JPH0344612A - 赤外用変倍光学系 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、３〜５μｍ及び８〜１３μｍの波長帯の赤外
光により赤外画像を得る所謂、サーマル・イメージング
・システム用の赤外線用の変倍光学系に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来に赤外線用の変倍光学系は、一般に工業、医療等に
使用されるサーマル・イメージング・システム等におけ
る対物レンズとして使用されるものであり、数多くの提
案がなされている。

例えば、４群構成の変倍光学系が米国特許４，６７６．
５８１号公報において開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、米国特許４．６７６、５８１号公報では、変
倍のために複数のレンズが光軸上を移動するため、変倍
機構の複雑化を招く恐れがある。

また、赤外線用の変倍光学系に適用される光学材質は、
例えばゲルマニウム、硫化セレン等は約５．３ｇ／ａｍ
”程度の密度であり、通常の光学ガラス（２〜３　ｇ／
ａｍ”　）程度の密度と比べて遥かに大きく、変倍駆動
系に加わる負荷が大きくなって変倍に対する応答性が悪
くなり、さらには価格の面でも通常の光学ガラスと比べ
て極めて高価なものとなる。

以上の事から、本発明は上記の問題を全て解決し、簡素
な構成で、優れた結像性能を有する高性能な赤外用変倍
光学系を安価に提供することを目的としている。

〔課題を解決しようとする手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、第１図に示す
如く、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力
を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レン
ズ群とを有し、 変倍の際に、前記第２レンズ群を光軸方向へ移動せしめ
、 さらに、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ前記第２レン
ズ群の焦点距離をｆ２とするとき、−８≦ｆ、／ｆ、≦
−４，５ を満足するようにしたものである。

そして、以上の基本構成に基づいて、第２レンズ群の最
も物体側に少なくとも負レンズを設け、この負レンズに
おける物体側の曲率半径及び像側の曲率半径をそれぞれ
ｒａ、ｒｂとするとき、ｒａ＋ｒｂ −６＜　　　　　　　＜２ ｒａ　　ｒｂ を満足するように構成することが望ましい。

〔作　用〕

先にも述べた如く、赤外光学系用に適用される光学材質
は通常の光学硝材と比べて極めて重く、高価なものとな
るため、変倍に対する操作性及び応答性を高めるには、
変倍用レンズの移動量を小さく抑えつつ、第２レンズ群
のコンパクト化を図る必要がある。

そこで、第１レンズ群の焦点距離ｆ＋（＞０）の絶対値
に比べて第２レンズ群の焦点距離ｆ、（く０）の絶対値
を小さくした状況のもとでは、第２レンズ群の一定の移
動量に対して、変倍比を大きく得ることができ、言い換
えれば、所望の変倍比を得るには小さい移動量で達成さ
れる。したがって、簡素な変倍機構を実現するには好都
合となる。

以上の構成を達成するために、本発明においては、第１
レンズ群の焦点距離ｆ１と第２レンズ群の焦点距離ｆ２
との最適な比率、すなわち、パワー（屈折力）配分を見
出したものが以下の条件（１）である。

一８≦ｆ　＋　／　ｆ　２≦−４，５・−・・・・・（
１）この条件の範囲を越えると、変倍群としての第２レ
ンズ群のレンズ径の大型化は勿論のこと、変倍機構の大
型化及び複雑化を招き、さらには各倍率状態における良
好な結像性能を確保することが困難となる。尚、より良
好に収差補正を果たすとともによりコンパクト化を図る
には条件（１）の上限の値を−５とし、この範囲を満足
するように構成することが望ましい。

さて、赤外光検出器は外界の温度を検出するために低温
冷却されており、この低温冷却された赤外光検出器から
発する赤外放射光は、このシステムの光学系の各レンズ
面に残存する弱い反射により表面反射されるために、赤
外光検出器は自分自身の発する赤外放射の反射光による
自分自身の像を再検出することになる。そして、この赤
外光検出器は低温冷却されているため、周囲あるいは撮
像している視野の背景よりも温度が極めて低く、結局、
再検出される自分自身の像は画像信号レベルの低下を招
き、ナルシサスを発生させる。つまり、ナルシサスとは
、光学系の各レンズ面の表面反射による自分自身の像を
再検出して生じた画像信号レベルの低下の総和である。

したがって、この検出された画像信号に基づいて、画像
処理されると、通常、各レンズ面による反射戻り光が生
じやすい画像中央近傍に、ゴースト像があたかも冷たい
物体の如く現れる。

このようなナルシサスのメカニズムのために、赤外光検
出器を一種の光源とみなし、この赤外光検出器から発し
た光線束が光学系の各レンズ面で反射され、とれくらい
の割合（所謂、ｃｏｌｄ　ｒｅｔｕｒｎ）でこの赤外光
検出器に戻るかを調べ、その割合を小さくすることがナ
ルシサスを軽減する有効な方法である。

ここで、この戻り光の割合（ｃｏｌｄ　ｒｅｔｕｒｎ　
）については、Ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｐｔ　ｉｃｓ、　Ｖ
ｏｌ、　２１．　Ｎｏ、　１８．　ｐｐ、　３３９３−
３３９７．１９８２．　Ｊａｍｅｓ　Ｗ、　Ｈｏｗａｒ
ｄ、　”Ｎａｒｃｉｓｓｕｓ：Ｒｅｆ　１ｅｃｔｉｏｎ
　ｏｎ　Ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｔ
ｈｅｒｍａｌ　ＩｍａｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ、　”に
具体的に記載されている。

以上の事から本発明における赤外用変倍光学系の設計に
おいて、収差補正と同時に第２レンズ群の最も物体側に
位置するレンズにおけるナルシサスの発生を極力小さく
できるようなレンズ形状とすることにより、赤外光検出
器を光源とみなした時に、そこから発生する光線束を発
散させて、良好にナルシサスを大幅に軽減することでき
る。

この事を実際に実現すると同時に良好なる収差補正を達
成するには、第２レンズ群の最も物体側に位置する負レ
ンズＬ　２１の物体側の曲率半径及び像側の曲率半径を
それぞれｒａ、ｒｂとするとき、ｒ　ａ　　　　ｒ　ｂ を満足するように構成することが望ましい。

この条件について収差補正上の観点で説明すれば、この
条件を外れると、収差変動が著しく大きくなり好ましく
ない。すなわち、条件（２）の上限を越えると、低倍率
側の広角端Ｗにおいては非点収差が正の方向へ移動し、
また高倍率側の望遠端Ｔにおいては高次の非点収差が発
生する。またいずれの倍率状態もコマ収差が甚大に発生
する。

反対に、条件（２）の下限を越えると、第２レンズ群の
最も物体側に位置するレンズ自身において、発生する球
面収差は補正過剰となり、その収差量は甚大となるため
好ましくない。

次に、この条件の有効性についてナルシサス低減の観点
で詳述する。

後述する実施例に即した構成において第２レンズ群の最
も物体側に位置する負レンズＬｇ＋を条件（２）から外
れた形状を有する物体側に凸面を向けたメニスカスレン
ズに差し替えたものと、条件（２）を満足する負レンズ
Ｌ　ｔ＋を有する各実施例のものとを比較すると、低倍
率状態（広角端Ｗ）における戻り光のＩＩ　（ｃｏｌｄ
　ｒｅｔｕｒｎ　）は、実施例１では１／１０に、実施
例２では１／２０にも軽減することができる。

このとき、比較の対象とするために条件（２）から外れ
た形状を有する物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズは、このレンズにおける像側面の曲率中心が、低倍率
状態（広角端Ｗ）での第１レンズ群の結像位置とほぼ一
致するように設けた。

このようにナルシサス低減の効果は、ナルシサス発生の
原理を模式的に示す第２Ａ図及び第２Ｂ図より容易に理
解できるので、この図を参照しながら説明する。

両図に示す如く、光軸に平行な光線（ｇｌ、ｇ２）が、
後述する実施例の構成に即した赤外用変倍光学系に入射
すると、第１レンズ群Ｇ＋を構成する正メニスカスレン
ズＬ１１により収斂作用を受け、その後負レンズＬ、と
両凹負レンズＬｔｔよりなる第２レンズ群Ｇ！により発
散作用を受け、第３レンズ群Ｇ、を構成する正レンズＬ
、により収斂作用を受は結像される。

第２Ａ図においては条件（２）を外れた形状の負レンズ
Ｌ！＋を有する構成となっており、第２Ｂ図においては
条件（２）を満足する形状の負レンズＬ、を有する構成
となっている。

今、説明を容易とするために、赤外用変倍光学系の結像
位置に赤外光検出器りが配置されているとすると、第２
Ａ図及び第２Ｂ図の両図とも、低温冷却された検出器り
から発した放射光線（ｊ、ｊ２）は第３レンズ群Ｇ、の
正レンズＬ１１、第２レンズ群Ｇ、の両凹負レンズを介
した後、第２レンズ群Ｇ、の最も物体側に位置する負レ
ンズＬ２１の像側面に入射する。

ここで、先ず、第２Ａ図に示す如く、条件（２）を外れ
た形状の負レンズＬ２１を有する構成について考えると
、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ！の像側面における戻
り光は、光線ｈ１及び光線ｈ２で示す如く検出器りに向
けて反射し、この検出器りにより再検出されることにな
る。

一方、第２レンズ群Ｇ、の負レンズＬ２□の像側面を通
過した検出器からの放射光線（ｊｌ、ｊ２）は、第２レ
ンズ群Ｇ、の負レンズＬｚ＋の物体側面に達すると、こ
の放射光線（ｊｌ、Ｌ）とこのレンズ面とが交わる点に
おける接平面に対して放射光線（Ｊｌ、Ｊ２）が垂直に
入射するため、この面における戻り光は正反射して、光
線１１及び光線１２で示すように、放射光線（Ｊｌ、Ｊ
ｌ）とは逆の光路を辿り、検出器りで再検出されること
になる。

以上の事から、条件（２）を外れた形状を有する負レン
ズＬ２＋の両面による戻り光によりナルシサスが大きく
発生して画質が大きく劣化することが理解できる。

これに対し、条件（２）を満足する形状の負レンズＬｉ
ｔを有する本発明の構成について考えると、第２Ｂ図に
示す如く、第２レンズ群Ｇ、の最も物体側に負レンズＬ
２１の像側面に検出器りからの放射光線（ｊｌ、ｊ２）
が入射した際の戻り光は、光線ｈ＋及び光線ｈ２で示す
如く周辺へ発散する。

一方、第２レンズ群Ｇ、の負レンズＬ２□の像側面を通
過した検出器りからの放射光線（ｊｌ、Ｌ）は、第２レ
ンズ群Ｇ２の負レンズＬ２１の物体側面に達すると、こ
の物体側面における戻り光は光線ｉ及び光線ｉｔで示す
ように周辺へ発散する。

以上の事から、条件（２）を満足する形状を有する負レ
ンズＬ！＋の両面により戻り光は周辺へ発散されるため
、ナルシサスを発生を低減できる優れた画質を実現でき
ることが理解できる。

また、第３レンズ群Ｇ３においても、ナルシサスの影響
を軽減できるような形状としつつ、良好なる収差補正を
実現している。

具体的には、第３レンズ群の最も物体側の曲率半径をｒ
ｅｓ第３レンズ群の最も像側の曲率半径をｒ、とすると
き、 ｒｃ　　　　ｒｄ を満足するように構成することが望ましい。

この条件の範囲を越えると、諸収差、特に球面収差の発
生が甚大となり、収差バランスが極端に崩れるため、第
１及び第２レンズ群により形成された像を拡大する機能
を有するこのレンズ群により諸収差が拡大され像の著し
い劣下を招く。さらに、低温冷却された検出器により発
する放射光線は、この条件（３）を越えたレンズの面に
より再び検出器に向けて反射し、この戻り光が再検出さ
れ、ナルシサスが発生するため好ましくない。

また、第３レンズ群を正レンズのみで構成する場合にお
いて、第３レンズ群の焦点距離をｆ、とするとき、特に
ナルシサスを低減する見地より、ｒａ　／ｆ＋　＞１．
２、ｒｄ　／ｆ　Ｉ　＜０．８−−　（４）を満足する
ように構成することがより好ましい。

すなわち、第３レンズの像側面の曲率半径ｒ４と第３レ
ンズ群の焦点距離ｆ、とがほぼ一致するような条件（４
）の範囲を越えた構成をとると、第３Ａ図に示す如く、
低温冷却された検出器りから放射する放射光線（ｊ１、
ｊ２）は第３レンズ群Ｇ３の最終面にて正反射して、こ
の戻り光（ｋｋ２）は検出器りにて直接に検出されてし
まう。

そこで、本発明においては、第３レンズ群の最終面の曲
率半径ｒｄをこの群の焦点距離ｆ、より小さくして条件
（４）を満足する構成にすると、第３Ｂ図に示す如く、
検出器りから放射する放射光線（ｊｌ、Ｌ）は第３レン
ズ群Ｇ３の最終面にて反射し、この戻り光（ｋ、、　ｋ
、）は検出器りの周辺へ発散する。

また、第３レンズ群の最終面の曲率半径ｒ、をこの群の
焦点距離ｒ、より大きくして条件（４）を満足する構成
にすると、第３Ｃ図に示す如く、検出器りから放射する
放射光線（Ｊｌ、Ｊ２）は第３レンズ群Ｇ、の最終面に
て反射し、この戻り光（ｋｌ、ｋ、）は検出器りの周辺
へ発散する。

このため、第３Ａ図に示す如き状態でナルシサスが最大
となった時と比べて、条件（４）を満足するように構成
した場合には、ナルシサスを約１／４００以下に軽減す
ることができ、後述する実施例ではナルシサスが約１７
１０００にも小さく抑えることが可能である。

このように、戻り光の影響を軽減できるレンズ形状とす
ることは、ナルシサスの軽減に有効であり、赤外用光学
系を設計する上で極めて重要な事項である。

さて、本発明の赤外用レンズにおいて良好なる色収差補
正を達成するには、各レンズ群を以下の如き硝材で構成
することが望ましい。

先ず、第１レンズ群及び第３レンズ群は正の屈折力を有
するため、８〜１３μｍ帯の波長光に対してはゲルマニ
ウムＧｅ等や、３〜５μｍ帯の波長光に対してはシリコ
ンＳｉ等の高屈折率・低分散の硝材を選定して構成する
必要がある。また、第２レンズ群は負の屈折力を有する
ため、８〜１３μｍ帯の波長光に対してはセレン化亜鉛
Ｚｎ５ｅ、硫化亜鉛ＺｎＳ等や、３〜５μｍ帯の波長光
に対しては硫化亜鉛ＺｎＳ、フッ化カルシウムＣａＦｚ
等の硝材を選定する必要がある。すなわち、この硝材は
上述の第１及び第３レンズ群の硝材よりも低屈折率・高
分散となるため、レンズ系全体としての色収差を始めと
して諸収差の補正が可能となる。

具体的には、８μｍの波長光に対する硝材の屈折率をｎ
ｓ、１０μｍの波長光に対する硝材の屈折率をｎ１Ｑ１
２μｍの波長光に対する硝材の屈折率を０１□、３μｍ
の波長光に対する硝材の屈折率をｎ３．４μｍの波長光
に対する硝材の屈折率をｎｌ、５μｍの波長光に対する
硝材の屈折率をｎ。

、とするとき、第１及び第３レンズ群を構成する硝子材
質は、 ｎｌ。−１ ｎｌ。〉３．５、　　　　　　　　〉２００ｎｌ　　　
　ｎｌ！ または、 ｎ＜　　　１ ｎｉ＞２．５、　　　　　　　　〉２００ｎｓ　　　　
ｎｉ ゛を満足するように構成することが望ましく、また、第
２レンズ群を構成する少なくとも１つのレンズの硝子材
質は、 ｎ、、−１ ｎ　＋ｏ＜　３　％　　　　　　　　　＜２００ｎ容　
−ｎ１２ または、 ｎ、−１ ｎｉ＜２．５、　　　　　　　＜２００ｎｓ　　　　ｎ
ｉ を満足することが好ましい。

〔実施例〕

次に本実施例について説明する。

本実施例における赤外用変倍光学系は２変倍光学系であ
り、第１図は本実施例の２変倍光学系の骨組みを示す模
式図であり、（ａ）が低倍率状態（広角端Ｗ）、（ｂ）
が高倍率状態（望遠端Ｔ）を示している。

図示の如く、無限遠からの平行光線は第１レンズ群を通
過すると収斂作用を受けて像点Ｏ２が作られ、この像点
Ｏ２は第２レンズ群の物点となり、この第２レンズ群の
発散作用を受けると、像点０２が作られる。今度はこの
像点０２は第３レンズ群の物点となり、この第３レンズ
群の収斂作用を受けると、像点Ｏ１にて結像され、像Ｉ
が形成される。

第１図の（ａｌに示す如く、第２レンズ群の主点から物
点Ｏ１までの距離をａ１第２レンズ群の主点から像点０
２までの距離をｂとすると、第２レンズ群における結像
倍率β２ｖはβｚｗ＝ｂ／ａ・・−（ａ）の関係が成立
し、ａＳｂの関係はａｇｏ、ｂ＜ｏ、ｌａｌ＞Ｉｂｌで
あるため、この結像倍率β２ｖは、縮小倍率（βｔｖ＜
１）となっていることが理解できる。

これに対し、第１図の（ｂｌに示す如く、第１倍率状態
の低倍率状態（広角端Ｗ）から第２倍率状態の高倍率状
態（望遠端Ｔ）へ変倍した状態には、第１レンズ群及び
第３レンズ群を固定した状態で、。

結果的に、第２レンズ群の物点０．と像点０２との位置
が移動しないように図示の如く第２レンズ群のみを光軸
に沿って像側へ移動させている。

すなわち、各倍率状態においてｌａｌ＋ｌｂが常に一定
となるように、第２レンズ群のみをＩａｌ−１ｂｌの移
動量だけ光軸方向へ移動させている。

このとき、第２レンズ群の主点から物点Ｏ１までの距離
は−ｂ、第２レンズ群の主点から像点０２までの距離は
−ａとなり、第２レンズ群における結像倍率β２Ｔはａ
ｌ　Ｔ　＝　　ａ　／　　ｂ　＝　ａ　／　ｂ　−−（
ｂ）の関係が成立し、ａ、ｂの関係はａ＞０、ｂ＜ｏ、
Ｉａｌ＞Ｉｂｌであるため、この結像倍率β２Ｔは拡大
倍率（β２Ｔ＞１）となっていることが理解できる。

このように、以上にて得られたｆａ１式及び（ｂ）式よ
り、高倍率状態と低倍率状態とにおける第２レンズの結
像倍率の関係はβｇｖ＝１／β、７°°−°・・・（Ｃ
）となる。

ここで、第１倍率状態の低倍率状態（広角端Ｗ）の２変
倍光学系の焦点距離をｆｗｓ第２倍率状態の高倍率状態
（望遠端Ｔ）の２変倍光学系の焦点距離をｆＴ、第１レ
ンズ群の焦点距離をｆ、第１倍率状態の低倍率状態（広
角端Ｗ）における物点０１から像点Ｏ１へ結像する第２
レンズ群の結像倍率をβ２Ｖｌｓ第２倍率状態の高倍率
状態（望遠端Ｔ）における物点Ｏ２から像点Ｏ８へ結像
する第２レンズ群の結像倍率をβ、ア、物点０２から像
点Ｏ１へ結像する第３レンズ群の結像倍率をβ、とする
とき、第１図からも分かるように、ｆＷ＝ｆ、β２ｗβ
ｓ　−−−１ａ） ｆＴ＝ｆ１β２Ｔβ、＝ｆ、βＩ／β、、　−−−−（
ｅ）の関係が成立し、変倍に際する第２レンズ群の移動
により焦点距離が変化することが容易に理解できる。

このときの変倍比Ｖは、上式（ｄ）及び（ｅ）より以下
の如くなる。

ｆｖ　　　　　ｆ＝　　β２Ｗβ。

＝１／β！１　＝β２Ｔ 以上の事から、変倍に際して、（Ｃ）式を満足するよう
に、第２レンズ群のみを光軸方向に沿って移動させるこ
とにより第２レンズ群の物点ｏ１及び像点Ｏ８の位置を
ともに不変とすることにより像面変動が抑えられ、変倍
比Ｖがｌ／β２Ｗ２　　（＝＝β２↑りの２変倍光学系
を達成することができる。

したがって、所望の目的に見合う変倍比を決定すると、
第２レンズ群の低倍率状態（広角端Ｗ）及び高倍率状態
（望遠端Ｔ）における結像倍率が一義的に決定され、次
に低倍率状態（広角端Ｗ）と高倍率状態（望遠端Ｔ）と
の各焦点距離を所望の目的の値とするために、第１レン
ズ群の焦点距離ｆ、と第３レンズ群の結像倍率β、とを
適当に選択することにより、所望のスペックを有する２
変倍光学系を達成することができる。

さて、各倍率状態における焦点距離は（ｄ）式及び（ｅ
）式より第３レンズ群の焦点距離に依存しないことが理
解できる。

ところが、第１図で示した如く、第３レンズ群に対する
物点０２から第３レンズ群の主点までの距離をｌとする
とき、第２レンズ群と第３レンズ群との群間隔を確保し
て大きな変倍比を得るには、ｌ　ａ　ｌ　＋　ｌ　ｂ　
ｌ　＜　ｌ　ｌ　ｌ　−（ｆ）の関係を満足する必要が
ある。

ここで、低倍率状態（広角端Ｗ）における焦点距離ｆｗ
及び高倍率状態（望遠端Ｔ）における焦点距離ｆＴを大
きくするには、（ｄ１式及び（ｅ）式より第１レンズ群
の焦点距離ｆ、を大きくする手法か、あるいは第３レン
ズ群の結像倍率β、を大きくする手法が考えられる。

前者の第３レンズ群の焦点距離を大きくする手法では、
この群を通過する光束の収斂状態が弱くなるため、第２
レンズ群以降の光学系のレンズ径が大きくなり実用化上
において極めて問題がある。

これに対し、後者の第３レンズ群の結像倍率β、を大き
くする手法は、変倍のための第２レンズ群と第３レンズ
群との群間隔を確保するために［８１式を満足するには
、必然的に第３レンズ群の焦点距離ｆ、を大きくする必
要がある。

ところが、第３レンズ群における焦点距離ｆ。

と結像倍率β、をともに大きくすると、この群において
高次の諸政差、特に高次の球面収差が甚大に発生する。

例えば、球面収差量が最小となるような形状を有する単
玉の球面の正レンズで第３レンズ群を構成した場合、後
述する実施例１では最大で１３．９ｍｍ、実施例２では
最大８ｍｍにも達する球面収差が発生するため、結像性
能の劣化が著しい。

そこで、本発明においては、第３レンズ群中の正レンズ
Ｌ、に、光軸から周辺へ行くに従って漸進的に正の屈折
力が弱くなる非球面を設けることにより、極めて少ない
レンズ構成枚数でありながらも、この群自身にて発生す
る負の球面収差のみならずその他の収差をも極めてバラ
ンス良く補正を達成している。

ここで、第３レンズ群の正の屈折力が光軸から周辺へ行
くに従って漸進的に弱くなるような非球面とは、この非
球面がレンズの凸面に設けられている際には、光軸から
周辺へ行くに従って正の面相折力が漸進的に弱くなるよ
うな形状とすることであり、この非球面がレンズの凹面
に設けられている際には、光軸から周辺へ行くに従って
負の面相折力が漸進的に強くなるような形状とすること
である。

尚、ここで言う面相折力とは、ある屈折面の任意の１点
に入射するある任意の光線の入射角と射出角との差、す
なわち、偏角をその屈折点近傍の微小な面の面相折力と
定義し、その屈折点近傍に入射する平行光線が屈折後収
斂するとき、その面の面相折力を正の面相折力とし、屈
折後発数するとき、その面の面相折力を負の面相折力と
定義している。

以上の如く、第３レンズ群中の正レンズＬ、に非球面を
設けることにより、球面収差量は、この正レンズＬ、を
球面のみで構成した時と比べて、後述する実施例１では
約ｌ／４０に、実施例では約ｌ／７０に軽減されている
。

第３レンズ群に設けられるべき非球面は、レンズの頂点
における接平面から非球面までの光軸方向に沿った距離
（所謂、サグ量）の最大値をδい８、非球面の近軸の屈
折力と等しい屈折力の球面の曲率半径をｒｌｌ、第３レ
ンズ群において非球面を有するレンズの焦点距離を単位
長さ（１ｍｍ）で割った値をｆ　ＡＳＰとする時、 を満足するように構成することが望ましい。

この条件の範囲を越えるとき、収差補正を優先させると
、ナルシサスの低減を考慮したレンズ形状を変えざるを
得ず、その結果、ナルシサスが大きく発生して大幅に性
能が劣化する一方、ナルシサスの低減を優先した収差補
正を行うと、諸収差における収差バランスが大きく崩れ
て、良好な結像性能を達成することが困難となる。

尚、この非球面の効果をより効果的に得て、このレンズ
自身にて発生する諸収差をより良好に補正するには、こ
の条件の下限の値が０．０１、上限が０．５であること
がより望ましい。

さて、本実施例の赤外用の２変倍光学系は・３μｍ〜５
μｍ及び８μｍ−１３μｍの波長帯の赤外光による赤外
画像を得る、所謂サーマル・イメージング・システム用
の赤外用光学系の対物レンズ系として応用したものであ
る。

このシステムの光学系は、対物レンズとしての２変倍光
学系と接眼レンズとで構成される望遠鏡系と、この望遠
鏡系により形成される射出瞳の後方に設けられて光走査
系を含む光学系と、この光学系により結像される位置に
設けられた赤外検出器とを有する構成となっている。

第４図及び第６図にはそれぞれ順に本発明の実施例１及
び実施例２における赤外用の２変倍光学系Ｏの後方に接
眼レンズ系Ｅを配置した状態におけるレンズ構成図を示
している。各図の（ａ）には低倍率状態（広角端Ｗ）　
、（ｂ）には高倍率状態（望遠端Ｔ）を示した。

両しンズ構成因に示す如く、赤外用の２変倍光学系Ｏに
入射する光線は、第１レンズ群Ｇ１を通過すると収斂作
用を受け、変倍機能を有する第２レンズを通過すると発
散作用を受け、結像機能を有する第３レンズ群Ｇ、を通
過すると再び収斂作用を受けて、この光学系の後側焦点
位置で結像されて、中間像■が形成される。

そして、この２変倍光学系により中間像を形成した光束
は、接眼レンズ系Ｅを通過して、射出瞳Ｐを形成する。

実施例１における具体的なレンズ構成を説明すると、第
４図に示す如く、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ、は
物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ、のみより
なり、第２レンズ群Ｇ２は２つの物体側により強い曲率
の面を向けた負レンズＬ、及び両凹負レンズＬ！！より
なり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ□より構成されている。

実施例２においては第６図に示す如く、実施例１と同様
なレンズ構成を有しており、各実施例のいずれも、第１
レンズ群Ｇ１を構成している正メニスカスレンズＬ　Ｉ
＋と、第３レンズ群を構成している正メニスカスレンズ
ＬＳＩとの物体側面に非球面が設けられている。

また、各実施例とも、図示の如く、対物レンズ系として
の機能を有する２変倍光学系０の後方に、接眼レンズ系
Ｅが設けられており、何れの実施例についても、接眼レ
ンズ系Ｅは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズＬｅ、と物体側に凸面を向けた正メニス
カスレンズＬｅ、より構成されている。

無限遠から有限距離物体へのピント合わせ及び周囲の温
度変化に起因するピントズレは、本発明の２変倍光学系
Ｏを構成している各レンズ、もくしは接眼レンズ系Ｅを
構成している各レンズの何れか一方を光軸方向に沿って
移動させることにより達成される。特に、第１レンズ群
にフォーカス機能を持たせると、各倍率状態において同
一距離物体へのピント合せに対するフォーカス量は一定
であり、また第２レンズ群にフォーカス機能を持たせる
と、変倍用の移動機構と共用させることが可能となるた
め、この２つの方式が有効である。

以下の表１及び表２に、各実施例の諸元の値を掲げる。

各表中、左端の数字は物体側からの順序を表し、ｒはレ
ンズ面の曲率半径、ｄはレンズ厚及びレンズ面間隔、屈
折率ｎはＢ線（λ−１０μｍ）に対する値であり、ＧＥ
はゲルマニウム、Ｚｎ５ｅはセレン化亜鉛を示している
。ここで、ゲルマニウムＧＥにおけるＣ線（λ＝１２μ
ｍ）及びに線（λ＝８μｍ）に対する屈折率はそれぞれ
４．００２３０．４゜００５３０であり、セレン化亜鉛
Ｚｎ５ｅにおけるＣ線（λ＝１２μｍ　）及びＡ線（λ
＝８．ｃｚｍ）に対する屈折率はそれぞれ２．３９４０
０．２．４１８００である。

また、Ｍは望遠鏡倍率、ｆｖは低倍率状態（広角端Ｗ）
における２変倍光学系Ｏの焦点距離、ｆアは高倍率状態
（広角端Ｔ）における２変倍光学系Ｏの焦点距離、ＦＮ
Ｏは２変倍光学系ＯのＦナンバー、ｄｌ、は接眼レンズ
系Ｅの最終レンズ面の頂点から射出瞳Ｐまでの距離、Ｄ
はレンズ系の有効径、■は変倍比である。

尚、第１面から第８面までが２変倍光学系Ｏ１第９面か
ら第１２面までが接眼レンズ径Ｅのレンズデータを示し
ており、非球面形状は以下の如く表現している。

＋Ａ＋　Ｖ’　＋Ａｓ　Ｙ’　＋Ａ＋　Ｙ＠＋Ａ＋ｏＹ
”Ｃ＝１／ｒ 但し、Ｘ（ｙ）はレンズ頂点における接平面から非球面
までの光軸方向に沿った距離、ｙは非球面における光軸
からの高さ、ｋは円錐定数、Ａ７は非球面係数、Ｃは曲
率、ｒはレンズ頂点における曲率半径である。また、ｒ
“は非球面の近軸の屈折力と等しい屈折力の球面の曲率
半径である。

表土」叉凰剋土Ｌ Ｆ　ＮＯ＝　１．３８、 ｄ。

＝　２５．００　、 Ｖ＝３．Ｏ Ｎ。

硝材 ４６６５．９９４ ８５、０５ １、０００００ ２ ７２．０４６ （ｄ。

） Ｄ　＝　６０．０ ｄ６ ４７．５１３ ８、５８３ ＝　−３３，２６０、ｆ。

＝　４３．４００ 表１」害塵剋至と ＮＯ １，５８、 ｄ。

＝　３０．００　、 Ｖ＝３．Ｏ Ｎ。

硝材 また、以下の表３には本実施例の条件対応数値表を掲げ
る。

互生」被皇工と 表３ （続き２） 以上の如く本実施例による各実施例について述べたが、
第５Ａ図及び第５Ｂ図にはそれぞれ実施例１における低
倍率状態（広角端Ｗ）の諸収差図、実施例１における高
倍率状態（望遠端Ｔ）の諸収差を示し、第７Ａ図及び第
７Ｂ図にはそれぞれ実施例２における低倍率状態（広角
端Ｗ）の諸収差図、実施例２における高倍率状態（望遠
端Ｔ）の諸収差を示している。

各収差図において、Ｓ、　Ａ、は球面収差、ＡＳＴ、は
非点収差、ＣＯＭＡ、はコマ収差、Ｄｉｓ、は歪曲収差
（デイスト−ジョン）を示しており、各収差図中のＡは
Ａ線（λ＝８μｍ）、ＢはＢ線（λ＝ＬＯμｍ）、Ｃは
Ｃ線（λ＝１２μｍ）を示している。さらに、非点収差
図中の破線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を
示している。

各収差図の比較より各倍率状態ににおいて優れた結像性
能を有していることが明らかである。

このように、第２レンズ群を光軸方向へ単に移動させる
ような簡素な構成で変倍が達成できるだけでなく、ナル
シサスの影響を大幅に低減しつつ、良好なる収差補正が
実現できる高性能な赤外用変倍光学系が達成できる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、正・負・正の３群の構成
のレンズ系における第２レンズ群のみを単に光軸方向に
沿って変倍させることにより、簡単な機構で赤外用変倍
光学系を達成することができる。

また、本実施例の如く、僅か４枚程度の少ないレンズ構
成枚数にもかかわらず、１．３〜１．６程度の明るいＦ
ナンバーと、高い透過率が得られ、良好な収差補正とナ
ルシサスの低減との両立を実現できる高性能な赤外用変
倍光学系を達成することができる。

また、僅か４枚程度の少ないレンズ構成枚数で実現でき
るため、コストの低減、レンズの軽量化が図れるのみな
らず、変倍に対する応答性、操作性においても非常に有
利となるため極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の変倍光学系の骨組みを示す模式図、
第２Ａ図は第２レンズ群においてナルシサスが発生して
いる様子を示す図、第２Ｂ図は第２レンズ群においてナ
ルシサスが軽減されている様子を示す図、第３Ａ図は第
３レンズ群でナルシサスが発生する様子を示す図、第３
Ｂ図及び第３Ｃ図は第３レンズ群でナルシサスが軽減さ
れている様子を示す図、第４図は本発明の実施例１のレ
ンズ構成及び光路を示す図、第５Ａ図は実施例１におけ
る低倍率状態（広角端Ｗ）の諸収差図、第５Ｂ図は実施
例１における高倍率状態（望遠端Ｔ）の諸収差図、第６
図は本発明の実施例２のレンズ構成及び光路を示す図、
第７Ａ図は実施例２における低倍率状態（広角端Ｗ）の
諸収差図、第７Ｂ図は実施例２における高倍率状態（望
遠端Ｔ）の諸収差図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｇ１・・・第１レンズ群 Ｇ１・・第２レンズ群 Ｇ、・・・第３レンズ群

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を
   有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ
   群とを有し、 変倍の際に、前記第２レンズ群を光軸方向へ移動せしめ
   、 さらに、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ＿１、前記第
   ２レンズ群の焦点距離をｆ＿２とするとき、−８≦ｆ＿
   １／ｆ＿２≦−４．５ を満足することを特徴とする赤外用変倍光学系。 ２）前記第２レンズ群は最も物体側に少なくとも負レン
   ズを有し、該負レンズにおける物体側の曲率半径及び像
   側の曲率半径をそれぞれｒ＿ａ、ｒ＿ｂとするとき、 −６＜（ｒ＿ａ＋ｒ＿ｂ）／（ｒ＿ａ−ｒ＿ｂ）＜２を
   満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   赤外用変倍光学系。