JPH10260350A - 赤外線撮像装置 - Google Patents
赤外線撮像装置Info
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- JPH10260350A JPH10260350A JP6449297A JP6449297A JPH10260350A JP H10260350 A JPH10260350 A JP H10260350A JP 6449297 A JP6449297 A JP 6449297A JP 6449297 A JP6449297 A JP 6449297A JP H10260350 A JPH10260350 A JP H10260350A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
- G01N2021/95638—Inspecting patterns on the surface of objects for PCB's
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】製造が容易でありながら、非対称収差、特にコ
マ収差を良好に補正すること 【解決手段】、物体（Ｏ）からの赤外線放射に基づい
て、冷却されたデュワ内に配置される赤外線検出素子
（Ｄ）上に物体の像を形成する赤外線撮像装置であっ
て、その対物レンズ系は、デュワ内に配置されるコール
ドアパーチャ（ＣＡ）に射出瞳が一致するように構成さ
れ、赤外線検出素子（Ｄ）側に向けられた凹面のうち少
なくとも１つの凹面（Ａ）は、偏球面の非球面形状を有
している。
マ収差を良好に補正すること 【解決手段】、物体（Ｏ）からの赤外線放射に基づい
て、冷却されたデュワ内に配置される赤外線検出素子
（Ｄ）上に物体の像を形成する赤外線撮像装置であっ
て、その対物レンズ系は、デュワ内に配置されるコール
ドアパーチャ（ＣＡ）に射出瞳が一致するように構成さ
れ、赤外線検出素子（Ｄ）側に向けられた凹面のうち少
なくとも１つの凹面（Ａ）は、偏球面の非球面形状を有
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デュワ内部にコー
ルドアパーチャと赤外線用検出素子を備えた赤外線検出
装置の赤外線検出素子上に、物体の像を形成する対物レ
ンズ系を備えた赤外線撮像装置に関するものであり、特
にプリント基板の検査用として好適なものである。
ルドアパーチャと赤外線用検出素子を備えた赤外線検出
装置の赤外線検出素子上に、物体の像を形成する対物レ
ンズ系を備えた赤外線撮像装置に関するものであり、特
にプリント基板の検査用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】物体の放射する赤外線を検出し、その画
像を得る赤外線撮像装置の検出デバイスとしてＣＣＤの
ような２次元センサーが良く用いられている。３〜５μ
m帯の２次元センサーは実用化されて久しいが最近では
１０μm帯の２次元センサも開発されている。赤外線域
のＳ／Ｎの良い画像を得るためには通常冷却された真空
に引かれたデュワ瓶の中に赤外線センサーとコールドシ
ールドを設置し、センサーの各画素にノイズとなる放射
が受光されないような配慮が成されている。センサー上
に物体の像を形成するための光学系に口径食があると、
センサーのある画素は対象の物体の放射以外に光学系の
鏡筒の放射をも受光してしまうのでそれがノイズとなっ
てＳ／Ｎを落としてしまうことになる。したがって、Ｓ
／Ｎの良い画像を得るためには光学系の射出瞳を開口絞
りであるコールドアパーチャに一致させ（開口整合）、
口径食のない光学系を構成とするのが普通である。Ｓ／
Ｎの良い画像を得るためには光学系の透過率もできるだ
け高いほうがよく、赤外線域で用いる光学材料によって
は吸収の大きいものもあるため光学系を構成する要素は
できるだけ少なくなければならず、かつ画面全体に渡っ
て良好な収差であることが望まれる。
像を得る赤外線撮像装置の検出デバイスとしてＣＣＤの
ような２次元センサーが良く用いられている。３〜５μ
m帯の２次元センサーは実用化されて久しいが最近では
１０μm帯の２次元センサも開発されている。赤外線域
のＳ／Ｎの良い画像を得るためには通常冷却された真空
に引かれたデュワ瓶の中に赤外線センサーとコールドシ
ールドを設置し、センサーの各画素にノイズとなる放射
が受光されないような配慮が成されている。センサー上
に物体の像を形成するための光学系に口径食があると、
センサーのある画素は対象の物体の放射以外に光学系の
鏡筒の放射をも受光してしまうのでそれがノイズとなっ
てＳ／Ｎを落としてしまうことになる。したがって、Ｓ
／Ｎの良い画像を得るためには光学系の射出瞳を開口絞
りであるコールドアパーチャに一致させ（開口整合）、
口径食のない光学系を構成とするのが普通である。Ｓ／
Ｎの良い画像を得るためには光学系の透過率もできるだ
け高いほうがよく、赤外線域で用いる光学材料によって
は吸収の大きいものもあるため光学系を構成する要素は
できるだけ少なくなければならず、かつ画面全体に渡っ
て良好な収差であることが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、射出瞳
が光学系と像面の間に存在するような光学系において
は、開口絞りに関して非対称な光学配置となるために、
例えばコマ収差などの非対称な収差を補正することが難
しいという問題点があった。そこで、本発明は、製造が
容易でありながら、非対称収差、特にコマ収差を良好に
補正することができる対物レンズ系を備えた赤外線撮像
装置を提供することを目的とする。
が光学系と像面の間に存在するような光学系において
は、開口絞りに関して非対称な光学配置となるために、
例えばコマ収差などの非対称な収差を補正することが難
しいという問題点があった。そこで、本発明は、製造が
容易でありながら、非対称収差、特にコマ収差を良好に
補正することができる対物レンズ系を備えた赤外線撮像
装置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】上述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる赤外線撮像装置は、例えば図２に
示す如く、物体（Ｏ）からの赤外線放射に基づいて、冷
却されたデュワ内に配置される赤外線検出素子（Ｄ）上
に物体の像を形成する赤外線撮像装置であって、デュワ
内に配置されるコールドアパーチャ（ＣＡ）に射出瞳が
一致するように構成される対物レンズ系を有し、対物レ
ンズ系中の赤外線検出素子側に向けられた凹面のうち少
なくとも１つの凹面（Ａ）は、偏球面の非球面形状を有
しているものである。
めに、本発明にかかる赤外線撮像装置は、例えば図２に
示す如く、物体（Ｏ）からの赤外線放射に基づいて、冷
却されたデュワ内に配置される赤外線検出素子（Ｄ）上
に物体の像を形成する赤外線撮像装置であって、デュワ
内に配置されるコールドアパーチャ（ＣＡ）に射出瞳が
一致するように構成される対物レンズ系を有し、対物レ
ンズ系中の赤外線検出素子側に向けられた凹面のうち少
なくとも１つの凹面（Ａ）は、偏球面の非球面形状を有
しているものである。
【０００５】上述の構成に基づいて、赤外線撮像装置の
好ましい態様によれば、有限距離に位置する物体の像を
前記赤外線検出素子上に形成するものであり、物体の像
の倍率をβとするとき、 （１） １＞β＞０．１ を満足することが好ましい。
好ましい態様によれば、有限距離に位置する物体の像を
前記赤外線検出素子上に形成するものであり、物体の像
の倍率をβとするとき、 （１） １＞β＞０．１ を満足することが好ましい。
【０００６】また、赤外線撮像装置の対物レンズ系は、
無限遠方に位置する入射瞳を有することが好ましい。ま
た、偏球面の非球面形状を有する凹面（Ａ）の赤外線検
出素子（Ｄ）からの光軸上の距離をＬとし、前記赤外線
検出素子（Ｄ）から前記コールドアパーチャ（ＣＡ）ま
での光軸上の距離をｈとするとき、 （２） １．５≦Ｌ／ｈ＜４ を満足することが好ましい。
無限遠方に位置する入射瞳を有することが好ましい。ま
た、偏球面の非球面形状を有する凹面（Ａ）の赤外線検
出素子（Ｄ）からの光軸上の距離をＬとし、前記赤外線
検出素子（Ｄ）から前記コールドアパーチャ（ＣＡ）ま
での光軸上の距離をｈとするとき、 （２） １．５≦Ｌ／ｈ＜４ を満足することが好ましい。
【０００７】また、上記本発明の好ましい態様のうちの
少なくとも１つにおいては、赤外線撮像装置の対物レン
ズ系は複数のレンズ素子で構成され、複数のレンズ素子
のうち正レンズ素子はシリコンで構成され、複数のレン
ズ素子のうち負レンズ素子はゲルマニウムで構成される
ことが好ましい。
少なくとも１つにおいては、赤外線撮像装置の対物レン
ズ系は複数のレンズ素子で構成され、複数のレンズ素子
のうち正レンズ素子はシリコンで構成され、複数のレン
ズ素子のうち負レンズ素子はゲルマニウムで構成される
ことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、射出瞳が光学系と像面の間
に存在する光学系における収差傾向を比較例を参照しな
がら説明する。図１１は、比較例としての赤外線撮像装
置の対物レンズ系の光路図であり、以下の表１に示す諸
元を有している。以下の表１に比較例の諸元を示す。表
１において、左端の数字は面番号、Ｒは曲率半径、Ｄは
面間隔、Ｎ４は４μｍでの屈折率、ν４は４μｍでの分
散である。なお、４μｍでの分散ν４は、５μｍでの屈
折率をＮ５、３μｍでの屈折率をＮ３とするとき、 （３） ν４＝（Ｎ４−１）／（Ｎ３−Ｎ５） で表される。なお、表１に示す比較例では、後述の本発
明による実施例との比較のために同程度の構成枚数とし
ている。
に存在する光学系における収差傾向を比較例を参照しな
がら説明する。図１１は、比較例としての赤外線撮像装
置の対物レンズ系の光路図であり、以下の表１に示す諸
元を有している。以下の表１に比較例の諸元を示す。表
１において、左端の数字は面番号、Ｒは曲率半径、Ｄは
面間隔、Ｎ４は４μｍでの屈折率、ν４は４μｍでの分
散である。なお、４μｍでの分散ν４は、５μｍでの屈
折率をＮ５、３μｍでの屈折率をＮ３とするとき、 （３） ν４＝（Ｎ４−１）／（Ｎ３−Ｎ５） で表される。なお、表１に示す比較例では、後述の本発
明による実施例との比較のために同程度の構成枚数とし
ている。
【０００９】
【表１】 ［比較例］ Ｒ Ｄ Ｎ４ ν４ 0 ∞ 4.484235 （Ｏ） 1 7.54410 0.353086 3.425406 240.95 Ｓｉ 2 -15.46733 0.654906 3 -2.62234 0.246914 4.024610 102.22 Ｇｅ 4 -4.39902 2.229964 5 -62.22982 0.432099 3.425406 240.95 Ｓｉ 6 -6.31912 0.002469 7 1.61207 0.246914 4.024610 102.22 Ｇｅ 8 1.11540 0.019151 9 1.15932 0.333333 3.425406 240.95 Ｓｉ 10 1.58496 0.370370 11 ∞ 0.029630 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｗ） 12 ∞ 0.049383 13 ∞ 1.000000 （ＣＡ） 14 ∞ （Ｄ） 図１１において、比較例の赤外線撮像装置の対物レンズ
系は、本発明の好ましい態様のものと同様に有限距離に
ある物体Ｏの像を、コールドアパーチャＣＡが設けられ
たデュワ内の赤外線撮像素子Ｄ上に形成するものであ
る。ここで、物体Ｏ上の光軸Ａｘから離れた点からの光
束に着目すると、この光束は光軸Ａｘの下側（或いは上
側）に片寄った位置を通過するため、非対称収差、特に
コマ収差の補正が困難となる。このことは、以下に示す
図１２および図１３に示す収差図からも明らかであり、
比較例の赤外線撮像装置の対物レンズ系では、画面全体
において良好な画像を得ることが困難である。
系は、本発明の好ましい態様のものと同様に有限距離に
ある物体Ｏの像を、コールドアパーチャＣＡが設けられ
たデュワ内の赤外線撮像素子Ｄ上に形成するものであ
る。ここで、物体Ｏ上の光軸Ａｘから離れた点からの光
束に着目すると、この光束は光軸Ａｘの下側（或いは上
側）に片寄った位置を通過するため、非対称収差、特に
コマ収差の補正が困難となる。このことは、以下に示す
図１２および図１３に示す収差図からも明らかであり、
比較例の赤外線撮像装置の対物レンズ系では、画面全体
において良好な画像を得ることが困難である。
【００１０】図１２は図１１に示す比較例の縦収差図で
あり、図１２（ａ）は球面収差図、図１２（ｂ）は非点
収差図、図１２（ｃ）は歪曲収差図である。また、図１
３は図１１に示す比較例の横収差図であり、図１３
（ａ）は１０割の像高におけるタンジェンシャル方向の
横収差図、図１３（ｂ）は７割の像高におけるタンジェ
ンシャル方向の横収差図、図１３（ｃ）は光軸上におけ
る横収差図、図１３（ｄ）は１０割の像高におけるサジ
タル方向の横収差図、図１３（ｅ）は７割の像高におけ
るサジタル方向の横収差図、図１３（ｆ）は光軸上にお
けるサジタル方向の横収差図である。図１２および図１
３に示す収差図において、３０は３μｍの赤外線による
収差曲線、３６は３．６７μｍの赤外線による収差曲
線、４３は４．３３μｍ（基準波長）の赤外線による収
差曲線、５０は５μｍの赤外線による収差曲線、ＩＭＧ
ＨＴは像高をそれぞれ表す。また、図１２中の非点収差
図において、Ｔはタンジェンシャル像面（メリジオナル
像面）、Ｓはサジタル像面を表している。
あり、図１２（ａ）は球面収差図、図１２（ｂ）は非点
収差図、図１２（ｃ）は歪曲収差図である。また、図１
３は図１１に示す比較例の横収差図であり、図１３
（ａ）は１０割の像高におけるタンジェンシャル方向の
横収差図、図１３（ｂ）は７割の像高におけるタンジェ
ンシャル方向の横収差図、図１３（ｃ）は光軸上におけ
る横収差図、図１３（ｄ）は１０割の像高におけるサジ
タル方向の横収差図、図１３（ｅ）は７割の像高におけ
るサジタル方向の横収差図、図１３（ｆ）は光軸上にお
けるサジタル方向の横収差図である。図１２および図１
３に示す収差図において、３０は３μｍの赤外線による
収差曲線、３６は３．６７μｍの赤外線による収差曲
線、４３は４．３３μｍ（基準波長）の赤外線による収
差曲線、５０は５μｍの赤外線による収差曲線、ＩＭＧ
ＨＴは像高をそれぞれ表す。また、図１２中の非点収差
図において、Ｔはタンジェンシャル像面（メリジオナル
像面）、Ｓはサジタル像面を表している。
【００１１】図１２および図１３に示す収差を有する比
較例の赤外線撮像装置の対物レンズ系に対し、本発明で
は、このような射出瞳が光学系と像面の間に存在する光
学系において、像面に向けられた凹面に偏球面の非球面
形状を与えることによって、非対称収差、特にコマ収差
の良好なる補正を達成したものである。なお、非球面の
頂点での接平面からのサグ量をＺとし、Ｃを曲率半径Ｒ
の逆数、ρを非球面の光軸Ａｘからの高さ、κを円錐係
数として、非球面形状を以下の式：
較例の赤外線撮像装置の対物レンズ系に対し、本発明で
は、このような射出瞳が光学系と像面の間に存在する光
学系において、像面に向けられた凹面に偏球面の非球面
形状を与えることによって、非対称収差、特にコマ収差
の良好なる補正を達成したものである。なお、非球面の
頂点での接平面からのサグ量をＺとし、Ｃを曲率半径Ｒ
の逆数、ρを非球面の光軸Ａｘからの高さ、κを円錐係
数として、非球面形状を以下の式：
【００１２】
【数１】
【００１３】（４）で表すとき、円錐係数κが０より大
きいものを偏球面とする。次に、図１を参照して、偏球
面の非球面形状の作用について説明する。図１は、凹面
に設けた偏球面の作用を説明するための模式図である。
偏球面の形状を示す図である図１（Ａ）において、凹面
に設けられた偏球面２０は、光軸Ａｘから離れるにつれ
てその接線２１が母球面１０の接線１１よりも傾斜がき
つくなる形状を有している。つまり凹面に設けられた偏
球面２０は、光軸Ａｘから離れるにつれて負屈折力が徐
々に強まる形状である。
きいものを偏球面とする。次に、図１を参照して、偏球
面の非球面形状の作用について説明する。図１は、凹面
に設けた偏球面の作用を説明するための模式図である。
偏球面の形状を示す図である図１（Ａ）において、凹面
に設けられた偏球面２０は、光軸Ａｘから離れるにつれ
てその接線２１が母球面１０の接線１１よりも傾斜がき
つくなる形状を有している。つまり凹面に設けられた偏
球面２０は、光軸Ａｘから離れるにつれて負屈折力が徐
々に強まる形状である。
【００１４】球面と偏球面との屈折状態の違いを示す図
１（Ｂ）において、球面１０にて屈折される光束１２
は、球面１０の位置にて光軸の下側に片寄っているた
め、図中破線で示す通り上コマ収差を生じる傾向にあ
る。それに対し、偏球面２０にて屈折される光束２２
は、偏球面２０の位置にて光軸の下側に片寄ってはいる
が、上記偏球面の作用によりコマ収差を生じないもとで
像面Ｉに達する。
１（Ｂ）において、球面１０にて屈折される光束１２
は、球面１０の位置にて光軸の下側に片寄っているた
め、図中破線で示す通り上コマ収差を生じる傾向にあ
る。それに対し、偏球面２０にて屈折される光束２２
は、偏球面２０の位置にて光軸の下側に片寄ってはいる
が、上記偏球面の作用によりコマ収差を生じないもとで
像面Ｉに達する。
【００１５】このように、像面に向けられた凹面を偏球
面の非球面形状とすることで、原理的にコマ収差を補正
することが可能となる。さらに、凸面の非球面に対して
凹面の非球面は、高精度の面形状の計測が容易である利
点があり、凹面に偏球面の非球面形状を与えている本発
明では、高精度な計測結果に基づいて非球面加工を行う
ことができるため、高精度な偏球面の創生が容易とな
る。
面の非球面形状とすることで、原理的にコマ収差を補正
することが可能となる。さらに、凸面の非球面に対して
凹面の非球面は、高精度の面形状の計測が容易である利
点があり、凹面に偏球面の非球面形状を与えている本発
明では、高精度な計測結果に基づいて非球面加工を行う
ことができるため、高精度な偏球面の創生が容易とな
る。
【００１６】さて、本発明においては、偏球面の非球面
形状を有する凹面の赤外線検出素子からの光軸上の距離
をＬとし、赤外線検出素子からコールドアパーチャまで
の光軸上の距離をｈとするとき、 （２） １．５≦Ｌ／ｈ＜４ を満足することが好ましい。
形状を有する凹面の赤外線検出素子からの光軸上の距離
をＬとし、赤外線検出素子からコールドアパーチャまで
の光軸上の距離をｈとするとき、 （２） １．５≦Ｌ／ｈ＜４ を満足することが好ましい。
【００１７】上記条件（２）は、偏球面の非球面形状を
有する凹面により効果的に非対称収差を補正するための
条件式である。コールドアパーチャと対物レンズ系との
間にはデュワ窓が存在し、構造的な面から上記条件
（２）の下限を満たすことが望ましい。また、上記条件
（２）の上限を超えると、偏球面の非球面形状を有する
凹面に対する瞳の位置が遠くなるため、コマ収差を補正
したときに非点収差を補正することが困難になる。
有する凹面により効果的に非対称収差を補正するための
条件式である。コールドアパーチャと対物レンズ系との
間にはデュワ窓が存在し、構造的な面から上記条件
（２）の下限を満たすことが望ましい。また、上記条件
（２）の上限を超えると、偏球面の非球面形状を有する
凹面に対する瞳の位置が遠くなるため、コマ収差を補正
したときに非点収差を補正することが困難になる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明にかかる赤外
線撮像装置の対物レンズ系の数値実施例を説明する。こ
こで、図２、図５および図８は、それぞれ第１実施例〜
第３実施例の赤外線撮像装置の対物レンズ系の光路図で
ある。各実施例はともに、３〜５μｍ帯の波長に感度を
有する２次元の赤外線検出器Ｄ上に有限距離に位置する
物体Ｏの縮小像を形成するものである。ここで、図２の
第１実施例では、入射瞳位置が無限遠である物体側テレ
セントリックな光学系となっており、図５の第２実施例
では物体面から入射瞳までの距離が負の有限の値（物体
から像の方向を正にとる）であり、図８の第３実施例で
は物体面から入射瞳までの距離が正の有限の値である。
線撮像装置の対物レンズ系の数値実施例を説明する。こ
こで、図２、図５および図８は、それぞれ第１実施例〜
第３実施例の赤外線撮像装置の対物レンズ系の光路図で
ある。各実施例はともに、３〜５μｍ帯の波長に感度を
有する２次元の赤外線検出器Ｄ上に有限距離に位置する
物体Ｏの縮小像を形成するものである。ここで、図２の
第１実施例では、入射瞳位置が無限遠である物体側テレ
セントリックな光学系となっており、図５の第２実施例
では物体面から入射瞳までの距離が負の有限の値（物体
から像の方向を正にとる）であり、図８の第３実施例で
は物体面から入射瞳までの距離が正の有限の値である。
【００１９】各実施例の赤外線撮像装置の対物レンズ系
では、それを構成する光学材料としてこの波長帯での吸
収が少ないシリコンとゲルマニウムとをそれぞれ正レン
ズと負レンズに用いている。このように分散の異なる２
種類の材料を用いることにより色収差を補正している。
なお、図２、図５および図８では、赤外線検出器Ｄおよ
びコールドシールドＣＡと、それらを冷却するためのデ
ュワのデュワ窓Ｗとを併せて示している。 ［第１実施例］図２において、第１実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、両凸形状の
正レンズＬ１、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の
負レンズＬ２、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニ
スカス形状の正レンズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面
を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４および像側（検
出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ
５から構成されている。そして、像面に近い位置に配置
されたメニスカス形状の負レンズＬ４の像側の凹面Ａが
偏球面の非球面形状である。 ［第２実施例］図５において、第２実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、物体Ｏ側に
凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１、物体Ｏ側
に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２、両凸形
状の正レンズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けた
メニスカス形状の正レンズＬ４、像側（検出器Ｄ側）に
凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５および像側
（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レン
ズＬ６から構成されている。そして、像面に近い位置に
配置されたメニスカス形状の正レンズＬ４の像側の凹面
Ａが偏球面の非球面形状である。 ［第３実施例］図８において、第３実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、物体Ｏ側に
凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１、物体Ｏ側
に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２、像側
（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レン
ズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス
形状の負レンズＬ４および像側（検出器Ｄ側）に凹面を
向けたメニスカス形状の正レンズＬ５から構成されてい
る。そして、像面に近い位置に配置されたメニスカス形
状の負レンズＬ４の像側の凹面Ａが偏球面の非球面形状
である。
では、それを構成する光学材料としてこの波長帯での吸
収が少ないシリコンとゲルマニウムとをそれぞれ正レン
ズと負レンズに用いている。このように分散の異なる２
種類の材料を用いることにより色収差を補正している。
なお、図２、図５および図８では、赤外線検出器Ｄおよ
びコールドシールドＣＡと、それらを冷却するためのデ
ュワのデュワ窓Ｗとを併せて示している。 ［第１実施例］図２において、第１実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、両凸形状の
正レンズＬ１、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の
負レンズＬ２、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニ
スカス形状の正レンズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面
を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４および像側（検
出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ
５から構成されている。そして、像面に近い位置に配置
されたメニスカス形状の負レンズＬ４の像側の凹面Ａが
偏球面の非球面形状である。 ［第２実施例］図５において、第２実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、物体Ｏ側に
凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１、物体Ｏ側
に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２、両凸形
状の正レンズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けた
メニスカス形状の正レンズＬ４、像側（検出器Ｄ側）に
凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ５および像側
（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レン
ズＬ６から構成されている。そして、像面に近い位置に
配置されたメニスカス形状の正レンズＬ４の像側の凹面
Ａが偏球面の非球面形状である。 ［第３実施例］図８において、第３実施例の赤外線撮像
装置の対物レンズ系は、物体Ｏ側から順に、物体Ｏ側に
凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１、物体Ｏ側
に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２、像側
（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス形状の正レン
ズＬ３、像側（検出器Ｄ側）に凹面を向けたメニスカス
形状の負レンズＬ４および像側（検出器Ｄ側）に凹面を
向けたメニスカス形状の正レンズＬ５から構成されてい
る。そして、像面に近い位置に配置されたメニスカス形
状の負レンズＬ４の像側の凹面Ａが偏球面の非球面形状
である。
【００２０】次に、第１〜第３実施例の諸元の値を表２
〜表４に示す。各表において、左端の数字は面番号、Ｒ
は曲率半径、Ｄは面間隔、Ｎ４は４μｍでの屈折率、ν
４は４μｍでの分散である。また、各表には、像側（検
出器Ｄ側）のＦナンバーＦＮＯと、倍率βと、最大像高
ＨＴmaxを併せて示す。なお、各実施例における非球面
形状は上記（４）式により与えられ、各表には非球面デ
ータを併せて示している。
〜表４に示す。各表において、左端の数字は面番号、Ｒ
は曲率半径、Ｄは面間隔、Ｎ４は４μｍでの屈折率、ν
４は４μｍでの分散である。また、各表には、像側（検
出器Ｄ側）のＦナンバーＦＮＯと、倍率βと、最大像高
ＨＴmaxを併せて示す。なお、各実施例における非球面
形状は上記（４）式により与えられ、各表には非球面デ
ータを併せて示している。
【００２１】
【表２】 ［第１実施例］ ＦＮＯ ＝ １．６ β ＝−０．４ ＨＴmax＝ ０．３４４ Ｒ Ｄ Ｎ４ ν４ 0 ∞ 4.418039 （Ｏ） 1 154.18756 0.543210 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ１） 2 -7.23320 0.723222 3 -2.76808 0.363865 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ２） 4 -4.33752 3.083934 5 2.17958 0.536438 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ３） 6 3.15909 0.504933 7 2.41435 0.449233 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ４） 8 1.27294 0.079772 9 1.60311 0.322044 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ５） 10 3.06167 0.222222 11 ∞ 0.024691 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｗ） 12 ∞ 0.074074 13 ∞ 1.000000 （ＣＡ） 14 ∞ （Ｄ） ［第８面の非球面データ］ κ＝0.518807
【００２２】
【表３】 ［第２実施例］ ＦＮＯ＝ １．６ β ＝−０．６ ＨＴmax＝ ０．３４４ Ｒ Ｄ Ｎ４ ν４ 0 ∞ 3.640167 （Ｏ） 1 -10.66270 0.543210 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ１） 2 -4.67450 0.678874 3 -2.60428 0.335209 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ２） 4 -3.77631 0.002469 5 15.21939 0.416445 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ３） 6 -33.55742 4.167872 7 5.98495 0.296002 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ４） 8 13.32506 0.002469 9 1.94552 0.328010 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ５） 10 1.34308 0.002469 11 1.35796 0.463346 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ６） 12 1.65788 0.370370 13 ∞ 0.024691 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｗ） 14 ∞ 0.074074 15 ∞ 1.000000 （ＣＡ） 16 ∞ ［第８面の非球面データ］ κ＝14.721281
【００２３】
【表４】 ［第３実施例］ ＦＮＯ＝ １．６ β ＝−０．２ ＨＴmax＝ ０．３４４ Ｒ Ｄ Ｎ４ ν４ 0 ∞ 5.055431 （Ｏ） 1 -3.68403 0.543210 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ１） 2 -3.41014 1.821257 3 -1.26391 0.246914 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ２） 4 -1.80314 1.389100 5 2.85172 0.444444 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ３） 6 6.04536 0.867545 7 3.67791 0.246914 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｌ４） 8 2.06348 0.002469 9 1.64692 0.259259 3.425406 240.95 Ｓｉ（Ｌ５） 10 3.95285 0.370370 11 ∞ 0.024691 4.024610 102.22 Ｇｅ（Ｗ） 12 ∞ 0.074074 13 ∞ 1.000000 （ＣＡ） 14 ∞ （Ｄ） ［第８面の非球面データ］ κ＝1.974651 図３および図４は、それぞれ図２に示す第１実施例の縦
収差図および横収差図であり、図６および図７は、それ
ぞれ図５に示す第２実施例の縦収差図および横収差図で
あり、図９および図１０は、それぞれ図８に示す第３実
施例の縦収差図および横収差図である。ここで、図３
（ａ）、図６（ａ）および図９（ａ）はそれぞれ第１〜
第３実施例の球面収差図であり、図３（ｂ）、図６
（ｂ）および図９（ｂ）はそれぞれ第１〜第３実施例の
非点収差図であり、図３（ｃ）、図６（ｃ）および図９
（ｃ）はそれぞれ第１〜第３実施例の歪曲収差図であ
る。また、図４（ａ）、図７（ａ）および図１０（ａ）
はそれぞれ第１〜第３実施例の１０割の像高におけるタ
ンジェンシャル方向の横収差図であり、図４（ｂ）、図
７（ｂ）および図１０（ｂ）はそれぞれ第１〜第３実施
例の７割の像高におけるタンジェンシャル方向の横収差
図であり、図４（ｃ）、図７（ｃ）および図１０（ｃ）
はそれぞれ第１〜第３実施例の光軸上における横収差図
である。そして、図４（ｄ）、図７（ｄ）および図１０
（ｄ）はそれぞれ第１〜第３実施例の１０割の像高にお
けるサジタル方向の横収差図であり、図４（ｅ）、図７
（ｅ）および図１０（ｅ）はそれぞれ第１〜第３実施例
の７割の像高におけるサジタル方向の横収差図である。
収差図および横収差図であり、図６および図７は、それ
ぞれ図５に示す第２実施例の縦収差図および横収差図で
あり、図９および図１０は、それぞれ図８に示す第３実
施例の縦収差図および横収差図である。ここで、図３
（ａ）、図６（ａ）および図９（ａ）はそれぞれ第１〜
第３実施例の球面収差図であり、図３（ｂ）、図６
（ｂ）および図９（ｂ）はそれぞれ第１〜第３実施例の
非点収差図であり、図３（ｃ）、図６（ｃ）および図９
（ｃ）はそれぞれ第１〜第３実施例の歪曲収差図であ
る。また、図４（ａ）、図７（ａ）および図１０（ａ）
はそれぞれ第１〜第３実施例の１０割の像高におけるタ
ンジェンシャル方向の横収差図であり、図４（ｂ）、図
７（ｂ）および図１０（ｂ）はそれぞれ第１〜第３実施
例の７割の像高におけるタンジェンシャル方向の横収差
図であり、図４（ｃ）、図７（ｃ）および図１０（ｃ）
はそれぞれ第１〜第３実施例の光軸上における横収差図
である。そして、図４（ｄ）、図７（ｄ）および図１０
（ｄ）はそれぞれ第１〜第３実施例の１０割の像高にお
けるサジタル方向の横収差図であり、図４（ｅ）、図７
（ｅ）および図１０（ｅ）はそれぞれ第１〜第３実施例
の７割の像高におけるサジタル方向の横収差図である。
【００２４】各収差図において、３０は３μｍの赤外線
による収差曲線、３６は３．６７μｍの赤外線による収
差曲線、４３は４．３３μｍ（基準波長）の赤外線によ
る収差曲線、５０は５μｍの赤外線による収差曲線、Ｉ
ＭＧ ＨＴは像高をそれぞれ表す。また、図３（ｂ）、
図６（ｂ）および図９（ｂ）の非点収差図において、Ｔ
はタンジェンシャル像面（メリジオナル像面）、Ｓはサ
ジタル像面を表している。
による収差曲線、３６は３．６７μｍの赤外線による収
差曲線、４３は４．３３μｍ（基準波長）の赤外線によ
る収差曲線、５０は５μｍの赤外線による収差曲線、Ｉ
ＭＧ ＨＴは像高をそれぞれ表す。また、図３（ｂ）、
図６（ｂ）および図９（ｂ）の非点収差図において、Ｔ
はタンジェンシャル像面（メリジオナル像面）、Ｓはサ
ジタル像面を表している。
【００２５】各収差図からも明らかな通り、第１〜第３
実施例の赤外線撮像装置の対物レンズ系では、諸収差、
特にコマ収差が画面全体にわたって極めて良好に補正さ
れていることがわかる。これより第１〜第３実施例の赤
外線撮像装置では、画面全体にわたって良好な画像を得
ることができる。なお、上述の各実施例では、有限距離
にある物体の像を２次元検出器上に形成する赤外線撮像
装置に適用した例を示したが、本発明は無限物体の像を
２次元検知器上に形成する赤外線撮像装置にも適用でき
る。
実施例の赤外線撮像装置の対物レンズ系では、諸収差、
特にコマ収差が画面全体にわたって極めて良好に補正さ
れていることがわかる。これより第１〜第３実施例の赤
外線撮像装置では、画面全体にわたって良好な画像を得
ることができる。なお、上述の各実施例では、有限距離
にある物体の像を２次元検出器上に形成する赤外線撮像
装置に適用した例を示したが、本発明は無限物体の像を
２次元検知器上に形成する赤外線撮像装置にも適用でき
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、物体の像を２次元検知
器上に形成する赤外線撮像装置の対物レンズ系を構成す
る１枚のレンズの１面の凹面を偏球面とすることで、諸
収差を補正することができ、とくにコマ収差を良好に補
正することが可能となる．また凸面ではなく凹面を非球
面とすることで部品加工時の検査を容易にすることが可
能となる。
器上に形成する赤外線撮像装置の対物レンズ系を構成す
る１枚のレンズの１面の凹面を偏球面とすることで、諸
収差を補正することができ、とくにコマ収差を良好に補
正することが可能となる．また凸面ではなく凹面を非球
面とすることで部品加工時の検査を容易にすることが可
能となる。
【図１】本発明における偏球面の作用を説明するための
模式図である。
模式図である。
【図２】第１実施例の光路図である。
【図３】第１実施例の縦収差図である。
【図４】第１実施例の横収差図である。
【図５】第２実施例の光路図である。
【図６】第２実施例の縦収差図である。
【図７】第２実施例の横収差図である。
【図８】第３実施例の光路図である。
【図９】第３実施例の縦収差図である。
【図１０】第３実施例の横収差図である。
【図１１】比較例の光路図である。
【図１２】比較例の縦収差図である。
【図１３】比較例の横収差図である。
Ｏ ：物体 Ｄ ：赤外線検出器 ＣＡ：コールドアパーチャ Ｗ ：デュワ窓 Ａｘ：光軸
Claims (4)
- 【請求項１】物体からの赤外線放射に基づいて、冷却さ
れたデュワ内に配置される赤外線検出素子上に前記物体
の像を形成する赤外線撮像装置において、 前記デュワ内に配置されるコールドアパーチャに射出瞳
が一致するように構成される対物レンズ系を有し、 前記対物レンズ系中の前記赤外線検出素子側に向けられ
た凹面のうち少なくとも１つの凹面は、偏球面の非球面
形状を有していることを特徴とする赤外線撮像装置。 - 【請求項２】前記赤外線撮像装置の前記対物レンズ系
は、有限距離に位置する前記物体の像を前記赤外線検出
素子上に形成し、 前記物体の像の倍率をβとするとき、 １＞β＞０．１ を満足することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像
装置。 - 【請求項３】無限遠方に位置する入射瞳を有することを
特徴とする請求項１または２記載の赤外線撮像装置。 - 【請求項４】前記偏球面の非球面形状を有する凹面の前
記赤外線検出素子からの光軸上の距離をＬとし、前記赤
外線検出素子から前記コールドアパーチャまでの光軸上
の距離をｈとするとき、 （２） １．５≦Ｌ／ｈ＜４ を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一
項記載の赤外線撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6449297A JPH10260350A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 赤外線撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6449297A JPH10260350A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 赤外線撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260350A true JPH10260350A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13259765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6449297A Pending JPH10260350A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 赤外線撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260350A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364932A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-10-23 | 福建福光数码科技有限公司 | 中波红外制冷型长焦距、大口径镜头 |
| US10437017B2 (en) | 2016-11-18 | 2019-10-08 | Largan Precision Co., Ltd. | Photographing optical lens system, image capturing unit and electronic device |
| US10670840B2 (en) | 2017-02-08 | 2020-06-02 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical imaging system, imaging apparatus and electronic device |
| CN113741015A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-03 | 青岛理工大学 | 一种小型化可见近红外像方远心镜头 |
| CN115308890A (zh) * | 2022-10-12 | 2022-11-08 | 昆明全波红外科技有限公司 | 一种紧凑型长波手动变焦红外镜头 |
| US11899185B2 (en) | 2014-08-26 | 2024-02-13 | Largan Precision Co., Ltd. | Image capturing optical system, image capturing device and electronic device |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP6449297A patent/JPH10260350A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364932A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-10-23 | 福建福光数码科技有限公司 | 中波红外制冷型长焦距、大口径镜头 |
| US11899185B2 (en) | 2014-08-26 | 2024-02-13 | Largan Precision Co., Ltd. | Image capturing optical system, image capturing device and electronic device |
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| US10670840B2 (en) | 2017-02-08 | 2020-06-02 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical imaging system, imaging apparatus and electronic device |
| US11988817B2 (en) | 2017-02-08 | 2024-05-21 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical imaging system, imaging apparatus and electronic device |
| CN113741015A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-03 | 青岛理工大学 | 一种小型化可见近红外像方远心镜头 |
| CN113741015B (zh) * | 2021-09-17 | 2024-04-16 | 青岛理工大学 | 一种小型化可见近红外像方远心镜头 |
| CN115308890A (zh) * | 2022-10-12 | 2022-11-08 | 昆明全波红外科技有限公司 | 一种紧凑型长波手动变焦红外镜头 |
| CN115308890B (zh) * | 2022-10-12 | 2022-12-20 | 昆明全波红外科技有限公司 | 一种紧凑型长波手动变焦红外镜头 |
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