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JPH06167659A - 正倍率の素子間にダブレット素子を有する視準レンズ - Google Patents

正倍率の素子間にダブレット素子を有する視準レンズ

Info

Publication number
JPH06167659A
JPH06167659A JP5192434A JP19243493A JPH06167659A JP H06167659 A JPH06167659 A JP H06167659A JP 5192434 A JP5192434 A JP 5192434A JP 19243493 A JP19243493 A JP 19243493A JP H06167659 A JPH06167659 A JP H06167659A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
lens element
optical
doublet
lens group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5192434A
Other languages
English (en)
Inventor
Harvey M Spencer
ハービー・エム・スペンサー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co filed Critical Hughes Aircraft Co
Publication of JPH06167659A publication Critical patent/JPH06167659A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/124—Details of the optical system between the light source and the polygonal mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • 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
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、色補正され、広い視野で広いスペ
クトル範囲で動作可能であり、軽量で小型で、製造の容
易な視準レンズを得ることを目的とにする。 【構成】 光軸に沿って配置されている第１のレンズグ
ループ12, 14と、光軸に沿ってそれと反対側に配置され
ている第２のレンズグループ20と、第１のレンズグルー
プのレンズ14と第２のレンズグループのレンズ20間に光
軸に沿って配置されているダブレットレンズ素子24とを
有し、第１のレンズグループおよび第２のレンズグルー
プがそれぞれ少なくとも１つの正倍率の光学レンズ素子
を具備し、ダブレットレンズ素子24が第１の負倍率のレ
ンズ素子16および第２の正倍率のレンズ素子18を含み、
第１のレンズ素子16が視準レンズの色補正のために第２
のレンズ素子18よりも高い屈折率を有することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、外部口径絞りを有する
視準レンズに関し、特に、視野を拡大し、色収差を減少
させるために前部および後部正倍率レンズ素子の間に配
置される共にクラウンおよびフリントガラスのダブレッ
ト素子を有する視準レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】視準レンズは多数の状況において使用さ
れ、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイによって形成さ
れるようなディスプレイを走査する光学装置は関心があ
る１つの状況であり、それにおけるディスプレイの対象
物のイメージは人間が対象物を見るために対物レンズに
走査反射鏡あるいはドラムを介して伝達される。視準レ
ンズの存在は前記機能を実行するが、高価である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】費用の問題の１つは、
集光能力が所望される能力よりも低いことである。さら
に、視準レンズの全体の物理的寸法が所望される寸法よ
りも大きいことも費用を増加させる。このような走査装
置における現在の視準レンズの別の欠点は、このような
可視ディスプレイシステムの構造に付随する製造および
整列エラーに対するレンズ特性の感度である。さらに、
前記タイプの従来のレンズはディスプレイの光放射スペ
クトルにおける変化による限定されたスペクトル帯域幅
を有しており、さらに視準レンズの設計が要求されてい
る。製造の感度の１例として、従来の視準レンズの典型
的な構造は観察されるディスプレイに近接して位置され
る視野レンズ素子が利用されていることが示されてい
る。ディスプレイへの接近は、ディスプレイを含んでい
る複合構造の一部である凹レンズの視野レンズを造るこ
とによって達成される。このように、ディスプレイシス
テムの製造中に視野レンズ素子を視準レンズの別の素子
と整列させることが必要となる。レンズあるいはレンズ
装置の光学的一体性を維持することは難しく、それにお
けるレンズ素子は単一の光学装置の一部ではなくシステ
ムの異なる部品として機械的に取付けられている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】外部口径絞りを有する本
発明によって構成されるテレセントリック視準レンズあ
るいはレンズ装置によって前記された問題は解決され、
他の利点は与えられ、そのレンズは前部の正のレンズ素
子および後部の正のレンズ素子と共に異なる屈折率のガ
ラスのダブレット素子を具備する。レンズ素子の配列は
視野レンズの必要性を除去し、それによってディスプレ
イを視準レンズの構造から完全に分離して製造すること
を可能にするように視準レンズがレンズの助けによって
観察されるディスプレイから十分な距離が隔てられるこ
とを可能にする。凸レンズ素子に接着される凹レンズ素
子を具備するダブレット素子の使用はレンズの色補正を
高めるために設けられ、それによって広いスペクトル帯
域にわたるレンズの使用を可能にする。視準レンズの構
造は、増加された集光効率および拡大される視角を提供
する。さらに、視準レンズはディスプレイされた対象物
を走査するために使用される従来のレンズよりもさらに
小型の構造である。
【０００５】
【実施例】図１を参照すると、本発明の視準レンズ10は
第１のレンズ素子12，第２のレンズ素子14，第３のレン
ズ素子16，第４のレンズ素子18および第５のレンズ素子
20を含んでいるレンズ素子の組立体を具備する。第３の
レンズ素子16および第４のレンズ素子18は、ダブレット
レンズ素子24を設けるために境界面22に沿って接着され
る。第１，第２，第４および第５のレンズ素子12，14，
18および20は正の光学倍率を有し、クラウンガラスで形
成される。第３のレンズ素子16は負の光学倍率を有し、
フリントガラスで形成される。本発明の好ましい実施例
において、第１，第２および第５のレンズ素子12，14お
よび20は同じ屈折率１．５９を有する。第４のレンズ素
子18は、１．５１の屈折率を有する。第３のレンズ素子
16は、１．７１の屈折率を有し、これは他のレンズ素子
の屈折率よりもわずかに高い。
【０００６】以下の寸法は、視準レンズ10の好ましい実
施例の構成において使用される。第１のレンズ素子12は
図１に見られるように左側表面26および右側表面28を有
し、表面26および28は球面であり、それぞれ０．８９２
７６インチおよび２．９５０８７インチの曲率半径を有
する。第１のレンズ素子12の直径は０．５７インチであ
る。第２のレンズ素子14は左側表面30および右側表面32
を有し、表面30および32は球面であり、それぞれ０．４
７８１３インチおよび１１．２１９８４インチの曲率半
径を有する。表面26の曲率中心はレンズ素子12の右側に
あり、表面28の曲率中心はレンズ12の左側にある。レン
ズ素子14において、表面30の曲率中心は表面30の右側に
あり、表面32の曲率中心は表面32の右側にある。
【０００７】ダブレットレンズ素子24は左側表面34，前
記境界面22および右側表面36を有する。表面34，22およ
び36は、それぞれ１．０２８２７インチ，０．３２１８
５インチおよび０．５０３５３インチの曲率半径を有す
る球面である。表面34の曲率中心は表面34の左側にあ
り、表面22の曲率中心は表面22の右側にあり、表面36の
曲率中心は表面36の左側にある。第５のレンズ素子20は
左側表面38および右側表面40を有し、表面38および40は
それぞれ０．２９８０３インチおよび０．５３９００イ
ンチの曲率半径を有する球面である。表面38の曲率中心
は表面38の右側にあり、表面40の曲率中心は表面40の右
側にある。上記説明のように、視準レンズ10のレンズ素
子の全光学表面は球面であり、球面構造はレンズ10の製
造を容易にするために使用される。
【０００８】レンズ10の中央光軸に沿って測定された以
下の厚さおよび間隔は、レンズ10の好ましい実施例の作
成において使用される。第１のレンズ素子12は０．１０
００００インチの厚さを有する。第１のレンズ素子12と
第２のレンズ素子14の間の間隔は０．００５０００イン
チである。第２のレンズ素子14の厚さは０．１９５３１
３インチである。第３のレンズ素子16は第３のレンズ素
子16の左側に設けられる環状の光学平面42で第２のレン
ズ素子14に接触し、光学平面42はレンズ素子16の活性領
域の外側に配置される。レンズ素子14および16の表面32
と34の間のレンズ10の中央軸に沿った間隔は０．０２６
６９６インチである。レンズ10の中央軸に沿って測定さ
れた第３のレンズ素子16の厚さは０．０９６１４５イン
チである。また、中央光軸に沿って測定された第４のレ
ンズ素子18の厚さは０．２５３６６０インチである。レ
ンズ素子18および20の表面36と38の間の距離は０．０３
８８７６インチである。第５のレンズ素子20の厚さは
０．１０００００インチである。
【０００９】視準レンズ10は、例えば、基板48によって
支持される発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを具備し
ているディスプレイ44によって使用される。ＬＥＤ46の
アレイの中央は、視準レンズ10の中央軸に沿って測定さ
れた第５のレンズ素子20の右側表面40から０．０８１８
２５インチの距離に配置される。レンズ10の焦点距離は
０．５０００００インチであり、これは第１のレンズ素
子12の左側表面26と光学絞り50の間の最小距離である。
さらに図１には、ＬＥＤ46から放射し、絞り50の方へレ
ンズ10を通って伝播する光の多数の光線52が示されてい
る。光線52を追跡すると、ＬＥＤ46のいずれか１つから
放射する光線52が絞り50の領域において互いに平行であ
ることが認められる。
【００１０】図２は、例えば、本発明の実施例の視準レ
ンズ10を効果的に使用する光学システム54を示す。シス
テム54は、対象物60から放射する放射58を見る赤外線検
出アレイ56を具備する。電気信号は放射58に応答する検
出アレイ56によって生成され、電気信号は多重化サンプ
リング装置62によって多重化され、サンプリングされ
る。サンプリング装置62によって生成されるサンプルは
デジタル形式であり、対象物60の画素のデータを表示す
る。システム54は、信号プロセッサ64および前記ディス
プレイ44をさらに具備する。信号プロセッサ64はサンプ
リング装置62から信号サンプルを得て、ディスプレイ44
上の表示用の対象物60のイメージデータ信号を出力する
ためにサンプルの瀘波および蓄積のような通常の信号処
理技術を適用する。
【００１１】人間の目66によって表される人間は、ディ
スプレイ44と目66の間の光学路に沿って直列に位置され
る視準レンズ10、回転反射鏡装置68および中継レンズ70
によってディスプレイ44を観察する。中継レンズ70は回
転反射鏡装置68と目66の間に配置される。視準レンズ10
は回転反射鏡装置68とディスプレイ44の間に配置され
る。回転反射鏡装置68は、モータ74によって軸72を中心
に回転される。回転反射鏡装置68は、装置68の外辺に配
置され、回転軸72に対称的に配置される一連の反射鏡76
を具備する。反射鏡76の１つは回転軸72に平行にされ、
その他の反射鏡76は回転軸72に対して異なる角度でレン
ズ10からの光線78を反射するように回転軸72に対して異
なる傾斜角でわずかに曲げられる。それによって、反射
鏡76の１つはディスプレイ44に与えられるイメージの上
部部分を目66に向け、別の反射鏡76はディスプレイ44上
のイメージの下部部分を目66に向け、残りの反射鏡76は
イメージの前記上部および下部領域の間の中間領域を目
66に向ける。このように、映像部分が目66によって見ら
れるように人間の左から右へ反射鏡76によって向けられ
ると仮定すると、連続する反射鏡76は目66にディスプレ
イ44上のイメージの上部から下部への走査を与える。
【００１２】図１に示されるように、複数のＬＥＤ46か
らの光線52は絞り50の平面を横切る。ディスプレイ44と
レンズ10の間の距離はＬＥＤ46からレンズ10へ伝播する
光線が実質的に平行であるように増加される場合、光線
52の前記交差点はレンズ10の焦点距離に実質的に等しい
距離で見えるようにレンズ10の近くに移動する。図１に
示される状態において、ディスプレイ44は光線の広い角
度にわたるＬＥＤ46からの放射の集光を可能にするよう
に第５のレンズ素子20に十分に近接し、光線52の前記交
差はレンズ10の焦点距離よりも実質的に長い距離で生じ
る。ディスプレイ44の中央のＬＥＤ46によって放射さ
れ、レンズ10によって得られる光の円錘の幅がレンズ10
の外部口径に配置される絞り50によって制限されるとい
うことは光線52の追跡によって示されている。
【００１３】図２に示されるように、口径絞り50は、レ
ンズ10からレンズ70への光線78を反射する位置に入る各
反射鏡76によって形成される。各反射鏡76の物理的寸法
は、絞り50の物理的寸法を決定する。したがって、大き
な反射鏡76は目66への伝達のためにＬＥＤ46から放射す
る大きな円錘の集光を可能にする。小さい反射鏡76は、
目66へ伝達されるようにＬＥＤ46から放射する光線の円
錘の円錐角を小さくする。口径絞り50の直径の数値に対
するレンズ10の焦点距離の数値の比はＦ数と呼ばれ、目
66への伝達のためにレンズ10によって遮られ、収集され
るディスプレイ44によって放射される放射量を決定す
る。レンズ10の好ましい実施例の場合において、Ｆ数は
１．４の数値を有し、レンズ10が約４０°の頂角を有す
る円錘におけるＬＥＤ46から放射される放射を集めるこ
とを可能にする。それによって、本発明の視準レンズ10
は光源、すなわちＬＥＤ46のアレイからの光を集め、比
較的小さな寸法で各反射鏡76を維持するための拡大され
た能力を提供する。これは、システム54主要光学部品、
すなわち視準レンズ10および反射鏡装置68を小型におさ
めることに助ける。加えて、視準レンズ10はディスプレ
イ44に与えられるイメージの高い解像度を与え、スペク
トル帯域幅を増加させる。上述のように、全レンズ素子
の球面の利用は製造工程を容易にする。視準レンズ10の
構造は、ＬＥＤ46のアレイによって放射された放射エネ
ルギの収集を最大にするテレセントリック瞳孔を提供す
る。
【００１４】視準レンズ10は１８°の視角を投影し、こ
れはレンズ装置の中央光軸の側面に対して９°である。
四角い対象物を見るため、中央軸からの対象物の側面の
中心に対する角度は６．４°であり、四角い対象物の角
に対して外側に９°である。前述の構造に関して、レン
ズ10は５２００乃至６８００オングストロームのスペク
トル帯域にわたって動作する。ダブレットレンズ素子24
の構造は、視準レンズにおいて存在する色収差を減少さ
せることによって視準レンズ10によって生成されるイメ
ージの量を増進させる。ダブレットレンズ素子24は、別
のレンズ素子12，14および20によって誘導される色分散
をさらに補正する。所望ならば、第５のレンズ素子20の
右側表面40の曲率は、上記開示された曲率からレンズ10
とディスプレイ44の間の異なる間隔に適合させるために
変化されることができる。長い曲率半径はレンズ10とデ
ィスプレイ44の間の拡大される間隔のために設けられ、
短い曲率半径は縮小した間隔のために設けられる。
【００１５】前記構造を見ると、本発明により視準レン
ズが提供され、それは改善された光収集能力および改善
された色補正を有し、広い視野にわたって動作可能であ
り、スペクトルの比較的大部分にわたる異なる色のディ
スプレイ放射を含むのに十分に広い帯域幅にわたって動
作可能であり、低重量および物理的寸法であり、ディス
プレイ固定される視野レンズ素子の必要性の回避によっ
て製造を容易にする。
【００１６】本発明の上記説明された実施例は単なる例
示であって、当業者によって変更されることは理解され
よう。したがって、本発明は特許請求の範囲によっての
み限定され、ここに開示された実施例によって限定され
るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズを通って伝播している光線を示している
本発明の視準レンズの側面図。
【図２】人間によって見られるディスプレイ上の対象物
を走査する本発明の視準レンズを含んでいる光学システ
ムの概略図。
【符号の説明】
10…視準レンズ，12,14,16,18,20,26 …レンズ素子，40
…凸状表面，50…口径絞り。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/10 Ｄ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光軸に沿って延在している光学装置の第
    １の端部に配置されている第１のレンズグループと、 前記第１の端部と反対側の前記光学装置の第２の端部に
    配置されている第２のレンズグループと、 前記第１のレンズグループと前記第２のレンズグループ
    の間に前記光軸に沿って前記光学装置中に配置されてい
    るダブレットレンズ素子とを有する光学装置を具備し、 前記第１のレンズグループおよび前記第２のレンズグル
    ープがそれぞれ少なくとも１つの正倍率の光学レンズ素
    子を具備し、 前記ダブレットレンズ素子が第１の負倍率のレンズ素子
    および第２の正倍率のレンズ素子を含み、前記第１のレ
    ンズ素子が視準レンズの色補正のために前記第２のレン
    ズ素子よりも高い屈折率を有することを特徴とする視準
    レンズ。
  2. 【請求項２】 前記光学装置がその第２の端部の外側の
    前記光軸に沿ったテレセントリック瞳孔を形成するよう
    に構成されている請求項１記載のレンズ。
  3. 【請求項３】 前記光学装置が口径絞り設置のための前
    記光軸に沿った領域を限定するように放射の光線を導く
    ように動作し、前記口径絞りの前記領域は前記視準レン
    ズの焦点距離よりも長い前記装置の前記第１の端部から
    距離をおいた外部に配置されている請求項１記載のレン
    ズ。
  4. 【請求項４】 前記ダブレットレンズ素子において、前
    記第１のレンズおよび前記第２のレンズが等しい曲率半
    径の光学的球面を有し、接触しており、前記ダブレット
    レンズの前記第１のレンズ素子が前記ダブレットレンズ
    素子の前記第２のレンズ素子よりも前記光学素子の前記
    第１の端部に近接している請求項１記載のレンズ。
  5. 【請求項５】 前記第１のレンズグループが前記光軸に
    沿って直列に配置される２つの正倍率のレンズ素子を具
    備し、前記第２のレンズグループが単一の正倍率のレン
    ズ素子を有する請求項１記載の視準レンズ。
  6. 【請求項６】 前記第１のレンズグループの２つの正倍
    率のレンズ素子および前記第２のレンズグループの前記
    単一の正倍率のレンズ素子はそれぞれ第１の屈折率を有
    し、前記ダブレットレンズ素子の前記第１のレンズ素子
    の屈折率は前記第１の屈折率よりも大きく、前記ダブレ
    ットレンズ素子の前記第２のレンズ素子の屈折率が前記
    第１の屈折率よりも小さい請求項５記載のレンズ。
  7. 【請求項７】 前記ダブレットレンズ素子において、前
    記第１および第２のレンズ素子が等しい曲率半径の光学
    的球面を有し、接触しており、前記ダブレットレンズ素
    子の前記第１のレンズ素子が前記ダブレットレンズ素子
    の前記第２レンズ素子よりも前記光学装置の前記第１の
    端部に近接し、前記第２のダブレットレンズ素子の前記
    第１のレンズ素子が前記ダブレットレンズ素子の前記第
    ２のレンズ素子に接着され、前記第１のレンズグループ
    の前記２つのレンズ素子および前記第２のレンズグルー
    プの前記単一のレンズ素子および前記ダブレットレンズ
    素子の前記第１および第２のレンズ素子の全光学的表面
    が球面である請求項６記載のレンズ。
  8. 【請求項８】 前記光学装置が前記装置の前記第２の端
    部の外側の前記光軸に沿って テレセントリック瞳孔を
    形成するように構成され、 前記光学装置が口径絞りの設置のための前記光軸に沿っ
    た領域を限定するように放射の光線を導くように作用
    し、前記口径絞りの前記領域は前記装置の第１の端部か
    らの距離が前記視準レンズの焦点距離よりも長い距離を
    おいた外側に配置され、 前記第２のレンズグループの前記単一のレンズ素子が前
    記光学装置の前記第２の端部から離れた前記光軸に沿っ
    て配置される放射源からの放射の収集のために前記光学
    装置の前記第２の端部に面する凹状の光学的表面を有す
    る請求項７記載のレンズ。
  9. 【請求項９】 前記第２のレンズグループの前記単一の
    光学素子が前記ダブレットレンズ素子に面する凸状の光
    学的表面を有し、 前記第１のレンズグループの第１のレンズ素子が２つの
    凸状の光学的表面を有し、前記第１のレンズグループの
    第２のレンズ素子が前記ダブレットレンズ素子に面する
    １つの凸状の光学的表面および１つの凹状の光学的表面
    を有し、 前記ダブレットレンズ素子の前記第１のレンズ素子が曲
    率半径の異なる２つの凹状の光学的表面を有し、 前記ダブレットレンズ素子の前記第２のレンズ素子が曲
    率半径の異なる２つの凸状の光学的表面を有し、 前記口径絞りの前記領域が走査反射鏡の据え付けに適合
    しており、走査反射鏡の物理的寸法が口径絞りの範囲を
    限定している請求項８記載のレンズ。
JP5192434A 1992-08-03 1993-08-03 正倍率の素子間にダブレット素子を有する視準レンズ Pending JPH06167659A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US923759 1992-08-03
US07/923,759 US5386312A (en) 1992-08-03 1992-08-03 Collimating lens having doublet element between positive-power elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06167659A true JPH06167659A (ja) 1994-06-14

Family

ID=25449220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5192434A Pending JPH06167659A (ja) 1992-08-03 1993-08-03 正倍率の素子間にダブレット素子を有する視準レンズ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5386312A (ja)
EP (1) EP0586089B1 (ja)
JP (1) JPH06167659A (ja)
DE (1) DE69330366T2 (ja)
IL (1) IL106497A (ja)

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