JPH0968604A - 固体カタディオプトリックレンズ - Google Patents
固体カタディオプトリックレンズInfo
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- JPH0968604A JPH0968604A JP8144165A JP14416596A JPH0968604A JP H0968604 A JPH0968604 A JP H0968604A JP 8144165 A JP8144165 A JP 8144165A JP 14416596 A JP14416596 A JP 14416596A JP H0968604 A JPH0968604 A JP H0968604A
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- lens
- detector
- mirror
- imaging system
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】最小の組立部品と、最低のコストとで製造でき
る固体カタディオプトリックレンズを提供する。 【構成】固体カタディオプトリックレンズ10は、ほぼ
平坦な入射面14と、主凹ミラー18と、凸二次ミラー
22と、実質的に球面の射出面24とを有する。このレ
ンズは、使用される結像適用に従って選定される固体材
料12で形成されている。放射線30は、入射面14か
ら入射し固体材料12を通り、主ミラー18で反射され
る。そして、この放射線は、固体材料12を通って二次
ミラー22により反射される。反射された放射線は射出
面24からレンズ10を出て、結像のための検出アレイ
34に入射する。
る固体カタディオプトリックレンズを提供する。 【構成】固体カタディオプトリックレンズ10は、ほぼ
平坦な入射面14と、主凹ミラー18と、凸二次ミラー
22と、実質的に球面の射出面24とを有する。このレ
ンズは、使用される結像適用に従って選定される固体材
料12で形成されている。放射線30は、入射面14か
ら入射し固体材料12を通り、主ミラー18で反射され
る。そして、この放射線は、固体材料12を通って二次
ミラー22により反射される。反射された放射線は射出
面24からレンズ10を出て、結像のための検出アレイ
34に入射する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に光学システム、
特に、像検出アレイに光をフォーカスするための固体カ
タディオプトリックレンズに関する。
特に、像検出アレイに光をフォーカスするための固体カ
タディオプトリックレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】結像システムは、一般に良く知られてお
り、検出アレイに検出された光景をフォーカスするため
の光学形態を代表的に有する。多くの結像システムにお
いて、光学部材の入射瞳の径(EPD)と焦点距離とは
必須のパラメータである。また、多くの結像システムは
広いスペクトルカバーレッジと高光学的透過とを呈する
光学形態を必要とする。さらに、ある結像システムは、
検出アレイの高冷却シールド効率と急冷とを要する赤外
線結像の適用のような感熱の適用において、対応する光
学形態に加えて、設置されている。また、結像システム
は、光学形態の製造と、組立てと、コストの考慮が必要
である適用に度々組み入れられる。
り、検出アレイに検出された光景をフォーカスするため
の光学形態を代表的に有する。多くの結像システムにお
いて、光学部材の入射瞳の径(EPD)と焦点距離とは
必須のパラメータである。また、多くの結像システムは
広いスペクトルカバーレッジと高光学的透過とを呈する
光学形態を必要とする。さらに、ある結像システムは、
検出アレイの高冷却シールド効率と急冷とを要する赤外
線結像の適用のような感熱の適用において、対応する光
学形態に加えて、設置されている。また、結像システム
は、光学形態の製造と、組立てと、コストの考慮が必要
である適用に度々組み入れられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】結像システムの光学的
形態は、多くの形式のうちの1つであり得る。ある形式
のものは、屈折、再結像(RN−R)複合レンズの形態
である。このRN−Rレンズの形態は、対応した検出ア
レイ上に光景を結像するのには有効であるが、(1)レ
ンズ材料の分散と、(2)有効焦点距離(EFL)、色
補正、並びに受動断熱にとって必要とされるレンズの屈
折率とにより制限されたスペクトル・バンドを有する。
さらに、RN−Rレンズの形態は、これを透過して進む
放射線が多数のレンズ空気界面を通らなければならない
ために、透過率が低下する。また、レンズの後ろに配置
された絞りを備えたRN−Rレンズの形態は、第1の形
態部材でかなり多くのビームの揺らぎが生じ、このため
に第1の部材よりも小さいEPDが必要である。さら
に、レンズの前方もしくは内部に絞りを備えたRN−R
レンズの形態は、赤外線による結像の適用において冷却
シールド効率を、かくして熱感度を制限する。
形態は、多くの形式のうちの1つであり得る。ある形式
のものは、屈折、再結像(RN−R)複合レンズの形態
である。このRN−Rレンズの形態は、対応した検出ア
レイ上に光景を結像するのには有効であるが、(1)レ
ンズ材料の分散と、(2)有効焦点距離(EFL)、色
補正、並びに受動断熱にとって必要とされるレンズの屈
折率とにより制限されたスペクトル・バンドを有する。
さらに、RN−Rレンズの形態は、これを透過して進む
放射線が多数のレンズ空気界面を通らなければならない
ために、透過率が低下する。また、レンズの後ろに配置
された絞りを備えたRN−Rレンズの形態は、第1の形
態部材でかなり多くのビームの揺らぎが生じ、このため
に第1の部材よりも小さいEPDが必要である。さら
に、レンズの前方もしくは内部に絞りを備えたRN−R
レンズの形態は、赤外線による結像の適用において冷却
シールド効率を、かくして熱感度を制限する。
【0004】第2の形式の光学的形態は、全てが反射の
CassegrainもしくはGregorian(A
−R)ミラーの形態である。2つのミラーからなるこの
形式の形態歯、極めて厳しいアラインメント誤差を必要
とする。さらに、このA−R形態は、減じられた冷却シ
ールドにより特徴付けられ、かくして、赤外線の適用で
より多くのビームの揺らぎもしくは口径食を呈する。
CassegrainもしくはGregorian(A
−R)ミラーの形態である。2つのミラーからなるこの
形式の形態歯、極めて厳しいアラインメント誤差を必要
とする。さらに、このA−R形態は、減じられた冷却シ
ールドにより特徴付けられ、かくして、赤外線の適用で
より多くのビームの揺らぎもしくは口径食を呈する。
【0005】第3の形式の形態はカタディオプトリック
の再結像(CR)の光学的形態である。このような形態
は、2つのミラーと、幾つかのレンドとを組合わせて、
このために、精度の良い組み立てを必要とする多くの部
材により構成されている。さらに、非常に厳しいミラー
傾斜と偏心誤差とが、このような光学的形態においては
維持されなければならない。また、CR形態は、放射線
がレンズー空気界面を何度か通過しなければならないた
めに、透過特性が減じられる。さらに、CR形態は、レ
ンズ材料の分散と、像の中継に必要なリレーレンズの屈
折率と、色補正とにより制限されたスペクトル。バンド
幅を有する。
の再結像(CR)の光学的形態である。このような形態
は、2つのミラーと、幾つかのレンドとを組合わせて、
このために、精度の良い組み立てを必要とする多くの部
材により構成されている。さらに、非常に厳しいミラー
傾斜と偏心誤差とが、このような光学的形態においては
維持されなければならない。また、CR形態は、放射線
がレンズー空気界面を何度か通過しなければならないた
めに、透過特性が減じられる。さらに、CR形態は、レ
ンズ材料の分散と、像の中継に必要なリレーレンズの屈
折率と、色補正とにより制限されたスペクトル。バンド
幅を有する。
【0006】かくして、必要とするものは、最小の組立
てが必要であり、最低のコストで製造できる、現在の結
像光学形態の上記光学的規制を解決する赤外線結像形態
である。
てが必要であり、最低のコストで製造できる、現在の結
像光学形態の上記光学的規制を解決する赤外線結像形態
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる固体カタ
ディオプトリックレンズは、前面並びに後面を有し、光
学材料で形成された本体と、前記前面に位置するほぼ平
坦な入射面と、検出された対物光景から入射面を介して
本体に入射する放射線を反射するように後面に位置する
主ミラーと、この主ミラーからの反射放射線をフォーカ
スして像を形成する、前記前面に位置する二次ミラー
と、この二次ミラーからの反射放射線を通す、前記後面
に位置する実質的に球面の射出面とを具備する。
ディオプトリックレンズは、前面並びに後面を有し、光
学材料で形成された本体と、前記前面に位置するほぼ平
坦な入射面と、検出された対物光景から入射面を介して
本体に入射する放射線を反射するように後面に位置する
主ミラーと、この主ミラーからの反射放射線をフォーカ
スして像を形成する、前記前面に位置する二次ミラー
と、この二次ミラーからの反射放射線を通す、前記後面
に位置する実質的に球面の射出面とを具備する。
【0008】本発明に係われば、固体カタディオプトリ
ックレンズは、赤外、可視、並びに紫外スペクトルを含
む広範囲の分光帯域幅での結像の適用に使用されるよう
に設けられる。本発明は、利用可能な光学的適用の比較
的短いパッケージ長さに対して比較的長い焦点距離を有
するレンズを提供する。また、本発明のレンズは、比較
的小さい角解像力を呈し、このために、長い距離の対物
の検出の目的にとって特に有効である。
ックレンズは、赤外、可視、並びに紫外スペクトルを含
む広範囲の分光帯域幅での結像の適用に使用されるよう
に設けられる。本発明は、利用可能な光学的適用の比較
的短いパッケージ長さに対して比較的長い焦点距離を有
するレンズを提供する。また、本発明のレンズは、比較
的小さい角解像力を呈し、このために、長い距離の対物
の検出の目的にとって特に有効である。
【0009】本発明の固体カタディオプトリックレンズ
は、他のレンズ、ミラー、レンズ/ミラー光学形態の反
射並びに屈折特性を単一の固体レンズに組合せている。
この結果、本発明の固体カタディオプトリックレンズ
は、減じられたサイズを呈し、少ない部品を有し、そし
て、他の光学結像形態よりも少ない集合体を必要とす
る。さらに、本発明の固体カタディオプトリックレンズ
は、比較的低いコストで高い価値に製造され得る。
は、他のレンズ、ミラー、レンズ/ミラー光学形態の反
射並びに屈折特性を単一の固体レンズに組合せている。
この結果、本発明の固体カタディオプトリックレンズ
は、減じられたサイズを呈し、少ない部品を有し、そし
て、他の光学結像形態よりも少ない集合体を必要とす
る。さらに、本発明の固体カタディオプトリックレンズ
は、比較的低いコストで高い価値に製造され得る。
【0010】好ましい実施の形態において、本発明の固
体カタディオプトリックレンズは、平坦もしくは長い曲
率半径の凸入射面を有する。主ミラーは、検出された対
称光景から入射面を通った放射線を反射するように、入
射面に対して位置されている。二次ミラーは、主ミラー
から反射された光をフォーカスするように、主ミラーに
対して配置されている。また、本発明の固体カタディオ
プトリックレンズは、二次ミラーで反射された収束放射
線を透過させる、ほぼ球面の射出面を有する。収束され
た放射線は、射出面から結像の適用のための検出器に入
る。
体カタディオプトリックレンズは、平坦もしくは長い曲
率半径の凸入射面を有する。主ミラーは、検出された対
称光景から入射面を通った放射線を反射するように、入
射面に対して位置されている。二次ミラーは、主ミラー
から反射された光をフォーカスするように、主ミラーに
対して配置されている。また、本発明の固体カタディオ
プトリックレンズは、二次ミラーで反射された収束放射
線を透過させる、ほぼ球面の射出面を有する。収束され
た放射線は、射出面から結像の適用のための検出器に入
る。
【0011】
【実施の形態】以下に本発明の実施例を添付図面を参照
して説明する。図1には、コンパクトな単一の固体カタ
ディオプトリックレンズが符号10で示されている。こ
のレンズ10は、所定の適用に関連した特別なスペクト
ル・バンドに従って選定された堅い材料12で大部分が
構成されている。使用される材料は、好ましくは、高屈
折率を有し、またレンズ10は一点接触のダイヤモンド
により光学面を切削し、散乱を抑える必要があれば、次
に光学面を研磨することにより材料から、好ましくは形
成され得る。可視から中間波の赤外線結像の適用のため
には、透明な硫化亜鉛もしくはセレン化亜鉛が材料12
として、好ましくは使用される。中間波の赤外線の適用
のためには、砒化ガリウムもしくはシリコンが材料12
として、好ましくは使用される。長波の赤外線の適用の
ためには、ゲルマニウムもしくは砒化ガリウムが材料1
2として、好ましくは使用される。代わって、(App
lied Optics,1 April 1991,
p.1285に開示されているようなコーニングCLA
Pガラスのような)低屈折率の材料(ビームの揺れが大
きくなる)が使用できるのであれば、好ましい製造の試
みはプラスを介したモールドである。
して説明する。図1には、コンパクトな単一の固体カタ
ディオプトリックレンズが符号10で示されている。こ
のレンズ10は、所定の適用に関連した特別なスペクト
ル・バンドに従って選定された堅い材料12で大部分が
構成されている。使用される材料は、好ましくは、高屈
折率を有し、またレンズ10は一点接触のダイヤモンド
により光学面を切削し、散乱を抑える必要があれば、次
に光学面を研磨することにより材料から、好ましくは形
成され得る。可視から中間波の赤外線結像の適用のため
には、透明な硫化亜鉛もしくはセレン化亜鉛が材料12
として、好ましくは使用される。中間波の赤外線の適用
のためには、砒化ガリウムもしくはシリコンが材料12
として、好ましくは使用される。長波の赤外線の適用の
ためには、ゲルマニウムもしくは砒化ガリウムが材料1
2として、好ましくは使用される。代わって、(App
lied Optics,1 April 1991,
p.1285に開示されているようなコーニングCLA
Pガラスのような)低屈折率の材料(ビームの揺れが大
きくなる)が使用できるのであれば、好ましい製造の試
みはプラスを介したモールドである。
【0012】図1に示すように、固体カタディオプトリ
ックレンズ10は、ほぼ平坦な(即ち、大きな曲率半径
の)入射面14を有する。この入射面14は、離れた対
物からレンズ10に入射する光により生じる色収差を減
じるように、材料12から平坦面として形成される。こ
の入射面14とは反対側には凹の環状主ミラー18が設
けられている。この主ミラー18は、材料12にミラー
コーティングをすることにより、好ましくは形成され、
また、入射面14と接近している。二次ミラー22が、
図示するように、主ミラー18の反対側の材料の表面に
ミラーコーテングすることにより、好ましくは形成され
ている。凸の二次ミラー22と組をなした前記主ミラー
18は、カセグレン式のミラー組合わせレンズ10を形
成している。この結果、二次ミラー22は、主ミラー1
8から反射された像を拡大する。これら主ミラー18と
二次ミラー22とは、主ミラー18の焦点までの二次ミ
ラー22の距離が二次ミラー22から最終の像34まで
の距離よりかなり短くなるように、互いに位置付られて
いる。
ックレンズ10は、ほぼ平坦な(即ち、大きな曲率半径
の)入射面14を有する。この入射面14は、離れた対
物からレンズ10に入射する光により生じる色収差を減
じるように、材料12から平坦面として形成される。こ
の入射面14とは反対側には凹の環状主ミラー18が設
けられている。この主ミラー18は、材料12にミラー
コーティングをすることにより、好ましくは形成され、
また、入射面14と接近している。二次ミラー22が、
図示するように、主ミラー18の反対側の材料の表面に
ミラーコーテングすることにより、好ましくは形成され
ている。凸の二次ミラー22と組をなした前記主ミラー
18は、カセグレン式のミラー組合わせレンズ10を形
成している。この結果、二次ミラー22は、主ミラー1
8から反射された像を拡大する。これら主ミラー18と
二次ミラー22とは、主ミラー18の焦点までの二次ミ
ラー22の距離が二次ミラー22から最終の像34まで
の距離よりかなり短くなるように、互いに位置付られて
いる。
【0013】固体カタディオプトリックレンズ10は、
好ましくは、球面の射出面24を有する。この射出面2
4は、像面34から固体カタディオプトリックレンズを
離れさす符号26で示された軸距離に実質的に等しい、
符号28で示された曲率半径を有する。前記入射面14
が平面からそれるのに従って、射出面の曲率半径28
は、入射面14の凸曲率により生じる色収差を補正する
ように短くしなければならない。
好ましくは、球面の射出面24を有する。この射出面2
4は、像面34から固体カタディオプトリックレンズを
離れさす符号26で示された軸距離に実質的に等しい、
符号28で示された曲率半径を有する。前記入射面14
が平面からそれるのに従って、射出面の曲率半径28
は、入射面14の凸曲率により生じる色収差を補正する
ように短くしなければならない。
【0014】動作において、検出された対物から、符号
30で示された放射線は入射面14を通ってレンズ10
に入る。そして、この放射線30は、固体カタディオプ
トリックレンズ材料12を通り、主ミラー18により反
射され、固体カタディオプトリックレンズ材料12中を
戻り、二次ミラー22に入射する。そして、二次ミラー
22で反射された放射線は、固体カタディオプトリック
レンズ材料12を再び通って、射出面24から射出さ
れ、対物の放射線は焦点面34でフォーカスされる。
30で示された放射線は入射面14を通ってレンズ10
に入る。そして、この放射線30は、固体カタディオプ
トリックレンズ材料12を通り、主ミラー18により反
射され、固体カタディオプトリックレンズ材料12中を
戻り、二次ミラー22に入射する。そして、二次ミラー
22で反射された放射線は、固体カタディオプトリック
レンズ材料12を再び通って、射出面24から射出さ
れ、対物の放射線は焦点面34でフォーカスされる。
【0015】適当な固体カタディオプトリックレンズ材
料がスペクトル・バンドの広い変化での結像の適用に使
用されるかも知れないが、前記レンズ10は、この分野
で良く知られた結像装置の多くに使用され得る。このレ
ンズ10に対して予期される適用の1つは、赤外線ミサ
イル目標検知追尾装置に組み入れられる小型のジンバル
式赤外線センサー内の検出アレイに熱的光景を結像する
ためである。図2に示すように、レンズ10が装着され
る外囲器が符号40で示されている。特別な外囲器は、
ジンバル式赤外線ミサイル目標検知追尾装置センサー
(図示せず)のドーム42内にある。このドーム42内
には、符号52で示すデューア構造体が位置されてい
る。このデューア構造体52は、以下に詳述するよう
に、熱的光景が上にフォーカスされる検出アレイを収容
している。ジャイロ46はミサイルの位置データを測定
するために動作し、前記デューア構造体52の近くに配
置されている。デューア構造体52とジャイロ46との
両者は、この分野で良く知られた方法により、ジンバル
48に載置されている。
料がスペクトル・バンドの広い変化での結像の適用に使
用されるかも知れないが、前記レンズ10は、この分野
で良く知られた結像装置の多くに使用され得る。このレ
ンズ10に対して予期される適用の1つは、赤外線ミサ
イル目標検知追尾装置に組み入れられる小型のジンバル
式赤外線センサー内の検出アレイに熱的光景を結像する
ためである。図2に示すように、レンズ10が装着され
る外囲器が符号40で示されている。特別な外囲器は、
ジンバル式赤外線ミサイル目標検知追尾装置センサー
(図示せず)のドーム42内にある。このドーム42内
には、符号52で示すデューア構造体が位置されてい
る。このデューア構造体52は、以下に詳述するよう
に、熱的光景が上にフォーカスされる検出アレイを収容
している。ジャイロ46はミサイルの位置データを測定
するために動作し、前記デューア構造体52の近くに配
置されている。デューア構造体52とジャイロ46との
両者は、この分野で良く知られた方法により、ジンバル
48に載置されている。
【0016】上記のような赤外線結像システムは、小角
度分解能を必要とするので、光学的形態の入射瞳の径は
最大にしなければならない。ジンバル48上の符号53
で示すスペース中に設置しなければならないデューア構
造体52、ジャイロユニット46並びに固体カタディオ
プトリックレンズ10を含む結像システムを収容するス
ペースの大きさは制限されている。
度分解能を必要とするので、光学的形態の入射瞳の径は
最大にしなければならない。ジンバル48上の符号53
で示すスペース中に設置しなければならないデューア構
造体52、ジャイロユニット46並びに固体カタディオ
プトリックレンズ10を含む結像システムを収容するス
ペースの大きさは制限されている。
【0017】図3に、固体カタディオプトリックレンズ
の第2の実施の形態が符号レンズ100で示されてい
る。このレンズ100は、図1に示すレンズ10に、熱
ストップリフレクター156を付加したものである。こ
の固体カタディオプトリックレンズの後面に設けられ、
中心スポットと環状の外領域とからなる熱ストップリフ
レクタ156は、検出器134への放射線を通すように
環状の透明領域124を残している。この実施の形態に
おいて、熱ストップリフレクター156のための反射コ
ーテングは、前記レンズ10の後面におけるのと同様
に、1つの連続した実質的に球面の射出面上に沈着され
ている。この熱ストップ156は、検出器134に達す
る熱バックグラウンド放射を減じるように機能する。
(非熱結像適用においては、円形の中心スポット156
はリフレクターとはならず、検出器のウエイブバンドに
おける吸収コーティングとなるであろう)。固体カタデ
ィオプトリック射出面124と熱ストップ156との間
には、デューア窓154が設けられている。このデュー
ア窓154は、検出アレイ134の冷却を最大にするよ
うに、デューア152のための真空バリアとして機能す
る。
の第2の実施の形態が符号レンズ100で示されてい
る。このレンズ100は、図1に示すレンズ10に、熱
ストップリフレクター156を付加したものである。こ
の固体カタディオプトリックレンズの後面に設けられ、
中心スポットと環状の外領域とからなる熱ストップリフ
レクタ156は、検出器134への放射線を通すように
環状の透明領域124を残している。この実施の形態に
おいて、熱ストップリフレクター156のための反射コ
ーテングは、前記レンズ10の後面におけるのと同様
に、1つの連続した実質的に球面の射出面上に沈着され
ている。この熱ストップ156は、検出器134に達す
る熱バックグラウンド放射を減じるように機能する。
(非熱結像適用においては、円形の中心スポット156
はリフレクターとはならず、検出器のウエイブバンドに
おける吸収コーティングとなるであろう)。固体カタデ
ィオプトリック射出面124と熱ストップ156との間
には、デューア窓154が設けられている。このデュー
ア窓154は、検出アレイ134の冷却を最大にするよ
うに、デューア152のための真空バリアとして機能す
る。
【0018】図4に、固体カタディオプトリックレンズ
の第3の実施の形態が符号200で示されている。この
レンズ200は、反射熱ストップ256がレンズ200
の後面に配置され、球面射出面224とは不連続である
以外はレンズ100と同じである。かくして、レンズ2
00の後面は、主環状ミラー218と、反射熱ストップ
256と、球面射出面224とからなる3つの分離した
面部を有する。このレンズは、これ以外は図3に示すレ
ンズ100と正確に同じように機能する。
の第3の実施の形態が符号200で示されている。この
レンズ200は、反射熱ストップ256がレンズ200
の後面に配置され、球面射出面224とは不連続である
以外はレンズ100と同じである。かくして、レンズ2
00の後面は、主環状ミラー218と、反射熱ストップ
256と、球面射出面224とからなる3つの分離した
面部を有する。このレンズは、これ以外は図3に示すレ
ンズ100と正確に同じように機能する。
【0019】図5に示すように、レンズ300は、赤外
線結像システム内のドーム342の後方に配置されてい
る。この図5に示す固体カタディオプトリックレンズ3
00は、ドーム342からのレンズ300の間隔を大き
くするように平坦な入射面314が二次ミラー322に
対して僅かに凹んでいる以外は、レンズ10,100,
200と同じ要素を有している。この凹入射面314に
より、レンズの重量が減じられたシステムに改良されて
いる。
線結像システム内のドーム342の後方に配置されてい
る。この図5に示す固体カタディオプトリックレンズ3
00は、ドーム342からのレンズ300の間隔を大き
くするように平坦な入射面314が二次ミラー322に
対して僅かに凹んでいる以外は、レンズ10,100,
200と同じ要素を有している。この凹入射面314に
より、レンズの重量が減じられたシステムに改良されて
いる。
【0020】ドーム342は、レンズ300に色収差を
発生させるので、入射面314は、ドーム342を通る
光330として色収差をバランスさせるように平坦とさ
れ得る。ドーム342により生じる色収差は射出面32
4の曲率によってもバランスされ得る。
発生させるので、入射面314は、ドーム342を通る
光330として色収差をバランスさせるように平坦とさ
れ得る。ドーム342により生じる色収差は射出面32
4の曲率によってもバランスされ得る。
【0021】多くの赤外線結像の適用において、熱光景
は、システムへのパワーの供給の後数秒で結像され、こ
の後僅か数秒で検出器は冷却されなければならない。赤
外線熱結像にとって検出器を冷却することが必要なの
で、検出器と周りのシールドとは急速に冷却されなけれ
ばならない。これら検出器と周りのシールドとの急速な
冷却を促進するために、検出器と周りのシールドとの両
者の熱質量は最小にしなければならない。この冷却シー
ルドの熱質量を最小にするためには、冷却シールドの長
さを最小にしなければならない。
は、システムへのパワーの供給の後数秒で結像され、こ
の後僅か数秒で検出器は冷却されなければならない。赤
外線熱結像にとって検出器を冷却することが必要なの
で、検出器と周りのシールドとは急速に冷却されなけれ
ばならない。これら検出器と周りのシールドとの急速な
冷却を促進するために、検出器と周りのシールドとの両
者の熱質量は最小にしなければならない。この冷却シー
ルドの熱質量を最小にするためには、冷却シールドの長
さを最小にしなければならない。
【0022】図6において、符号400で示す固体カタ
ディオプトリックレンズはドーム442の後方のジンバ
ル上に設置されている。このレンズ400は、入射面4
14がレンズ300と同じように凹んでいて、レンズ1
0,100,200,300と同じような要素を有して
いる。さらに、検出器434は、短い冷却シールド44
0により囲まれている。
ディオプトリックレンズはドーム442の後方のジンバ
ル上に設置されている。このレンズ400は、入射面4
14がレンズ300と同じように凹んでいて、レンズ1
0,100,200,300と同じような要素を有して
いる。さらに、検出器434は、短い冷却シールド44
0により囲まれている。
【0023】図6に示すように、冷却シールド440の
長さは、固体カタディオプトリックの射出面424の近
くに反射熱シールド448を設けることにより最小にさ
れている。この反射熱シールド448は反射コーティン
グ膜であり、長い冷却シールドや冷却ストップが使用で
きないときに、像434に達するバックグラウンド放射
線を減じるように機能する。固体カタディオプトリック
射出面424と反射熱シールド448との間には、デュ
ーア窓454が設けられている。このデューア窓454
は、検出アレイ434の冷却を最大にするように、デュ
ーア452のための真空バリアとして機能する。レンズ
のための設計パラメータは、球面射出面424を通り、
さらに、検出アレイ434にフォーカスされる前にデュ
ーア窓454を通る放射線を補償するように調節され
る。
長さは、固体カタディオプトリックの射出面424の近
くに反射熱シールド448を設けることにより最小にさ
れている。この反射熱シールド448は反射コーティン
グ膜であり、長い冷却シールドや冷却ストップが使用で
きないときに、像434に達するバックグラウンド放射
線を減じるように機能する。固体カタディオプトリック
射出面424と反射熱シールド448との間には、デュ
ーア窓454が設けられている。このデューア窓454
は、検出アレイ434の冷却を最大にするように、デュ
ーア452のための真空バリアとして機能する。レンズ
のための設計パラメータは、球面射出面424を通り、
さらに、検出アレイ434にフォーカスされる前にデュ
ーア窓454を通る放射線を補償するように調節され
る。
【0024】図7には、固体カタディオプトリックレン
ズ500が示されている。このレンズ500はドーム5
42の前のジンバルに装着されている。また、このレン
ズ500は、レンズ10,100,200,300,4
00と同じような要素を有し、また、レンズ300,4
00と同様に凹入射面514を有する。さらに、レンズ
500は凸球面射出面524を有し、像534がレンズ
500に内部で形成されるように設計されている。リレ
ーレンズ560に加えて、凸射出面524は、冷却シー
ルド540内に収容された検出器535に内部の像53
4を中継する。冷却ストップ562である冷却シールド
540の開口は、結像システムのアパチャーストップと
して機能する。
ズ500が示されている。このレンズ500はドーム5
42の前のジンバルに装着されている。また、このレン
ズ500は、レンズ10,100,200,300,4
00と同じような要素を有し、また、レンズ300,4
00と同様に凹入射面514を有する。さらに、レンズ
500は凸球面射出面524を有し、像534がレンズ
500に内部で形成されるように設計されている。リレ
ーレンズ560に加えて、凸射出面524は、冷却シー
ルド540内に収容された検出器535に内部の像53
4を中継する。冷却ストップ562である冷却シールド
540の開口は、結像システムのアパチャーストップと
して機能する。
【0025】図8には、レンズ10が赤外線結像システ
ム内に配置されて示されている。赤外線結像の光学的形
態は、代表的に、光学的形態と検出アレイとの間に真空
バリアを与える平坦な窓を備えたデューアと、フォーカ
ス光学系とからなっており、この結果、デューア内での
検出アレイの急速な冷却と、冷却検出器を維持するため
の最小の冷却とを促進している。赤外線光学システムの
サイズが小さくなるのに従って、機能を組合わせ、赤外
線光学的形態内の部品を削除することが望まれる。図8
に示すように、レンズ10は、検出された光景を検出ア
レイ34上にフォーカスすると共に、デューア52のた
めの真空を維持する。このレンズ10は、真ちゅう材6
0によりデューア壁52に取着されている。このように
使用されたレンズは、ドームスペースとして働き、図6
に示す形態におけるようなデューア52内での真空バリ
アの目的のための別の平坦な窓の必要性をなくす。一般
に、固体カタディオプトリックレンズのためのディメン
ションに関する要求は、レンズが使用される特別な摘要
に応じて変更するであろう。
ム内に配置されて示されている。赤外線結像の光学的形
態は、代表的に、光学的形態と検出アレイとの間に真空
バリアを与える平坦な窓を備えたデューアと、フォーカ
ス光学系とからなっており、この結果、デューア内での
検出アレイの急速な冷却と、冷却検出器を維持するため
の最小の冷却とを促進している。赤外線光学システムの
サイズが小さくなるのに従って、機能を組合わせ、赤外
線光学的形態内の部品を削除することが望まれる。図8
に示すように、レンズ10は、検出された光景を検出ア
レイ34上にフォーカスすると共に、デューア52のた
めの真空を維持する。このレンズ10は、真ちゅう材6
0によりデューア壁52に取着されている。このように
使用されたレンズは、ドームスペースとして働き、図6
に示す形態におけるようなデューア52内での真空バリ
アの目的のための別の平坦な窓の必要性をなくす。一般
に、固体カタディオプトリックレンズのためのディメン
ションに関する要求は、レンズが使用される特別な摘要
に応じて変更するであろう。
【0026】
【発明の効果】上述した固体カタディオプトリックレン
ズシステムは、結像システムにおける光学的形態の設置
に必要な容積を減じている。本発明は、他の光学的な形
態で必要な集合体を不要とし、また、このような既存の
光学的形態の製造と設置との両方のコストを減じてい
る。そして、赤外線ミサイル追尾システムのジンバルに
装着された場合には、レンズは、また代表的にはジンバ
ルに装着されたジャイロユニットの重量をオフセットす
ることによりシステムにバランスを与える。
ズシステムは、結像システムにおける光学的形態の設置
に必要な容積を減じている。本発明は、他の光学的な形
態で必要な集合体を不要とし、また、このような既存の
光学的形態の製造と設置との両方のコストを減じてい
る。そして、赤外線ミサイル追尾システムのジンバルに
装着された場合には、レンズは、また代表的にはジンバ
ルに装着されたジャイロユニットの重量をオフセットす
ることによりシステムにバランスを与える。
【0027】本発明は図1ないし8に示されたような特
別な実施の形態に関連して説明されたが、具体例の変形
並びに変更は、明細書、図面、並びに請求の範囲に基く
効果のもとでなされ得る。
別な実施の形態に関連して説明されたが、具体例の変形
並びに変更は、明細書、図面、並びに請求の範囲に基く
効果のもとでなされ得る。
【図1】本発明に係わる固体カタディオプトリックレン
ズと光路とを示す側面図である。
ズと光路とを示す側面図である。
【図2】図1に示すレンズが組入れられる例示的な外囲
器を示す断面図である。
器を示す断面図である。
【図3】本発明に係わる第2の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
【図4】本発明に係わる第3の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
【図5】本発明に係わる第4の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
【図6】本発明に係わる第5の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
【図7】本発明に係わる第6の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
【図8】本発明に係わる第7の実施の形態の固体カタデ
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
ィオプトリックレンズと光路とを示す側面図である。
10…固体カタディオプトリックレンズ、18…主ミラ
ー、22…凸二次ミラー、24…射出面、30…放射線
ー、22…凸二次ミラー、24…射出面、30…放射線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギーノ・アール・ストリアル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91364、ウッドランド・ヒルズ、モスビ ー・ストリート 23030
Claims (20)
- 【請求項1】 前面並びに後面を有し、光学材料で形成
された本体と、 前記前面に位置するほぼ平坦な入射面と、 検出された対物光景から入射面を介して本体に入射する
放射線を反射するように後面に位置する主ミラーと、 この主ミラーからの反射放射線をフォーカスして像を形
成する、前記前面に位置する二次ミラーと、 この二次ミラーからの反射放射線を通す、前記後面に位
置する実質的に球面の射出面とを具備する固体カタディ
オプトリックレンズ。 - 【請求項2】 前記主ミラー並びに二次ミラーは、前記
本体の前面並びに後面に反射材をコーティングして形成
されている請求項1の固体カタディオプトリックレン
ズ。 - 【請求項3】 前記球面の射出面は、このレンドと、こ
のレンズの焦点面との間の距離以下の曲率半径を有する
請求項1の固体カタディオプトリックレンズ。 - 【請求項4】 このレンズが赤外線結像システムに組み
入れられている請求項1の固体カタディオプトリックレ
ンズ。 - 【請求項5】 このレンズは赤外線結像システムのデュ
ーア真空バリアを与える請求項4の固体カタディオプト
リックレンズ。 - 【請求項6】 前記ほぼ平坦な入射面は前記二次ミラー
から凹んでいる請求項1の固体カタディオプトリックレ
ンズ。 - 【請求項7】 前記主ミラーは、前記球面射出面を囲む
環状のミラーである請求項1の固体カタディオプトリッ
クレンズ。 - 【請求項8】 前記主ミラーと球面の射出面との間に設
けられた反射熱ストップをさらに具備する請求項7の固
体カタディオプトリックレンズ。 - 【請求項9】 前記像はレンズ内に形成される請求項1
の固体カタディオプトリックレンズ。 - 【請求項10】 前記像はレンズの外に形成される請求
項1の固体カタディオプトリックレンズ。 - 【請求項11】 前面並びに後面を有し、光学材料で形
成された本体と、前記前面に位置するほぼ平坦な入射面
と、検出された対物光景から入射面を介して本体に入射
する放射線を反射するように後面に位置する主ミラー
と、この主ミラーからの反射放射線をフォーカスして像
を形成する、前記前面に位置する二次ミラーと、この二
次ミラーからの反射放射線を通す、前記後面に位置する
実質的に球面の射出面とを有する固体カタディオプトリ
ックレンズと、 このレンズの焦点面に配置され、フォーカスされた光に
より形成される像を検出する検出器とを具備する結像シ
ステム。 - 【請求項12】 前記射出面からフォーカスされた光を
受けるように射出面近くに位置されたデューア窓と、 前記検出器の急速な冷却を促進するように射出面に位置
する反射熱ストップと、 赤外線結像適用の検出器の冷却のために検出器を囲む冷
却シールドとを有し、検出器を収容するためのデューア
集合体をさらに具備する請求項11の結像システム。 - 【請求項13】 前記射出面は正の光学度を有し、ま
た、前記像はレンズ内に形成される請求項11の結像シ
ステム。 - 【請求項14】 前記球面の射出面は、このレンドと、
このレンズの焦点面との間の距離に実質的に等しい曲率
半径を有する請求項11の結像システム。 - 【請求項15】 前記フォーカスされた放射線を検出器
に中継するように前記射出面の外に位置するリレーレン
ズをさらに具備する請求項11の結像システム。 - 【請求項16】 前記リレーレンズの近くに設けられ、
前記検出器を収容し、この検出器を冷却するための冷却
シールドと、 この冷却シールドの開口により規定され、前記リレーレ
ンズからの光を受け、この光を検出器へと通す開口絞り
とをさらに具備する請求項11の結像システム。 - 【請求項17】 前記冷却シールドは短い冷却シールド
である請求項16の結像システム。 - 【請求項18】 前記開口絞りは反射熱絞りである請求
項16の結像システム。 - 【請求項19】 前記リレーレンズの近くに設けられ、
前記検出器を収容し、この検出器を冷却するための冷却
シールドと、 この冷却シールドの開口により規定され、前記レンズか
らの光を受ける開口絞りとをさらに具備し、前記レンズ
は前記光をフォーカス、赤外線結像の適用のための前記
冷却シールドに真空バリアを与える請求項11の結像シ
ステム。 - 【請求項20】 前記主ミラー並びに二次ミラーは、前
記本体の前面並びに後面に反射材をコーティングして形
成されている請求項11の結像システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US47052395A | 1995-06-06 | 1995-06-06 | |
US470523 | 1995-06-06 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0968604A true JPH0968604A (ja) | 1997-03-11 |
Family
ID=23867950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8144165A Pending JPH0968604A (ja) | 1995-06-06 | 1996-06-06 | 固体カタディオプトリックレンズ |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5793538A (ja) |
EP (1) | EP0747744B1 (ja) |
JP (1) | JPH0968604A (ja) |
KR (1) | KR100258710B1 (ja) |
AU (1) | AU688215B2 (ja) |
CA (1) | CA2177424C (ja) |
DE (1) | DE69623182T2 (ja) |
DK (1) | DK0747744T3 (ja) |
ES (1) | ES2177730T3 (ja) |
IL (1) | IL118456A (ja) |
NO (1) | NO316945B1 (ja) |
TW (1) | TW314598B (ja) |
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