材料から作ること
が可能であるとは考えられていなかった。
Recent advances in electro-optical systems have enabled optical systems to focus both 3-5 μm and 8-12 μm light rays to a common focus within the limits set by the "Rayleigh quarter-wave law." I needed that. Current methods to achieve this generally involve ZnS, Zn
At least three different materials are used in the optical system, consisting of 5e and Ge. Previously, it was not thought possible to make a lens system meeting these requirements from just two materials.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明によれば、セレン化亜鉛で構成されている1つま
たはそれ以上のレンズ要素と、硫化亜鉛または臭化セシ
ウムで構成されている1つまたはそれ以上のレンズ要素
とを備え、これらのレンズ要素が1つの光路を形成し、
3〜5μmおよび8〜121μmの両光波帯域にわたっ
て共通の像平面に像を作るように構成されていることを
特徴とするレンズシステムが提供される。
According to the invention, the lens comprises one or more lens elements made of zinc selenide and one or more lens elements made of zinc sulfide or cesium bromide. elements form one optical path,
A lens system is provided, characterized in that it is configured to image in a common image plane over both the 3-5 μm and 8-121 μm wavebands.

第1の好適な実施例では、レンズシステムはセレン化亜
鉛で構成された1つの要素と、硫化亜鉛で構成された第
2要素とを備えている。このシステムは、セレン化亜鉛
で構成され、比較的狭い空気間隔により第2レンズから
離隔された等曲率両凸面構造を有する第ルンズを備えて
いるのがよく、第2レンズは凹面メニスカス構造ををし
、硫化亜鉛で構成されている。
In a first preferred embodiment, the lens system includes one element comprised of zinc selenide and a second element comprised of zinc sulfide. The system may include a first lens constructed of zinc selenide and having a biconvex structure of equal curvature separated from a second lens by a relatively narrow air gap, the second lens having a concave meniscus structure. It is composed of zinc sulfide.

このような光学システムは少なくとも上記所定の波帯域
の両方で良好な像を作ることができることがわかる。た
った2種の異なる材料を使用しているので、このシステ
ムは実施が比較的容易である。
It can be seen that such an optical system is capable of producing good images in at least both of the above predetermined wavebands. Since only two different materials are used, this system is relatively easy to implement.

本発明の第2の好適な実施例では、システムは1つのセ
レン化亜鉛要素と、1つの臭化セシウム要素を備えてい
る。
In a second preferred embodiment of the invention, the system comprises one zinc selenide element and one cesium bromide element.

このシステムは正の光屈折力の両凸面臭化セシウム前方
レンズを負の光屈折力の第2セレン化亜鉛レンズから比
較的狭い空気間隔により離隔してなるのがよい。
The system preferably comprises a biconvex cesium bromide anterior lens of positive optical power separated by a relatively narrow air gap from a second zinc selenide lens of negative optical power.

好ましくは、第2レンズは断面がメニスカスである。Preferably, the second lens has a meniscus cross section.

この構成は第1の構成と同様に、上記断定の波帯域にわ
たって良好な像を作ることができる。
This configuration, like the first configuration, can create a good image over the above-described waveband.

〔実施例〕〔Example〕

添付図面を参照して本発明の実施例を例として以下に説
明する。
Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

第1図を参照すると、本発明の第1実施例によるレンズ
システムはセレン化亜鉛で構成された第ルンズ1と、硫
化亜鉛で構成された第2レンズ2とを備えている。これ
らのレンズの前方には、開口絞り3が設けられており、
透過光線が像平面4の焦点に集まるようになっている。
Referring to FIG. 1, a lens system according to a first embodiment of the present invention includes a first lens 1 made of zinc selenide and a second lens 2 made of zinc sulfide. An aperture stop 3 is provided in front of these lenses.
The transmitted light rays are brought to a focal point in the image plane 4.

第ルンズ1は、この特定の実施例では第2図に示すよう
に両面の半径が36.51である等曲率両凸形であるよ
うに構成されている。第2図において、「半径」の欄は
表示した特定表面の曲率半径に関し、「厚さ」は上記表
面と次の表面との間の離隔距離であり、「開口」は上記
表面の直径に関し、この直径は開口の2倍であり、「材
料」の欄はどんな光学材料が上記表面と次の表面との間
にあるかを示している。かくして、このシステムは曲率
半径36.51の等曲率両凸面構造の第ルンズ1を0゜
965の空気間隔により硫化亜鉛の第2レンズ2から離
隔してなり、第2レンズは負の曲率半径26.13の第
1面と負の曲率半径167.67の第2面とを有してい
る。
In this particular embodiment, the lune 1 is configured to be biconvex with equal curvature, as shown in FIG. 2, with radii on both sides of 36.51. In FIG. 2, the "Radius" column refers to the radius of curvature of the particular surface indicated, "Thickness" refers to the separation between said surface and the next surface, and "Aperture" refers to the diameter of said surface. This diameter is twice the aperture, and the "Material" column indicates what optical material is between this surface and the next. The system thus consists of a first lens 1 of biconvex structure of equal curvature with a radius of curvature 36.51 separated by an air spacing of 0°965 from a second lens 2 of zinc sulphide, the second lens having a negative radius of curvature 26. It has a first surface with a radius of .13 and a second surface with a negative radius of curvature of 167.67.

このように、レンズシステムは2:1の共役比すなわち
物体と像平面との比を示すように構成されている。また
、硫化亜鉛レンズは化学組成の同様な任意の他の材料、
例えば、CVD社(ウォーバーン、MAO1801)所
有の商標クリアトラン(C1eatran)として知ら
れている硫化亜鉛の純粋成形品である製品、またはショ
ット グラスウエルチ社の製品であるマルチスペクトラ
ルから製造することもできる。第1図および第2図に示
す構成によれば、物体の大きさの0.5倍の像を作り、
共通の像平面で測定して3〜5μmおよび8〜12μm
の透過波帯域にわたって光軸上の近接回折制限の結像性
能をもたらすレンズシステムが得られる。
The lens system is thus configured to exhibit a conjugate ratio of 2:1, ie, an object to image plane ratio. Zinc sulfide lenses can also be used with any other material with similar chemical composition,
For example, it may be manufactured from a product that is a pure molded product of zinc sulfide known as C1eatran, a trademark owned by CVD, Woburn, MAO 1801, or from Multispectral, a product of Schott Glass-Welch. . According to the configuration shown in FIGS. 1 and 2, an image 0.5 times the size of the object is created,
3-5 μm and 8-12 μm measured in common image plane
A lens system is obtained that provides near-on-axis, diffraction-limited imaging performance over a transmitted waveband of .

しかしながら、本発明の範囲内で等価焦点距離のような
異なるガウス特性を示すように多くの他のレンズシステ
ムを構成することができ、この場合、上記焦点距離は2
4.58またはその倍数であるが、光学要素にZn5e
およびZnSのみを使用することもできることはわかる
べきである。
However, many other lens systems can be configured within the scope of the present invention to exhibit different Gaussian characteristics, such as an equivalent focal length, in which case the focal length is 2
4.58 or a multiple thereof, but with Zn5e in the optical element.
It should be understood that it is also possible to use only ZnS and ZnS.

第3図および第4図は夫々第1および第2レンズ5.6
を備えている別の第2実施例を示しており、第2レンズ
2は臭化セシウムから製造された正の光学出力の両凸面
レンズであり、後方レンズ6は光屈折力が負であって、
断面がメニスカスでアリ、セレン化亜鉛製である。この
システムの実際の寸法を第2図と同様に第4図に示しで
ある。
Figures 3 and 4 show the first and second lenses 5.6, respectively.
The second lens 2 is a biconvex lens with a positive optical power made of cesium bromide, and the rear lens 6 has a negative optical power. ,
It has a meniscus cross section and is made of zinc selenide. The actual dimensions of this system are shown in FIG. 4 as well as in FIG.

この第2実施例は無限大対1の共役比を示し、かつ12
4.969の等価焦点距離を示すようになっている。上
記の第1実施例については、もっと多くのレンズを有す
るか、あるいは異なる波長の光線の場合に使用するよう
になっている他の構成も本発明のこの第2面の範囲内に
入るものとみなされることはわかるべきである。また、
第3図に示す実施例は同一像平面で測定した3〜5μm
および8〜12μmの2つの波帯域にわたって回折制限
性能を達成することができる。
This second embodiment exhibits a conjugate ratio of infinity to 1 and 12
It shows an equivalent focal length of 4.969. Regarding the first embodiment described above, other configurations having more lenses or adapted for use with different wavelengths of light are also within the scope of this second aspect of the invention. You should know that it is considered. Also,
The example shown in Figure 3 is 3-5 μm measured at the same image plane.
Diffraction-limited performance can be achieved over two wave bands of 8 and 12 μm.

尚、Zn5eとC5Bhとだけ、あるいはZnSとZn
5eとだけ使用すると、光学像の軸方向位置の熱変化が
著しく減少する。この点では、光学システムにゲルマニ
ウムを有した以前のシステムは光学性能の熱変化を受け
る傾向があった。本明細書に開示するシステムはゲルマ
ニウムの場合のような程度までかかる熱変化を受ける傾
向はない。
In addition, only Zn5e and C5Bh, or ZnS and Zn
When used alone, thermal changes in the axial position of the optical image are significantly reduced. In this regard, previous systems with germanium in the optical system were prone to thermal changes in optical performance. The systems disclosed herein are not prone to such thermal changes to the extent that germanium is.

また、本発明による光学システムは3〜5μmの波帯域
および8〜12μm波帯域にわたって作用するように構
成されているだけではなく、おそら<0.5μmまでの
可視波長でも良好な像を作ることができる。
Additionally, the optical system according to the invention is not only configured to operate over the 3-5 μm waveband and the 8-12 μm waveband, but also produces good images at visible wavelengths down to perhaps <0.5 μm. Can be done.

本発明の各実施例によるレンズシステムは熱像形成装置
における回折要素として有利に使用することができる。
Lens systems according to embodiments of the invention can be advantageously used as diffractive elements in thermal imaging devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による第2レンズシステムを示す図、第
2図は第1図に示す構造の寸法を示す図表、第3図は本
発明による第2レンズシステムの図、第4図は第3図の
システムの寸法を示す図表である。 1−−−一−・・第ルンズ、    2−・・−第2レ
ンズ、3−・・・・−絞り、      4−・−・像
平面。 先膜比 第、1図 等価焦点距離 第3図 等価焦点距離
1 shows a second lens system according to the invention, FIG. 2 is a diagram showing the dimensions of the structure shown in FIG. 1, FIG. 3 shows a second lens system according to the invention, and FIG. 3 is a diagram showing the dimensions of the system of FIG. 3; FIG. 1---First lens, 2--Second lens, 3--Aperture, 4--Image plane. Front film ratio Figure 1 Equivalent focal length Figure 3 Equivalent focal length

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、セレン化亜鉛で構成されている1つまたはそれ以上
のレンズ要素と、硫化亜鉛または臭化セシウムで構成さ
れている1つまたはそれ以上のレンズ要素とを備え、こ
れらのレンズ要素は1つの光路を形成し、3〜5μmお
よび8〜12μmの両光波帯域にわたって共通の像平面
に像を作るように構成していることを特徴とするレンズ
システム。 2、1つのセレン化亜鉛レンズ要素と1つの硫化亜鉛レ
ンズ要素とを備えていることを特徴とする請求項1記載
のレンズシステム。 3、等曲率両凸面の第1セレン化亜鉛レンズと、負の光
屈折力の第2硫化亜鉛レンズとを備え、両レンズは比較
的狭い空気間隔により離隔されていることを特徴とする
請求項2記載のレンズシステム。 4、1つのセレン化亜鉛レンズ要素と、1つの臭化セシ
ウムレンズ要素とを備えていることを特徴とする請求項
1記載のレンズシステム。 5、正の光屈折力の第1臭化セシウムレンズと、負の光
屈折力の第2セレン化亜鉛レンズとを備え、両レンズは
比較的狭い空気間隔により離隔されていることを特徴と
する請求項4記載のレンズシステム。 6、請求項1ないし5のうちのいずれかに記載のレンズ
システムを備えている熱像形成装置。
[Claims] 1. One or more lens elements made of zinc selenide and one or more lens elements made of zinc sulfide or cesium bromide, A lens system characterized in that the lens elements of are configured to form one optical path and to produce an image in a common image plane over both the 3-5 μm and 8-12 μm wave bands. 2. The lens system of claim 1, comprising one zinc selenide lens element and one zinc sulfide lens element. 3. Claim comprising a first zinc selenide lens with biconvex surfaces of equal curvature and a second zinc sulfide lens with negative optical refractive power, both lenses being separated by a relatively narrow air gap. 2. The lens system described in 2. 4. The lens system of claim 1, comprising one zinc selenide lens element and one cesium bromide lens element. 5. Comprising a first cesium bromide lens with a positive optical power and a second zinc selenide lens with a negative optical power, both lenses being separated by a relatively narrow air gap. The lens system according to claim 4. 6. A thermal image forming apparatus comprising the lens system according to any one of claims 1 to 5.
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