(57)【要約】【課題】  良好な画像を得ることができ、過酷な環境下に配置される監視カメラなどに適した赤外線光学系を提供する。赤外領域において在留色収差を十分に除去することのできる赤外線レンズを提供する。【解決手段】  ３μｍから１４μｍまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられ、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第１レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第２レンズの２枚のレンズで構成され、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面としたことを特徴とする赤外線光学系である。【選択図】  図１
2010113191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３μｍから１４μｍまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられ、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第１レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第２レンズの２枚のレンズで構成され、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面としたことを特徴とする赤外線光学系。
【請求項２】
第１レンズと第２レンズが、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線光学系
【請求項３】
第１レンズと第２レンズが、同じ赤外透過材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線光学系。
【請求項４】
以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線光学系：
１．２  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ２．０・・・条件式（１）、
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：対物レンズの焦点距離。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３μｍから１４μｍまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられる赤外線光学系に関し、例えば監視カメラ、赤外線カメラ、車載カメラ、携帯電話付きカメラなどに用いられる光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１の請求項１に示すように、撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、物体側からこの順で配列された第１レンズ及び第２レンズを備え、第１レンズ及び第２レンズのうち少なくとも一方は正の光学的パワーを有するガラスレンズであり、且つ第１レンズ及び第２レンズを構成するレンズ面のうち少なくとも一つは回折面に構成されている単焦点撮像レンズが開示されている。同文献第７頁の段落番号００２９に示すように、回折面を２面以上導入してもよい旨が記載されている。更に、第１レンズの第２レンズ面、第２レンズの第１レンズ面にそれぞれ回折光学素子面を配置したレンズ系が開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献２の公報第５頁段落番号００２０、図１に記載されているように、硫化亜鉛（ＺｎＳ）で形成された第１レンズの第２レンズ面に回折光学素子を配置した３群３枚の赤外線レンズが開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献３では、硫化亜鉛（ＺｎＳ）をレンズ材料とし光学系を構成して、第１レンズの凹面側に回折光学素子を使用して色収差を補正している。
【特許文献１】特開２００７−３３３８８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４１０３２号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の単焦点撮像レンズでは、回折光学素子面を２面以上配置するとはいえ、第１レンズの第２レンズ面、第２レンズの第１レンズ面にそれぞれ回折光学素子面が配置されているだけで、同一レンズの第１レンズ面、第２レンズ面に配置されておらず、単に一つのレンズの一レンズ面に回折光学素子を配置しただけでは、十分な色収差補正をすることができず、３μｍから１４μｍまでの赤外線から遠赤外線までの波長域に適した監視カメラなどの特殊なカメラに用いることができない。
【０００６】
また、特許文献２では、回折光学素子を使用した光学系とはいえ、２枚構成では視野角を広げたり、フランジバックを長くしたりすることはできないことから、３枚構成になっている。
【０００７】
また、特許文献３のような従来の赤外光学系の設計では、屈折率の高く高価なＧｅまたはＺｎＳｅ、ＺｎＳのような材料を主に使用するが、色収差を補正するには、これらの材料を複数組み合わせて使用することが必要であった。
【０００８】
そこで、本発明では、良好な画像を得ることができ、過酷な環境下に配置される監視カメラなどに適した赤外線光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、製造及び処理が容易なモールド成型が可能で安価に入手できる材料例えばカルコゲナイドガラスのみを使用し、赤外領域において在留色収差を十分に除去することのできる赤外線レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の解決手段を例示すると、特許請求の範囲の各請求項に記載のとおりである。
【００１１】
とくに、本発明に係る赤外線光学系は、３μｍから１４μｍまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられ、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第１レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第２レンズの２枚のレンズで構成され、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面としたことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、第１レンズと第２レンズが、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００１３】
好ましくは、第１レンズと第２レンズが、同じ赤外透過材料で形成されている。
【００１４】
好ましくは、以下の条件式（１）を満たす：
１．２  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ２．０・・・条件式（１）
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：対物レンズの焦点距離。
【発明の効果】
【００１５】
良好な画像を得ることができ、過酷な環境下に配置される監視カメラなどに適した赤外線光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、赤外線光学系のレンズ系の構成を改良したものである。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によれば、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第１レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第２レンズの最小枚数２群２枚で構成する。更に、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面とする。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、第１レンズと第２レンズが、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００１９】
本発明の更に別の実施形態によれば、第１レンズと第２レンズが、同じ赤外透過材料で形成されている
本発明の更に別の実施形態によれば、以下の条件式（１）が満たされている：
１．２  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ２．０・・・条件式（１）、
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：対物レンズの焦点距離。
【００２０】
一般的に使用されるゲルマニウムは、希少金属の結晶材で非常に高価であり、研磨や切削にて形状を加工しているのが現状である。カルコゲナイドガラスは、ゲルマニウム、アンチモン、セレン等を主成分とするガラスで、結晶材に比較して安価であり、モールド成型が可能であるガラス材である。
【００２１】
また、条件式（１）を満足することにより、視野内の諸収差がバランスよく補正され、かつコンパクトで明るい構成にし易くなる。
【００２２】
また、第２レンズに回折面（回折光学素子面）を設けることにより、倍率色収差およびコマ収差、非点収差を補正することが可能となり、広角視野内での諸収差がバランス良く補正でき、フランジバックを長くすることが可能になる。
【００２３】
また、第２レンズに回折光学素子を使用することにより、Ｆ値１．０でかつ片側視野角１４°以上、ＦＢ／ｆ０．６以上を確保することが可能である。
【実施例１】
【００２４】
図１は、実施例１の光路図である。図２は、実施例１の収差図である。
【００２５】
本実施例１において、回折光学素子面（回折面）は、光路差関数Ψ（ｈ）の係数がつけられた第２レンズＬ２の第２面である。また、第１レンズＬ１の第２面、第２レンズＬ２の第１面は非球面である。
【００２６】
実施例１の赤外線光学系１のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
【００２７】
物体側Ｐより順に、物体側Ｐに凸面（Ｓ１）を向けた凸メニスカスの第１レンズＬ１と、物体側Ｐに凹面（Ｓ３）を向けた凸メニスカスの第２レンズＬ２の最小枚数２群２枚で構成する。
【００２８】
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００２９】
ｆ＝１８．２２ｍｍ、口径比Ｆ／１．０、画角２ω＝２８°
ｆ１＝２５．００ｍｍ
１＜ｆ１／ｆ＝１．３７
０．５＜ＦＢ／ｆ＝０．７１
【表１】
2010113191.tif 000003
【表２】
2010113191.tif 000004
【数１】
2010113191.tif 000005
【００３０】
非球面係数
面番号Ｓ２
【表３】
2010113191.tif 000006
【００３１】
面番号Ｓ３
【表４】
2010113191.tif 000007
【００３２】
面番号Ｓ４
【表５】
2010113191.tif 000008
【数２】
2010113191.tif 000009
【数３】
2010113191.tif 000010
【００３３】
面番号Ｓ４
【表６】
2010113191.tif 000011
【００３４】
なお、回折光学素子面（回折面）は、第２レンズＬ２の第２面に限定されず、その第２レンズＬ２の第１面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面に回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。
【実施例２】
【００３５】
図３は、実施例２の光路図である。図４は、実施例２の収差図である。
【００３６】
本実施例２において、回折光学素子面（回折面）は、光路差関数Ψ（ｈ）の係数がつけられた第４面、すなわち第２レンズＬ２の第２面である。また、第１レンズＬ１の第２面、第２レンズＬ２の第１面および第２レンズＬ２の第２面は非球面である。
【００３７】
実施例２の赤外線光学系１１のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
【００３８】
物体側Ｐより順に、物体側Ｐに凸面（Ｓ１１）を向けた凸メニスカスの第１レンズＬ１１と、物体側Ｐに凹面（Ｓ１３）を向けた凸メニスカスの第２レンズＬ１２の最小枚数２群２枚で構成する。
【００３９】
第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００４０】
ｆ＝１８．２２ｍｍ、口径比Ｆ／１．０、画角２ω＝２８°
ｆ１＝１８．００ｍｍ
１＜ｆ１／ｆ＝０．９９
【表７】
2010113191.tif 000012
【表８】
2010113191.tif 000013
【数４】
2010113191.tif 000014
【００４１】
非球面係数
面番号Ｓ１２
【表９】
2010113191.tif 000015
【００４２】
面番号Ｓ１３
【表１０】
2010113191.tif 000016
【００４３】
面番号Ｓ１４
【表１１】
2010113191.tif 000017
【数５】
2010113191.tif 000018
【数６】
2010113191.tif 000019
【００４４】
面番号Ｓ１４
【表１２】
2010113191.tif 000020
【００４５】
なお、回折光学素子面（回折面）は、第２レンズＬ２の第２面に限定されず、その第２レンズＬ２の第１面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。
【実施例３】
【００４６】
図５は、実施例３の光路図である。図６は、実施例３の収差図である。
【００４７】
本実施例３において、回折光学素子面（回折面）は、光路差関数Ψ（ｈ）の係数がつけられた第２レンズＬ２の第１面である。また、第１レンズＬ１の第２面、第２レンズＬ２の第１面および第２レンズＬ２の第２面は非球面である。
【００４８】
実施例３の赤外線光学系２１のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
【００４９】
物体側Ｐより順に、物体側Ｐに凸面（Ｓ２１）を向けた凸メニスカスの第１レンズＬ２１と、物体側Ｐに凹面（Ｓ２３）を向けた凸メニスカスの第２レンズＬ２２の最小枚数２群２枚で構成する。
【００５０】
第１レンズＬ２１と第２レンズＬ２２は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００５１】
ｆ＝１８．２２ｍｍ、口径比Ｆ／１．０、画角２ω＝２８°
ｆ１＝２７．２５ｍｍ
１＜ｆ１／ｆ＝１．５０
０．５＜ＦＢ／ｆ＝０．７２
【表１３】
2010113191.tif 000021
【表１４】
2010113191.tif 000022
【数７】
2010113191.tif 000023
【００５２】
非球面係数
面番号Ｓ２２
【表１５】
2010113191.tif 000024
【００５３】
面番号Ｓ２３
【表１６】
2010113191.tif 000025
【００５４】
面番号Ｓ２４
【表１７】
2010113191.tif 000026
【数８】
2010113191.tif 000027
【数９】
2010113191.tif 000028
【００５５】
面番号Ｓ２３
【表１８】
2010113191.tif 000029
【００５６】
なお、回折光学素子面（回折面）は、第２レンズＬ２の第１面に限定されず、その第２レンズＬ２の第２面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。
【実施例４】
【００５７】
図７は、実施例４の光路図である。図８は、実施例４の収差図である。
【００５８】
本実施例４において、回折光学素子面（回折面）は、光路差関数Ψ（ｈ）の係数がつけられた第２レンズＬ２の第１面である。また、第１レンズＬ１の第２面、第２レンズＬ２の第１面および第２レンズＬ２の第２面は非球面である。
【００５９】
実施例４の赤外線光学系３１のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
【００６０】
物体側Ｐより順に、物体側Ｐに凸面（Ｓ３１）を向けた凸メニスカスの第１レンズＬ３１と、物体側Ｐに凹面（Ｓ３３）を向けた凸メニスカスの第２レンズＬ３２の最小枚数２群２枚で構成する。
【００６１】
第１レンズＬ３１と第２レンズＬ３２は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００６２】
ｆ＝１８．２２ｍｍ、口径比Ｆ／１．０、画角２ω＝２８°
ｆ１＝２３．６９ｍｍ
１＜ｆ１／ｆ＝１．３０
０．５＜ＦＢ／ｆ＝０．６９
【表１９】
2010113191.tif 000030
【表２０】
2010113191.tif 000031
【数１０】
2010113191.tif 000032
【００６３】
非球面係数
面番号Ｓ３２
【表２１】
2010113191.tif 000033
【００６４】
面番号Ｓ３３
【表２２】
2010113191.tif 000034
【００６５】
面番号Ｓ３４
【表２３】
2010113191.tif 000035
【数１１】
2010113191.tif 000036
【数１２】
2010113191.tif 000037
【００６６】
面番号Ｓ３３
【表２４】
2010113191.tif 000038
【００６７】
なお、回折光学素子面（回折面）は、第２レンズＬ２の第１面に限定されず、その第２レンズＬ２の第２面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。
【実施例５】
【００６８】
図９は、実施例５の光路図である。図１０は、実施例５の収差図である。
【００６９】
本実施例５において、回折光学素子面（回折面）は、光路差関数Ψ（ｈ）の係数がつけられた第２レンズＬ２の第１面および第２面である。また、第１レンズＬ１の第２面、第２レンズＬ２の第１面および第２レンズＬ２の第２面は非球面である。
【００７０】
実施例５の赤外線光学系４１のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
【００７１】
物体側Ｐより順に、物体側Ｐに凸面（Ｓ４１）を向けた凸メニスカスの第１レンズＬ４１と、物体側Ｐに凹面（Ｓ４３）を向けた凸メニスカスの第２レンズＬ４２の最小枚数２群２枚で構成する。
【００７２】
第１レンズＬ４１と第２レンズＬ４２は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。
【００７３】
ｆ＝１８．２２ｍｍ、口径比Ｆ／１．０、画角２ω＝２８°
ｆ１＝２４．８９ｍｍ
１＜ｆ１／ｆ＝１．３６
０．５＜ＦＢ／ｆ＝０．５５
【表２５】
2010113191.tif 000039
【表２６】
2010113191.tif 000040
【数１３】
2010113191.tif 000041
【００７４】
非球面係数
面番号Ｓ４２
【表２７】
2010113191.tif 000042
【００７５】
面番号Ｓ４３
【表２８】
2010113191.tif 000043
【００７６】
面番号Ｓ４４
【表２９】
2010113191.tif 000044
【数１４】
2010113191.tif 000045
【数１５】
2010113191.tif 000046
【００７７】
面番号Ｓ４３
【表３０】
2010113191.tif 000047
【００７８】
面番号Ｓ４４
【表３１】
2010113191.tif 000048
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１の光路図である。
【図２】実施例１の収差図である。
【図３】実施例２の光路図である。
【図４】実施例２の収差図である。
【図５】実施例３の光路図である。
【図６】実施例３の収差図である。
【図７】実施例４の光路図である。
【図８】実施例４の収差図である。
【図９】実施例５の光路図である。
【図１０】実施例５の収差図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、１１、２１、３１、４１  赤外線光学系
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１  第１レンズ
Ｌ２、Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ４２  第２レンズ
Ｐ  物体側
【図１】
2010113191.tif 000049
【図２】
2010113191.tif 000050
【図３】
2010113191.tif 000051
【図４】
2010113191.tif 000052
【図５】
2010113191.tif 000053
【図６】
2010113191.tif 000054
【図７】
2010113191.tif 000055
【図８】
2010113191.tif 000056
【図９】
2010113191.tif 000057
【図１０】
2010113191.tif 000058