JPH04298709A - 赤外線光学装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は赤外線カメラ等に用い
る赤外線光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、周囲の温度が変化すると赤外線
光学装置の解像度に影響を及ぼす。温度が変化すると、
レンズの屈折率変化や熱伸縮による形状変化による屈折
力変化、レンズ保持具の熱伸縮による間隔変化等により
、赤外線光学装置の結像位置が移動して、解像度が劣化
する（以下、これを熱収差と呼ぶ）。この熱収差を抑制
するためには、結像位置の移動を何等かの方法で補正す
る必要がある。

【０００３】従来、この種の赤外線光学装置として、図
１１に示すようなものがあった。この図は、ＵＮＩＴＥ
Ｄ　　ＳＴＡＴＥＳ　　ＰＡＴＥＮＴＳ　　ＮＯ．４，
６７９，８９１に示された赤外線光学装置の断面図であ
る。 図において、Ｌ１〜Ｌ３は第１〜第３レンズである。第
１レンズＬ１の材料はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、第２
レンズＬ２の材料は硫化亜鉛（ＺｎＳ）、第３レンズＬ
３の材料はゲルマニウム（Ｇｅ）である。各レンズは近
接して置かれ、ここでは図示していないが、レンズ保持
具により保持されている。

【０００４】この赤外線光学装置は撮像対象物から放射
された８〜１２μｍ　近辺の赤外線を集光して、上記撮
像対象物の赤外線画像を結像する。その後、図示してい
ないが、上記赤外線光学装置の結像位置に置かれた光電
変換器で電気信号に変換されて信号処理回路を介して表
示装置に表示される。

【０００５】近接して置かれた第１レンズＬ１及び第２
レンズＬ２は１対のレンズになっている。硫化亜鉛に比
べ分散の小さいセレン化亜鉛から成る第１レンズＬ１は
正の屈折力、第２レンズＬ２は負の屈折力であり、色収
差を補正するように各々の屈折力が定められている。１
対のレンズとしては正の屈折力であり、その屈折力の温
度変化は正となっている。即ち温度が上昇すると、屈折
力が大きくなる。

【０００６】上記１対のレンズに近接して置かれた第３
レンズＬ３の材料は上記１対のレンズの材料に比べ屈折
率の温度変化が大きく、極めて低分散である。第３レン
ズＬ３の屈折力は上記１対のレンズの屈折率の温度変化
を打ち消すような負の屈折力に定められており、赤外線
光学装置全体での熱収差を補正している。第３レンズＬ
３で生じる色収差は無視できるほど小さいので、赤外線
光学装置全体での色収差は、上記１対のレンズの色収差
を補正するのみで十分補正されている。

【０００７】従って、この赤外線光学装置は、撮像対象
物から放射された波長の異なる赤外線がほぼ同じ結像位
置に結像するので色収差による劣化が抑えられており、
温度が変化しても上記結像位置がほとんど移動しないの
で温度変化による解像度の劣化が抑えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線光学装置
は以上のように構成されているので、全てのレンズを近
接して置かなければならず、設計上の制約があるという
問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、少なくとも１箇所のレンズ間隔
に所定のレンズ間隔をもたせることにより、設計の自由
度を大きくすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わる赤外
線光学装置は、正レンズと上記正レンズの材料に比べ分
散の大きい材料から成る負レンズとを有し色収差を補正
するように各レンズの屈折力を定めた正の屈折力の第１
レンズ群と、上記第１レンズ群の材料に比べ屈折率の温
度変化が大きく且つ低分散の材料から成り、熱収差を補
正するように屈折力を定めた負の屈折力の第２レンズ群
と、上記第１レンズ群の正レンズと同じ材料から成り、
上記第１レンズ群から離れて置かれ且つ上記第１レンズ
群と相俟って色収差を補正するように屈折力を定めた正
の屈折力の第３レンズ群とを備えたものである。

【００１１】また、第２の発明に係わる赤外線光学装置
は、赤外線光学装置を構成する各レンズを所定のレンズ
間隔で離して配置したものである。

【００１２】

【作用】第１の発明においては、離れた置かれた第１お
よび第３レンズ群が色収差を補正し、色収差が小さい材
料から成る第２レンズ群が熱収差を補正することにより
、赤外線光学装置全体の色収差と熱収差が同時に補正さ
れる。

【００１３】

【実施例】実施例１．図１は第１の発明の一実施例を示
す断面図である。図において、Ａ１〜Ａ４は第１〜第４
レンズ、Ａ５は絞りである。１１は第１レンズＡ１およ
び第２レンズＡ２より構成される正の屈折力の第１レン
ズ群、１２は第３レンズＡ３より構成される負の屈折力
の第２レンズ群、１３は第４レンズＡ４より構成される
正の屈折力の第３レンズ群であり、第１レンズ群１１及
び第２レンズ群１２から離れて置かれており、ここでは
図示していないが、各レンズはレンズ保持具により保持
されている。

【００１４】この赤外線光学装置は撮像対象物から放射
された８〜１１μｍ　近辺の赤外線を集光して、上記撮
像対象物の赤外線画像を結像する。その後、図示してい
ないが、上記赤外線光学装置の結像位置に置かれた光電
変換器で電気信号に変換されて信号処理回路を介して表
示装置に表示される。

【００１５】第１レンズＡ１および第４レンズＡ４の材
料はセレン化亜鉛、第２レンズＡ２の材料はセレン化亜
鉛に比べ分散の大きい材料である硫化亜鉛、第３レンズ
Ａ３の材料はセレン化亜鉛、硫化亜鉛に比べ屈折率の温
度変化が大きく且つ極めて低分散の材料であるゲルマニ
ウムである。各材料の各波長光に対する屈折率、アッベ
数、屈折率の温度変化は表１の通りである。

【００１６】

【表１】

【００１７】硫化亜鉛に比べ分散の小さいセレン化亜鉛
のレンズの屈折力を正、硫化亜鉛のレンズの屈折力を負
として各レンズの屈折力を定めることにより、第１レン
ズ群１１と第３レンズ群１３とで実質的な色収差の補正
を行っている。ところが、これらのレンズの温度による
屈折力変化、間隔変化等により熱収差が発生する。第１
レンズ群１１と第３レンズ１３との屈折力の温度変化は
正であり、温度が上昇すると屈折力が大きくなる。

【００１８】第２レンズ群１２の屈折力は上記熱収差を
打ち消すような負の屈折力に定められており、各レンズ
の屈折力変化、レンズ保持具の伸縮等の赤外線光学装置
全体の熱収差を補正している。第２レンズ群１２の材料
は極めて低分散であるので、ここで生じる色収差は無視
できるほど小さく、赤外線光学装置での色収差は、第１
レンズ群１１および第３レンズ群１３の色収差を補正す
るのみで十分に補正されている。従って、この赤外線光
学装置は、撮像対象物から放射された波長の異なる赤外
線がほぼ同じ結像位置に結像するので色収差による劣化
が抑えられており、温度が変化しても上記結像位置がほ
とんど移動しないので温度変化による解像度の劣化が抑
えられている。

【００１９】第１レンズ群１１および第２レンズ群１２
と、第３レンズ群１３との間に間隔を導入することによ
り、これをパラメータにすることができるので、設計の
自由度が向上することができる。

【００２０】また、本発明は後絞り型の光学装置である
が、第１レンズ群１１および第２レンズ群１２から成る
凸レンズ群と、第３レンズ群１３から成る凸レンズ群と
を離して配置し、光線の振れを各凸レンズ群に分担させ
ることにより、光学装置の径を小さくし、小型かつ軽量
にすることができる。

【００２１】表２に、図１で示した第１の発明に係わる
赤外線光学装置の数値実施例を、焦点距離を１００とし
て規格化して示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】また、図２（ａ）〜（ｃ）に諸収差を、（
ｄ）に温度変化に対する結像位置の移動量をそれぞれ示
す。

【００２４】実施例２．次に、図３は第１の発明の他の
実施例を示すもので、Ｂ１〜Ｂ５は第１〜第５レンズ、
Ｂ６は絞りである。１１はＢ１〜Ｂ２より構成される正
の屈折力の第１レンズ群、１２はＢ３〜Ｂ４より構成さ
れる負の屈折力の第２レンズ群、１３はＢ５より構成さ
れる正の屈折力の第３レンズ群であり、第１レンズ群１
１および第２レンズ群１２から離れて置かれている。

【００２５】第１レンズＢ１および第５レンズＢ５の材
料はセレン化亜鉛、第２レンズＢ２の材料は硫化亜鉛、
第３レンズＢ３および第４レンズＢ４の材料はゲルマニ
ウムである。

【００２６】この実施例は第２レンズ群１２を２枚のレ
ンズで構成したものであり、この２枚の組み合わせで負
の屈折力となっており、上記図１の実施例と同様に、赤
外線光学装置全体で色収差と熱収差が同時に補正されて
いる。このように、いずれかのレンズを分割しても同様
の効果が得られる。

【００２７】表３に、図３で示した赤外線光学装置の数
値実施例を、焦点距離を１００として規格化して示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】また、図４（ａ）〜（ｃ）に諸収差を、（
ｄ）に温度変化に対する結像位置の移動量をそれぞれ示
す。

【００３０】実施例３．次に、図５は第１の発明のさら
に他の実施例を示すもので、Ｃ１〜Ｃ４は第１〜第４レ
ンズ、Ｃ５は絞りである。１１はＣ２〜Ｃ３より構成さ
れる正の屈折力の第１レンズ群、１２はＣ１より構成さ
れる負の屈折力の第２レンズ群、１３はＣ４より構成さ
れる正の屈折力の第３レンズ群であり、第１レンズ群１
１および第２レンズ群１２から離れて置かれている。

【００３１】第２レンズＣ２および第４レンズＣ４の材
料はセレン化亜鉛、第３レンズＣ３の材料は硫化亜鉛、
第１レンズＣ１の材料はゲルマニウムである。

【００３２】この実施例は第２レンズ群１２を物体側に
配置したもので、上記図１の実施例と同様に、赤外線光
学装置全体で色収差と熱収差が同時に補正されている。 このように、各レンズ群の順序が異なっていても同様の
効果が得られる。

【００３３】表４に、図５で示した赤外線光学装置の数
値実施例を、焦点距離を１００として規格化して示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】また、図６（ａ）〜（ｃ）に諸収差を、（
ｄ）に温度変化に対する結像位置の移動量をそれぞれ示
す。

【００３６】実施例４．次に、図７は第１の発明のさら
に他の実施例を示すもので、Ｄ１〜Ｄ５は第１〜第５レ
ンズ、Ｄ６は絞りである。１１はＤ２〜Ｄ３より構成さ
れる正の屈折力の第１レンズ群、１２はＤ１およびＤ４
より構成される負の屈折力の第２レンズ群、１３はＤ５
より構成される正の屈折力の第３レンズ群であり、第１
レンズ群１１および第２レンズ群１２から離れて置かれ
ている。

【００３７】第２レンズＤ２および第５レンズＤ５の材
料はセレン化亜鉛、第３レンズＤ３の材料は硫化亜鉛、
第１レンズＤ１および第４レンズＤ４の材料はゲルマニ
ウムである。

【００３８】この実施例は第２レンズ群１２を第１レン
ズ群１１の両側に配置したもので、上記図１の実施例と
同様に、赤外線光学装置全体で色収差と熱収差が同時に
補正されている。このように、各レンズ群が分割され、
順序が異なっても同様の効果が得られる。

【００３９】表５に、図７で示した第２の発明に係わる
赤外線光学装置の数値実施例を、焦点距離を１００とし
て規格化して示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】また、図８（ａ）〜（ｃ）に諸収差を、（
ｄ）に温度変化に対する結像位置の移動量をそれぞれ示
す。

【００４２】なお、上記第１の発明の各実施例では８〜
１１μｍ　近辺の波長に赤外線を集光する赤外線光学装
置について説明したが、他の波長帯域に用いる光学装置
についても同様の効果が得られることは言うまでもない
。

【００４３】実施例５．次に、図９は第２の発明の一実
施例による赤外線光学装置を示す断面図であり、図にお
いて、Ｅ１〜Ｅ４は第１〜第４レンズ、Ｅ５は絞りであ
り、各レンズ間隔をおいて配置され、ここでは図示して
いないがレンズ保持具により保持されている。１１はＥ
２〜Ｅ３より構成される正の屈折力の第１レンズ群、１
２はＥ１より構成される負の屈折力の第２レンズ群、１
３はＥ４より構成される正の屈折力の第３レンズ群であ
る。

【００４４】この赤外線光学装置は撮像対象物から放射
された８〜１１μｍ　近辺の赤外線を集光して、上記撮
像対象物の赤外線画像を結像する。その後、図示してい
ないが、上記赤外線光学装置の結像位置に置かれた光電
変換器で電気信号に変換されて信号処理回路を介して表
示装置に表示される。

【００４５】第２レンズＥ２および第４レンズＥ４の材
料はセレン化亜鉛、第３レンズＥ３の材料は硫化亜鉛、
第１レンズＥ１の材料はゲルマニウムである。

【００４６】硫化亜鉛より分散の小さいセレン化亜鉛の
レンズの屈折力を正、硫化亜鉛のレンズの屈折力を負と
して各レンズの屈折力を定めることにより、第１レンズ
１１と第３レンズ１３とで実質的な色収差補正を行って
いる。ところが、各レンズの温度による屈折力変化、間
隔変化等により熱収差が発生する。この熱収差は、温度
が上昇すると屈折力が大きくなる方向である。

【００４７】第２レンズ群１２の屈折力は上記熱収差を
打ち消すような負の屈折力に定められており、赤外線光
学装置全体での熱収差を補正している。第２レンズ１２
の材料は極めて低分散であるので、ここで生じる色収差
は無視できるほど小さく、赤外線光学装置での色収差は
、第１レンズ群１１および第３レンズ１３の色収差を補
正するのみで十分に補正されている。従って、この赤外
線光学装置は、撮像対象物から放射された波長の異なる
赤外線がほぼ結像位置に結像するので色収差による劣化
が抑えられており、温度が変化しても上記結像位置がほ
とんど移動しないので温度変化による解像度の劣化が抑
えられている。

【００４８】各レンズを間隔をおいて配置することによ
り、これらの間隔をパラメータとして増やすことかでき
るので、設計の自由度をさらに向上することができる。 さらに、本発明は後絞り型の光学装置であるが、光線の
振れを各レンズ群に分担させることにより、光学装置の
径を小さくし、小型かつ軽量にすることができる。

【００４９】表６に、図９で示した第３の発明に係わる
赤外線光学装置の数値実施例を、焦点距離を１００とし
て規格化して示す。

【００５０】

【表６】

【００５１】また、図１０（ａ）〜（ｃ）に諸収差を、
（ｄ）に温度変化に対する結像位置の移動量をそれぞれ
示す。

【００５２】なお、上記実施例では４枚組の赤外線光学
装置について説明したが、いずれかのレンズを分割して
も同様の効果が得られることは言うまでもない。また、
各レンズ群の順序を変更しても良い。

【００５３】さらに、上記第３の発明の各実施例では８
〜１１μｍ　近辺の波長に赤外線を集光する赤外線光学
装置について説明したが、他の波長帯域に用いる光学装
置についても同様の効果が得られること明らかである。

【００５４】

【発明の効果】以上のように第１の発明の赤外線光学装
置によれば、離れて置かれた第１および第３レンズ群が
色収差を補正し、色収差が小さい材料から成る第２レン
ズ群が熱収差を補正するので、第１および第２レンズ群
と、第３レンズ群とを間隔を置いて配置することにより
、これをパラメータにすることができるので、設計の自
由度が向上するという効果がある。

【００５５】さらに、第２の発明の赤外線光学装置によ
れば、各レンズが間隔をもって配置されて色収差と熱収
差とを補正するので、各レンズを必ずしも近接して置か
なくても良く、各レンズ間隔をパラメータとして増やす
ことができるので、設計の自由度をさらに向上するとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例１を示す赤外線光学装置の
断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の赤外線光学装置の諸収
差図、（ｄ）は温度変化に対する結像位置の移動量を示
す特性図である。

【図３】第１の発明の実施例２を示す赤外線光学装置の
断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は図３の赤外線光学装置の諸収
差図、（ｄ）は温度変化に対する結像位置の移動量を示
す特性図である。

【図５】第１の発明の実施例３を示す赤外線光学装置の
断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は図５の赤外線光学装置の諸収
差図、（ｄ）は温度変化に対する結像位置の移動量を示
す特性図である。

【図７】第１の発明の実施例４を示す赤外線光学装置の
断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は図７の赤外線光学装置の諸収
差図、（ｄ）は温度変化に対する結像位置の移動量を示
す特性図である。

【図９】第２の発明の実施例５を示す赤外線光学装置の
断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は図９の赤外線光学装置の諸
収差図、（ｄ）は温度変化に対する結像位置の移動量を
示す特性図である。

【図１１】従来の赤外線光学装置の断面図である。

【符号の説明】

１１　　　　第１レンズ群 １２　　　　第２レンズ群 １３　　　　第３レンズ群

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　正レンズと上記正レンズの材料に比べ
   分散の大きい材料から成る負レンズとを有し色収差を補
   正するように各レンズの屈折力を定めた正の屈折力の第
   １レンズ群と、上記第１レンズ群の材料に比べ屈折率の
   温度変化が大きく且つ低分散の材料から成り、熱収差を
   補正するように屈折力を定めた負の屈折力の第２レンズ
   群と、上記第１レンズ群の正レンズと同じ材料から成り
   、上記第１レンズ群から離れて置かれ且つ上記第１レン
   ズ群と相俟って色収差を補正するように屈折力を定めた
   正の屈折力の第３レンズ群とを備えたことを特徴とした
   赤外線光学装置。
2. 【請求項２】　　赤外線光学装置を構成する各レンズを
   所定のレンズ間隔で離して配置したことを特徴とした請
   求項１記載の赤外線光学装置。