JPH0560600A - 赤外線光学系 - Google Patents
赤外線光学系Info
- Publication number
- JPH0560600A JPH0560600A JP3223046A JP22304691A JPH0560600A JP H0560600 A JPH0560600 A JP H0560600A JP 3223046 A JP3223046 A JP 3223046A JP 22304691 A JP22304691 A JP 22304691A JP H0560600 A JPH0560600 A JP H0560600A
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- Japan
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- optical system
- light
- aperture stop
- photodetector
- infrared
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- Pending
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】赤外線光学系の光検知器検知面上での感度ムラ
を低減し、併せて検知器全面で光量を均一化する。 【構成】赤外線光学系の冷却された開口絞りと光検知器
の間に冷却された集光作用を持つ光学系を配し、その配
置を最適化する。また好適にはその集光作用を持つ光学
系の歪曲収差を負とし、理想的にはｆｓｉｎθレンズの
性質を持つものとする。 【効果】集光作用を持つ光学系により、光検知器に入射
する光の検知面に対する垂直性が高められて、検知器の
感度ムラが低減される。また、該光学系の歪曲収差が負
であることにより、検知器全面で光量が均一化される。
を低減し、併せて検知器全面で光量を均一化する。 【構成】赤外線光学系の冷却された開口絞りと光検知器
の間に冷却された集光作用を持つ光学系を配し、その配
置を最適化する。また好適にはその集光作用を持つ光学
系の歪曲収差を負とし、理想的にはｆｓｉｎθレンズの
性質を持つものとする。 【効果】集光作用を持つ光学系により、光検知器に入射
する光の検知面に対する垂直性が高められて、検知器の
感度ムラが低減される。また、該光学系の歪曲収差が負
であることにより、検知器全面で光量が均一化される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線カメラ等に用い
られる、冷却された開口を持つ赤外線光学系に関するも
のである。
られる、冷却された開口を持つ赤外線光学系に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の赤外線光学系は図２、ないし図３
に示すような構造であった。通常の物体の殆どは自らあ
る程度の赤外線を発しているので、赤外線光学系におい
ては光学系を構成する要素自体の発する赤外線が有害な
ノイズとなる。これを排除するためには、光学系の各要
素を冷却するという方法がある。図２においてはデュワ
窓１が開口絞りを兼ねており、デュワ内に置かれた検出
器３と共に、図示しない冷却手段により冷却されてい
る。開口絞りはデュワ窓と兼用でなく、冷却されたデュ
ワ内に独立して設けられる場合もある。図においてレン
ズ１０（対物光学系）からの光は、開口絞り１を介して
ＣＣＤなどで構成される光検知器に導かれる。このよう
な構成により有害光が有効に遮光される。図３は図２と
は別の構成を示し、レンズ１０ａの有効径を小さくする
ために対物光学径１０の中程で１度焦点を結ばせ、リレ
ーレンズ１０ｂを介して開口絞りに光を導く構成とした
例である。
に示すような構造であった。通常の物体の殆どは自らあ
る程度の赤外線を発しているので、赤外線光学系におい
ては光学系を構成する要素自体の発する赤外線が有害な
ノイズとなる。これを排除するためには、光学系の各要
素を冷却するという方法がある。図２においてはデュワ
窓１が開口絞りを兼ねており、デュワ内に置かれた検出
器３と共に、図示しない冷却手段により冷却されてい
る。開口絞りはデュワ窓と兼用でなく、冷却されたデュ
ワ内に独立して設けられる場合もある。図においてレン
ズ１０（対物光学系）からの光は、開口絞り１を介して
ＣＣＤなどで構成される光検知器に導かれる。このよう
な構成により有害光が有効に遮光される。図３は図２と
は別の構成を示し、レンズ１０ａの有効径を小さくする
ために対物光学径１０の中程で１度焦点を結ばせ、リレ
ーレンズ１０ｂを介して開口絞りに光を導く構成とした
例である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の赤
外線光学系においては、図２および図３に示すように光
軸に対する主光線の傾きをθとすると、ｃｏｓ4 θ則に
したがって光検知器に入射する光量が中心部と周縁部と
の間で変化するため、像が周辺部で暗くなるという問題
があった。また、像周辺部において光検知器に入射する
に入射光束が光検知器の検出面に対して垂直でなくなる
ために検知効率が悪くなり、やはり周辺部が暗くなると
いう問題点があった。本発明はこのような従来の問題点
に鑑みてなされたものであり、有害光を排除しながら全
視野においてほぼ一定の光量を与える赤外線光学系を提
供することを目的とする。
外線光学系においては、図２および図３に示すように光
軸に対する主光線の傾きをθとすると、ｃｏｓ4 θ則に
したがって光検知器に入射する光量が中心部と周縁部と
の間で変化するため、像が周辺部で暗くなるという問題
があった。また、像周辺部において光検知器に入射する
に入射光束が光検知器の検出面に対して垂直でなくなる
ために検知効率が悪くなり、やはり周辺部が暗くなると
いう問題点があった。本発明はこのような従来の問題点
に鑑みてなされたものであり、有害光を排除しながら全
視野においてほぼ一定の光量を与える赤外線光学系を提
供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題の解決のため、
本発明の赤外線光学系は赤外線の放射の少ない開口絞り
と光検知器の間に同じく冷却された集光作用を持つ光学
系を有する。
本発明の赤外線光学系は赤外線の放射の少ない開口絞り
と光検知器の間に同じく冷却された集光作用を持つ光学
系を有する。
【０００５】また、より好適な例では、この集光作用を
持つ光学系の焦点距離、および、開口絞りと集光作用を
持つ光学系と光検知器との配置を最適化する。即ち、開
口絞りと集光作用を持つ光学系と光検知器の位置関係
を、開口絞りと集光作用を持つ光学系の前側主点との間
隔をｄ1 、集光作用を持つ光学系の後ろ側主点と光検知
器との間隔をｄ2 、開口絞りと光検知器との間隔をＬ、
集光作用を持つ光学系の焦点距離をｆとして、 ｜ｄ2 −｛ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ）｝｜＞Ｌ を満たすようにする。
持つ光学系の焦点距離、および、開口絞りと集光作用を
持つ光学系と光検知器との配置を最適化する。即ち、開
口絞りと集光作用を持つ光学系と光検知器の位置関係
を、開口絞りと集光作用を持つ光学系の前側主点との間
隔をｄ1 、集光作用を持つ光学系の後ろ側主点と光検知
器との間隔をｄ2 、開口絞りと光検知器との間隔をＬ、
集光作用を持つ光学系の焦点距離をｆとして、 ｜ｄ2 −｛ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ）｝｜＞Ｌ を満たすようにする。
【０００６】さらに好適には集光作用を持つ光学系の歪
曲収差を負とし、理想的には、ほぼｆｓｉｎθレンズの
性質を持つようにする。
曲収差を負とし、理想的には、ほぼｆｓｉｎθレンズの
性質を持つようにする。
【０００７】
【作用】集光作用を持つ光学系を開口絞りと光検知器の
間に挿入することにより、光軸に対する主光線の傾きが
小さくなるので、光検知器の感度の入射角度依存性によ
る中心部と周辺部の間での感度ムラを低減することがで
きる。
間に挿入することにより、光軸に対する主光線の傾きが
小さくなるので、光検知器の感度の入射角度依存性によ
る中心部と周辺部の間での感度ムラを低減することがで
きる。
【０００８】さらに、集光作用を持つ光学系の歪曲収差
を負とし、理想的にはｆｓｉｎθレンズとすることによ
り中心部と周辺部でほぼ同じ開口数となるので、上記の
感度ムラの低減と相俟って、全視野に置いてほぼ均一な
明るさを得ることができる。
を負とし、理想的にはｆｓｉｎθレンズとすることによ
り中心部と周辺部でほぼ同じ開口数となるので、上記の
感度ムラの低減と相俟って、全視野に置いてほぼ均一な
明るさを得ることができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明による赤外線光学系の断面を図
式的に示す図である。図において、開口絞り１、凸レン
ズ群２、ＣＣＤなどで構成される光検知器３は、不図示
の冷却手段により冷却されたデュワ内に置かれている。
デュワの前には図４および図５に示すようなレンズ群１
０（対物光学系）が配置されている。このような配置に
より、検知器側からレンズ側を見た場合、図１に示すよ
うに開口絞り１により規定される開口２ωのみが有効開
口となり、２ωより大きい角度の光束は光検知器３には
入射しないので、有害光を除去できる。ここで、図１、
図４および図５にて示す如く、開口絞りは冷却されてい
るため、この絞り１からの有害光は放射されない。ま
た、凸レンズ群２も冷却されているため、凸レンズから
も有害光は放射されない。なお、開口絞り１の検出器側
を鏡面等の反射面で構成しても良く、さらにはその反射
面に適宜曲率を持たせても良い。この場合、開口絞り１
を冷却しなくても、この絞り１の反射面での赤外線の放
射が少ないため、ここからの有害光は放射されない。
式的に示す図である。図において、開口絞り１、凸レン
ズ群２、ＣＣＤなどで構成される光検知器３は、不図示
の冷却手段により冷却されたデュワ内に置かれている。
デュワの前には図４および図５に示すようなレンズ群１
０（対物光学系）が配置されている。このような配置に
より、検知器側からレンズ側を見た場合、図１に示すよ
うに開口絞り１により規定される開口２ωのみが有効開
口となり、２ωより大きい角度の光束は光検知器３には
入射しないので、有害光を除去できる。ここで、図１、
図４および図５にて示す如く、開口絞りは冷却されてい
るため、この絞り１からの有害光は放射されない。ま
た、凸レンズ群２も冷却されているため、凸レンズから
も有害光は放射されない。なお、開口絞り１の検出器側
を鏡面等の反射面で構成しても良く、さらにはその反射
面に適宜曲率を持たせても良い。この場合、開口絞り１
を冷却しなくても、この絞り１の反射面での赤外線の放
射が少ないため、ここからの有害光は放射されない。
【００１０】今、図１に示すように凸レンズ群前側主点
と開口絞り１との距離をｄ1 、後側主点と光検出器３と
の距離をｄ2 、凸レンズ群２の焦点距離をｆ、開口絞り
１と光検出器３との距離をＬとする。開口絞りの凸レン
ズ群による像の後側主点からの距離をｂとすると、周知
のように、 １／ｂ＝１／ｆ−１／ｄ1 であるので、 ｂ＝ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ） となる。ここで、 ｜ｄ2 −ｂ｜＞Ｌ であれば凸レンズ群２の作用により、光軸に対する主光
線の傾きが、凸レンズ群２がない場合に比べて小さくな
る。即ち、 ｜ｄ2 −ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ）｜＞Ｌ であることが、主光線の傾きを低減する条件である。
と開口絞り１との距離をｄ1 、後側主点と光検出器３と
の距離をｄ2 、凸レンズ群２の焦点距離をｆ、開口絞り
１と光検出器３との距離をＬとする。開口絞りの凸レン
ズ群による像の後側主点からの距離をｂとすると、周知
のように、 １／ｂ＝１／ｆ−１／ｄ1 であるので、 ｂ＝ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ） となる。ここで、 ｜ｄ2 −ｂ｜＞Ｌ であれば凸レンズ群２の作用により、光軸に対する主光
線の傾きが、凸レンズ群２がない場合に比べて小さくな
る。即ち、 ｜ｄ2 −ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ）｜＞Ｌ であることが、主光線の傾きを低減する条件である。
【００１１】図６は、凸レンズ群２がｆｓｉｎθレンズ
であり、開口絞り１がレンズ２の前側焦点位置に、検知
器が後側焦点位置にある場合の光線の状態を図式的に示
す図である。この場合、図に示した光軸上の角度ω0 と
光軸外の角度ω1 は等しくなるので、中心部での開口数
ＮＡ0 と周辺部での開口数ＮＡ1 は等しくなる。これに
より中心部と周辺部で光量が同じになり、光検知器前面
でほぼ均一な光量が得られることが分かる。なお、ここ
で主光線の開口絞り１における光軸からの傾きをθとす
ると、光検知器上での像高ｙは、ｙ＝ｆｓｉｎθと表さ
れる。
であり、開口絞り１がレンズ２の前側焦点位置に、検知
器が後側焦点位置にある場合の光線の状態を図式的に示
す図である。この場合、図に示した光軸上の角度ω0 と
光軸外の角度ω1 は等しくなるので、中心部での開口数
ＮＡ0 と周辺部での開口数ＮＡ1 は等しくなる。これに
より中心部と周辺部で光量が同じになり、光検知器前面
でほぼ均一な光量が得られることが分かる。なお、ここ
で主光線の開口絞り１における光軸からの傾きをθとす
ると、光検知器上での像高ｙは、ｙ＝ｆｓｉｎθと表さ
れる。
【００１２】図６に示した例では、開口絞り１がレンズ
２の前側焦点位置に、光検知器３が後側焦点位置にある
が、開口絞り１、光検知器３それぞれの位置を、それら
に特定する必要はない。図７および図８は凸レンズ群２
がｆｓｉｎθレンズであっても、開口絞り１または光検
知器３が焦点位置ではない例を示す。
２の前側焦点位置に、光検知器３が後側焦点位置にある
が、開口絞り１、光検知器３それぞれの位置を、それら
に特定する必要はない。図７および図８は凸レンズ群２
がｆｓｉｎθレンズであっても、開口絞り１または光検
知器３が焦点位置ではない例を示す。
【００１３】図７は開口絞り１が前側焦点からずれた場
合である。図に示す光線の傾きは、 ２ｓｉｎω0 ＝ｓｉｎω1 −ｓｉｎω2 の関係を満足するので、開口数は光検知器３上で一定と
なる。
合である。図に示す光線の傾きは、 ２ｓｉｎω0 ＝ｓｉｎω1 −ｓｉｎω2 の関係を満足するので、開口数は光検知器３上で一定と
なる。
【００１４】図８は光検知器３が後側焦点にない場合で
あり、図に示すようにωは一定である。ただし、開口絞
り１における各光線は平行光束ではない。開口絞り１と
光検知器３の両方が共に焦点位置にない場合には、厳密
には、開口数が一定にはならないが、大きくずれなけれ
ば有効である。
あり、図に示すようにωは一定である。ただし、開口絞
り１における各光線は平行光束ではない。開口絞り１と
光検知器３の両方が共に焦点位置にない場合には、厳密
には、開口数が一定にはならないが、大きくずれなけれ
ば有効である。
【００１５】開口絞り１と光検知器３との間に配置すべ
きレンズとしては、ｆｓｉｎθレンズでなくても、凸レ
ンズによる無限遠物点の結像の歪曲収差が負であれば、
ｃｏｓ4 θ則を補う形となるので有効である。なお、本
実施例では集光作用を持つ光学系として凸レンズを用い
たが、代わりに集光作用を持つフレネルゾーンプレート
を用いても良い。
きレンズとしては、ｆｓｉｎθレンズでなくても、凸レ
ンズによる無限遠物点の結像の歪曲収差が負であれば、
ｃｏｓ4 θ則を補う形となるので有効である。なお、本
実施例では集光作用を持つ光学系として凸レンズを用い
たが、代わりに集光作用を持つフレネルゾーンプレート
を用いても良い。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、本発明において光検知器
側での赤外線放射の少ない開口絞りと光検知器との間に
冷却された集光作用を持つ光学系を配したことにより、
またそれらの配置を最適化する条件を与えることによ
り、視野角外の光線を遮断し光学系自体から発せられる
有害光も防止しながら、またコンパクトな構成を維持し
ながら、光検知器に入射する光の検知面に対する垂直性
が高められ、それによって検知器感度の入射角度依存性
に起因する感度ムラを低減することができる。
側での赤外線放射の少ない開口絞りと光検知器との間に
冷却された集光作用を持つ光学系を配したことにより、
またそれらの配置を最適化する条件を与えることによ
り、視野角外の光線を遮断し光学系自体から発せられる
有害光も防止しながら、またコンパクトな構成を維持し
ながら、光検知器に入射する光の検知面に対する垂直性
が高められ、それによって検知器感度の入射角度依存性
に起因する感度ムラを低減することができる。
【００１７】更に上記集光作用を持つ光学系の歪曲収差
を負とすることにより、理想的には該光学系をｆｓｉｎ
θレンズの性質を持つものとすることにより、全視野に
おいてほぼ均一な明るさを確保することができる。
を負とすることにより、理想的には該光学系をｆｓｉｎ
θレンズの性質を持つものとすることにより、全視野に
おいてほぼ均一な明るさを確保することができる。
【図１】本発明の赤外線光学系のデュワ内部を示す概略
図である。
図である。
【図２】従来の赤外線光学系の例を示す概略図である。
【図３】従来の赤外線光学系の別の例を示す概略図であ
る。
る。
【図４】本発明を利用した赤外線光学系の例を示す図で
ある。
ある。
【図５】本発明を利用した赤外線光学系の別の例を示す
図である。
図である。
【図６】凸レンズ群がｆｓｉｎθレンズであり、開口絞
り、光検知器がそれぞれレンズ前側および後側焦点位置
にある場合の、光線の状態を示す説明図である。
り、光検知器がそれぞれレンズ前側および後側焦点位置
にある場合の、光線の状態を示す説明図である。
【図７】凸レンズ群がｆｓｉｎθレンズであり、開口絞
りまたは光検知器が焦点上にない場合の、光線の状態を
示す説明図で、開口絞りが焦点上にない場合を示す。
りまたは光検知器が焦点上にない場合の、光線の状態を
示す説明図で、開口絞りが焦点上にない場合を示す。
【図８】凸レンズ群がｆｓｉｎθレンズであり、開口絞
りまたは光検知器が焦点上にない場合の、光線の状態を
示す説明図で、光検知器が焦点上にない場合を示す。
りまたは光検知器が焦点上にない場合の、光線の状態を
示す説明図で、光検知器が焦点上にない場合を示す。
１ 開口絞り ２ 凸レンズ群 ３ 光検知器面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐原 宏和 東京都府中市日新町１−10 日本電気株式 会社府中事業場内 (72)発明者 末吉 安里 東京都府中市日新町１−10 日本電気株式 会社府中事業場内
Claims (4)
- 【請求項１】 赤外線の放射の少ない開口絞りと、該開
口絞りの近傍に配設され該開口絞りを介して入射する光
を検知する冷却された光検知器とを含む赤外線光学系に
おいて、該開口絞りと該光検知器との間に、冷却され
た、集光作用を持つ光学系を有することを特徴とする赤
外線光学系。 - 【請求項２】 前記開口絞りと前記集光作用を持つ光学
系と前記光検知器の位置関係を、該開口絞りと該集光作
用を持つ光学系の前側主点との間隔をｄ1、該集光作用
を持つ光学系の後側主点と前記光検知器との間隔をｄ
2 、該開口絞りと該光検知器との間隔をＬ、該集光作用
を持つ光学系の焦点距離をｆとして、 ｜ｄ2 −｛ｆ・ｄ1 ／（ｄ1 −ｆ）｝｜＞Ｌ を満たすように成したことをと特徴する請求項１記載の
赤外線光学系。 - 【請求項３】 前記集光作用を持つ光学系の歪曲収差が
負であることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線
光学系。 - 【請求項４】 前記集光作用を持つ光学系がほぼｆｓｉ
ｎθレンズの性質を持つことを特徴とする請求項１又は
２記載の赤外線光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3223046A JPH0560600A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 赤外線光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3223046A JPH0560600A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 赤外線光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560600A true JPH0560600A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=16791995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3223046A Pending JPH0560600A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 赤外線光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560600A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0989668A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-04-04 | Nikon Corp | 光スペクトル検出装置 |
| US6535332B1 (en) | 1999-03-03 | 2003-03-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared optical system for infrared cameras |
| JP2012505425A (ja) * | 2008-10-07 | 2012-03-01 | オヌラ（オフィス ナシオナル デトゥードゥ エ ドゥ ルシェルシェ アエロスパシアル） | 真空筐体内に統合された赤外線広視野撮像システム |
-
1991
- 1991-09-03 JP JP3223046A patent/JPH0560600A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0989668A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-04-04 | Nikon Corp | 光スペクトル検出装置 |
| US6535332B1 (en) | 1999-03-03 | 2003-03-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared optical system for infrared cameras |
| JP2012505425A (ja) * | 2008-10-07 | 2012-03-01 | オヌラ（オフィス ナシオナル デトゥードゥ エ ドゥ ルシェルシェ アエロスパシアル） | 真空筐体内に統合された赤外線広視野撮像システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010905 |