JP6337196B2 - 遠赤外結像レンズセット、対物レンズ、及び火源検出器 - Google Patents

Description

本開示は光学分野に関し、より具体的には、遠赤外結像レンズ組立体、遠赤外結像対物レンズ、及び火炎災害の火源検出器に関する。

火炎災害が生じる場合、種々の火災につながる材料に起因して火源場所を特定するのは難しく、特に様々な材料が大量の煙を放つ可能性があり、消防士が接近することが難しく、煙は視界を不良にするので火源を見つけるのが難しく、その結果、消火活動を開始するのが困難である。濃い煙を通して火源を見つける方法が非常に重要になる。

火源の光線は波長が長い遠赤外光線であり、遠赤外光線は透過力が強力かつ遠方に達するので、火源は遠赤外光線を検出することによって見つけることができる。

従って、遠赤外光線を集めることができるレンズ組立体を提供することが必要である。

さらに、遠赤外結像対物レンズ、及び火炎災害の火源検出器が提供される。

遠赤外結像レンズ組立体は、主軸線に沿って連続的に配置された第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズを備え、第１のレンズは第１の曲面及び第２の曲面を含み、第１の曲面の曲率半径が５７×（１±５％）ミリメートルであり、第２の曲面の曲率半径が８５×（１±５％）ミリメートルであり、第２のレンズは第３の曲面及び第４の曲面を含み、第３の曲面の曲率半径が２１０×（１±５％）ミリメートルであり、第４の曲面の曲率半径が３７×（１±５％）ミリメートルであり、第３のレンズは第５の曲面及び第６の曲面を含み、第５の曲面の曲率半径が１００×（１±５％）ミリメートルであり、第６の曲面の曲率半径が４００×（１±５％）ｍｍであり、第１の曲面、第２の曲面、第３の曲面、第４の曲面、第５の曲面及び第６の曲面は、連続的に配置され、全ては物体側に凸である。

実施形態によれば、第２の曲面と第３の曲面との間の距離は１５ミリメートルであり、第４の曲面と第５の曲面との間の距離は３０ミリメートルである。

実施形態によれば、第１のレンズの中央厚さは５×（１±５％）ミリメートルである。

実施形態によれば、第２のレンズの中央厚さは２×（１±５％）ミリメートルである。

実施形態によれば、第３のレンズの中央厚さは３×（１±５％）ミリメートルである。

実施形態によれば、第１のレンズはＧｅで作製される。

実施形態によれば、第２のレンズはＺｎＳｅで作製される。

実施形態によれば、第３のレンズはＧｅで作製される。

遠赤外対物レンズは、鏡筒及び上記レンズ組立体を備え、鏡筒は、レンズ組立体を収容するように構成される。

火炎災害の火源検出器は、上記遠赤外結像対物レンズ及び感熱性レシーバを備え、感熱性レシーバは、対物レンズの焦点に位置する。

上述した火炎災害の火源検出器、並びに対物レンズ及びそのレンズ組立体では、遠位の目的物は、夜間及び濃い霧のような環境において遠赤外光を検出することによって検出することができ、特に、濃い煙環境において火源位置を見つけることができ、これは、消火活動、監視、及び高電圧送電線探測のような場合に広範囲に適用することができる。

実施形態によるレンズ組立体の側面図である。 図１のレンズ組立体による対物レンズの伝達関数を示すグラフィック図である。 図１のレンズ組立体による対物レンズの狭いビームを示すグラフィック図である。 図１のレンズ組立体による対物レンズの広いビームを示すグラフィック図である。

図１は、実施形態による遠赤外結像レンズ組立体の側面図であり、配置を示している。遠赤外結像レンズ組立体１０は、主軸線に沿って連続的に配置された、第１のレンズ１００、第２のレンズ２００、及び第３のレンズ３００を含む。第１のレンズ１００は正メニスカスレンズであり、第２のレンズ２００は負メニスカスレンズ２００であり、第３のレンズ３００は正メニスカスレンズである。レンズの主軸線は、レンズの中心を通って延び、レンズに垂直な軸線である。第１のレンズ１００、第２のレンズ２００、及び第３のレンズ３００の各主軸線は、互いに同軸である。

図示した実施形態のレンズ組立体は、主として、遠赤外光を検出するために、詳細には波長が１０６４０ナノメーターの遠赤外光を検出するために使用される。例えば、光線は、火炎災害の火源から放出される。図１の左側は物体側であり、右側は像側である。遠赤外光源の光線は、物体側から到来して、レンズ組立体の像側の焦点面に明瞭に結像する。

詳細には、第１のレンズ１００は、第１の曲面１０２及び第２の曲面１０４を含み、第１の曲面１０２は物体側に凸であり、第２の曲面１０４は、第１の曲面１０２に対して内向きに凹である（すなわち、第２の曲面１０４は物体側に凸である）。第１の曲面１０２の曲率半径は５７×（１±５％）ミリメートルであり、第２の曲面１０４の曲率半径は８５×（１±５％）ミリメートルである。第１のレンズ１００の中央厚さ（すなわち、主軸線に沿った第１のレンズ１００の厚さ）は、５×（１±５％）ミリメートルである。第１のレンズ１００は、Ｇｅ材料によって製造することができる。

第２のレンズ２００は第３の曲面２０２及び第４の曲面２０４を含む。第３の曲面２０２は物体側に凸であり、第４の曲面２０４は、第３の曲面２０２に対して内向きに凹である（すなわち、第４の曲面２０４は物体側に凸である）。第３の曲面２０２の曲率半径は２１０×（１±５％）ミリメートルであり、第４の曲面２０４の曲率半径は３７×（１±５％）ミリメートルである。第２のレンズ２００の中央厚さ（すなわち、主軸線に沿った第２のレンズ２００の厚さ）は、２×（１±５％）ミリメートルである。第２のレンズ２００は、ＺｎＳｅ材料によって製造することができる。

第３のレンズ３００は第５の曲面３０２及び第６の曲面３０４を含む。第５の曲面３０２は物体側に凸であり、第６の曲面３０４は、第５の曲面３０２に対して内向きに凹である（すなわち、第６の曲面３０４は物体側に凸である）。第５の曲面３０２の曲率半径は１００×（１±５％）ミリメートルであり、第６の曲面３０４の曲率半径は４００×（１±５％）ミリメートルである。第３のレンズ３００の中央厚さ（すなわち、主軸線に沿った第３のレンズ３００の厚さ）は、３×（１±５％）ミリメートルである。第３のレンズ３００は、Ｇｅ材料によって製造することができる。

さらに、第２の曲面１０４及び第３の曲面２０２の間の距離は、１５ミリメートルである。第４の曲面２０４と第５の曲面３０２との間の距離は、３０ミリメートルである。

好ましい実施形態では、レンズの寸法及び位置関係は以下のように示される。上記寸法は、±５％の許容差範囲内で変動することができる。

レンズ１００は、曲面１０２の曲率半径が５７ミリメートルであり、曲面１０４の曲率半径が８５ミリメートルであり、中央厚さが５ミリメートルであり、材料はＧｅである。

レンズ２００は、曲面２０２の曲率半径が２１０ミリメートルであり、曲面２０４の曲率半径が３７ミリメートルであり、中央厚さが２ミリメートルであり、材料はＺｎＳｅである。

レンズ３００は、曲面３０２の曲率半径が１００ミリメートルであり、曲面３０４の曲率半径が４００ミリメートルであり、中央厚さが３ミリメートルであり、材料はＧｅである。

レンズ１００の曲面１０４とレンズ２００の曲面２０２との間の距離は、１５ミリメートルである。レンズ２００の曲面２０４とレンズ３００の曲面３０２との間の距離は、３０ミリメートルである。

レンズ組立体の光通過波長はλ＝１０６４０ｎｍであり、全焦点距離はｆ’＝７５ｍｍであり、Ｄ／ｆ＝１：１．６であり、２η（視野）＝２５．４ｍｍである。

図２は、レンズ組立体による対物レンズの伝達関数を示すグラフィック図であり、解像度が１ミリメートル当たり２０線対に達する場合、Ｍ．Ｔ．Ｆ値は０．５に達するので、結像品質は非常に理想的である。

図３は、レンズ組立体による対物レンズの狭いビームを示すグラフィック図であり、非点収差だけでなく歪みも理想的なレベルに達している。

図４は、レンズ組立体による対物レンズの全結像面上における広いビームを示すグラフィック図であり、全てのサイズの非点収差は、７マイクロメートルから１４マイクロメートルの範囲にあり、これは感熱性素子の要件を完全に満たすことができる。

上述したレンズ組立体は、鏡筒に組み込まれて遠赤外結像対物レンズを形作ることができる。対物レンズの全長は９５ミリメートルである。

上述した遠赤外結像対物レンズは、火炎災害における火源検出に適用することができる。遠赤外結像対物レンズの焦点面には、感熱性レシーバが設けられる。感熱性レシーバは、対物レンズによって合焦された遠赤外光源を受け取り、次に、火炎災害の火源の検出が行われる。

上述した火炎災害の火源検出器、並びに対物レンズ及びそのレンズ組立体において、遠位の目的物は、夜間及び濃い霧のような環境において遠赤外光を検出することによって検出することができ、特に、濃い煙の環境において火源位置を見つけることができ、これは、消火活動、監視、及び高電圧送電線探測のような場合に広範囲に適用することができる。

上記は、詳しく説明された本発明のいくつかの実施形態であり、本発明の範囲に対する限定とみなすべきではない。本発明が関連する当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変更及び改善が明らかであることに注目されたい。従って、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定まる。

１００ 第１のレンズ
１０２ 第１の曲面
１０４ 第２の曲面
２００ 第２のレンズ
２０２ 第３の曲面
２０４ 第４の曲面
３００ 第３のレンズ
３０２ 第５の曲面
３０４ 第６の曲面

Claims (10)

1. 遠赤外結像レンズ組立体であって、
   主軸線に沿って連続的に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、及び第３のレンズから構成され、
   前記第１のレンズは第１の曲面及び第２の曲面を含み、前記第１の曲面の曲率半径が５７×（１±５％）ミリメートルであり、前記第２の曲面の曲率半径が８５×（１±５％）ミリメートルであり、
   前記第２のレンズは第３の曲面及び第４の曲面を含み、前記第３の曲面の曲率半径が２１０×（１±５％）ミリメートルであり、前記第４の曲面の曲率半径が３７×（１±５％）ミリメートルであり、
   前記第３のレンズは第５の曲面及び第６の曲面を含み、前記第５の曲面の曲率半径が１００×（１±５％）ミリメートルであり、前記第６の曲面の曲率半径が４００×（１±５％）ｍｍであり、
   前記第１の曲面、前記第２の曲面、前記第３の曲面、前記第４の曲面、前記第５の曲面及び前記第６の曲面は、連続的に配置され、全ては物体側に凸である、
   ことを特徴とする遠赤外結像レンズ組立体。
2. 前記第２の曲面と前記第３の曲面との間の距離は１５ミリメートルであり、前記第４の曲面と前記第５の曲面との間の距離は３０ミリメートルである、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
3. 前記第１のレンズの中央厚さは５×（１±５％）ミリメートルである、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
4. 前記第２のレンズの中央厚さは２×（１±５％）ミリメートルである、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
5. 前記第３のレンズの中央厚さは３×（１±５％）ミリメートルである、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
6. 前記第１のレンズはＧｅで作製される、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
7. 前記第２のレンズはＺｎＳｅで作製される、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
8. 前記第３のレンズはＧｅで作製される、請求項１に記載の遠赤外レンズ組立体。
9. 鏡筒と、請求項１から８のいずれかに記載のレンズ組立体とを備え、前記鏡筒は前記レンズ組立体を収容するように構成される、遠赤外結像対物レンズ。
10. 請求項９に記載の遠赤外結像対物レンズと、感熱性レシーバとを備え、前記感熱性レシーバは、前記対物レンズの焦点に位置する、火炎災害の火源検出器。