(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側に向かって順に、正の屈折力の第１のレンズ群と、負の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群とを有し、
前記第１および第３のレンズ群はシリコン製のレンズで構成され、
前記第２のレンズ群は、物体側から順に正の屈折力のシリコン製のレンズと、負の屈折力のゲルマニウム製のレンズとを備えていることを特徴とする赤外用結像レンズ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１および第２のレンズ群が以下の条件を満足することを特徴とする赤外用結像レンズ。
０．３１  ＜  ｄ1-2  ／（ｆ1  −｜ｆ2  ｜）  ＜  １．７５
ただし、ｆ1は前記第１のレンズ群の焦点距離、ｆ2は前記第２のレンズ群の焦点距離、ｄ1-2は前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との空気間隔をそれぞれ示す。
【請求項３】
請求項２において、前記第１、第２および第３のレンズ群が以下の条件を満足することを特徴とする赤外用結像レンズ。
０．１  ＜  ｄ2-3  ／  ｆ    ＜  １．０
ただし、ｆは前記第１、第２および第３のレンズ群の合成焦点距離、ｄ2-3は前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群との空気間隔をそれぞれ示す。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第２のレンズ群の負の屈折力のゲルマニウム製のレンズの物体側であって、前記第１のレンズ群の前記シリコン製のレンズよりも近い位置に、前記第２のレンズ群の正の屈折力のシリコン製のレンズが配置されている、赤外用結像レンズ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の赤外用結像レンズを有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外光用の結像レンズに関し、特に、広い波長領域の赤外光を結像可能なレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外光を用いて周囲を監視する監視カメラなど、近年、赤外光領域を用いた製品が増加している。例えば、３μｍ以上の遠赤外領域には、大気の赤外線透過特性から透過率が非常に高くなる帯域があり、３〜５μｍの波長領域がその１つである。従って、この赤外光を用いた多種多用な光学装置を実用化され、また、開発されている。
【０００３】
この領域では波長が可視光の約８倍と長いので、透過率および分散値から可視光領域の光学材料を使用することは不可能である。従って、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）あるいは硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの高価な材料のレンズが用いられる。さらに、赤外光を用いたレンズにおいては、３〜５μｍといった広い波長幅の光を結像させるため色収差を小さく補正する必要がある。特開昭６１−１３２９０１号に赤外光用の色消し光学系が記載されており、この光学系では、上記の光学材料のうち分散の大きなＺｎＳを色収差補正用の負レンズとして採用することによって色収差を補正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光学装置に使用される波長幅の広い赤外光の結像用レンズは、小型で、かつ安価であり、さらに、色収差が小さく補正された高性能のものが要望される。特開昭６１−１３２９０１号の光学系は、ＺｎＳ製レンズを用いて色収差が小さくなるように補正しているが、ＺｎＳの屈折力が小さいため複数のレンズが必要となっている。従って、実際の光学系を構成するレンズの枚数は７枚と多くなる。また、複数の色収差補正用のレンズをリレーするために光学系が長くなり、小型化を図ることが難しい。
【０００５】
そこで、本発明においては、光学装置に用いられることの多い３〜５μｍ程度の幅広い赤外光を収光し結像可能な結像レンズであって、色収差が良好に補正され、小型で、さらに安価な結像レンズを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、まず、物体側から像側に向かって順に、正の屈折力の第１のレンズ群と、負の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群によって結像レンズを構成し、第１および第３のレンズ群をシリコン製のレンズとし、さらに、第２のレンズ群に、物体側から順に正の屈折力のシリコン製のレンズと、負の屈折力のゲルマニウム製のレンズとを設けるようにしている。この赤外用結像レンズにおいては、第２のレンズ群の負の屈折力のゲルマニウム製のレンズの物体側に、第１のレンズ群のシリコン製のレンズと、それよりも近い位置に、第２のレンズ群の正の屈折力のシリコン製のレンズとが配置される。例えば図１に波長４μｍの屈折率を示してあるように、シリコン製のレンズ（Ｓｉ製レンズ）は赤外光に対してＺｎＳ製レンズやＺｎＳｅ製レンズと比較し屈折力が大きいので、レンズの曲率を緩くできる。従って、発生する収差を少なくでき、さらに、レンズの表面における反射も少なくできるので透過率も向上される。また、ゲルマニウム製のレンズ（Ｇｅ製レンズ）の屈折力も、図１に示すようにＺｎＳ製レンズやＺｎＳｅ製レンズと比較し大きく、また、分散はＳｉ製レンズより大きい。従って、Ｇｅ製レンズはＳｉ製レンズに対して色収差補正用の負のレンズに適しており、さらに、ＺｎＳ製レンズやＺｎＳｅ製レンズより屈折力が大きいので少ない枚数で色収差を補正できる。このように、正の屈折力のＳｉ製レンズと負の屈折力のＧｅ製レンズを用いた３群構成によって、広い波長領域の赤外光を色収差が小さくなるように補正可能な結像レンズを提供できる。
【０００７】
このような結像レンズを小型で安価に提供するためには、各レンズの径を小さくすることが重要である。特に、コストの高いＧｅ製レンズのレンズ径を小さくすることが望ましい。そこで、本発明においては、第１および第２のレンズ群が以下の条件（１）を満足するようにしている。
【０００８】
０．３１  ＜  ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）  ＜  １．７５・・・（１）
ただし、ｆ１  は第１のレンズ群の焦点距離、ｆ２  は第２のレンズ群の焦点距離であり、ｄ１−２  は第１のレンズ群と第２のレンズ群との空気間隔をそれぞれ示している。
【０００９】
このように第１および第２のレンズ群の空気間隔を設定することにより、３つレンズが短い間隔で設定された、いわゆるトリプレット型と異なり、第１群のレンズ群に対しＧｅ製レンズを含めた第２群のレンズの径をほぼ半分程度にすることが可能となる。従って、高価なＧｅ製レンズの径を小さくでき、安価な結像レンズを実現できる。ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）の値が０．３１程度以下になると第１および第２のレンズ群の間隔が狭くなるので、像面湾曲、コマ収差が悪化してしまい、さらに、第１および第２のレンズ群の径を大きくする必要があるので、高価になってしまう。一方、ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）の値が１．７５程度以上になると、第１および第２のレンズ群の間隔が広くなるので、諸収差の補正には有利となるが、結像レンズの全長が延びてしまい小型化が図れない。
【００１０】
さらに、良好な倍率色収差および軸上色収差を得るためには、以下の条件（２）を満足することが望ましい。
【００１１】
０．１  ＜  ｄ２−３  ／  ｆ    ＜  １．０              ・・・（２）
ただし、ｆは第１、第２および第３のレンズ群の合成焦点距離であり、ｄ２−３  は第２のレンズ群と前記第３のレンズ群との空気間隔をそれぞれ示している。
【００１２】
ｄ２−３  ／ｆが０．１程度以下になると第２および第３のレンズ群の間隔が狭くなるので、倍率色収差あるいは軸上色収差が悪化してしまう。一方、ｄ２−３  ／ｆが１．０程度以上になると、諸収差の変動は少なくなるが、第２のレンズ群あるいは第３のレンズ群の径を大きくする必要があるので、結像レンズが高価になってしまう。また、第２および第３のレンズ群の間隔が広くなるので、結像レンズが長くなり、小型化が図れない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結像レンズを実施例１〜６に基づきさらに詳しく説明する。実施例１〜６の各結像レンズは基本構成はほぼ同様であり、物体側から像側に向かって第１のレンズ群Ｇ１、第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３が配置されており、それぞれのレンズ群のレンズデータは後述する通りである。以下に示す各実施例のレンズデータにおいて、ｆは全系の焦点距離（ｍｍ）、ＦＮＯはＦナンバー、ωは画角、ｒ１  〜ｒ１２は物体側から順番に並んだ各レンズあるいはフィルタ面の曲率半径、ｄ１  〜ｄ１２は物体側から順番に並んだ各レンズあるいはフィルタ面の間の距離、ｅ１  〜ｅ１２は物体側から順番に並んだ各レンズあるいはフィルタ面の有効半径、ｎ１  〜ｎ６  は物体側から順番に並んだ各レンズあるいはフィルタの４μｍの波長の赤外光に対する屈折率を示してある。
【００１４】
〔実施例１〕
図２に本発明の実施例１に係る結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２および正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３から構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３の像側には、結像レンズ１０に続いて赤外光の検出系を熱的に遮断するなどの目的を備えたフィルターＬ４およびＬ５を設けてある。本例の結像レンズ１０の第１のレンズ群Ｇ１は、正の屈折力を備えたＳｉ製のメニスカスレンズＬ１で構成されている。また、第２のレンズ群Ｇ２は、正の屈折力を備えたＳｉ製のメニスカスレンズＬ２１および負の屈折力を備えたＧｅ製のメニスカスレンズＬ２２によって構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、正の屈折力を備えたＳｉ製のメニスカスレンズＬ３によって構成されている。このように、本例の赤外光用の結像レンズ１０は、計４枚のレンズで構成されており、各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００１５】
0003562777.tif 000002
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（４９．４）  が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第６面と第７面の間隔ｄ６（５０．０）  が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００１６】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  ０．８４
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．５
本例の結像レンズ１０の各面の有効半径は、第１のレンズ群Ｇ１のＳｉ製レンズＬ１が約４４ｍｍ、第２のレンズ群Ｇ２のＳｉ製レンズＬ２１が約３１ｍｍ、Ｇｅ製レンズＬ２２が約２３ｍｍであり、さらに、第３のレンズ群Ｇ３のＳｉ製レンズＬ３が約１８ｍｍである。従って、第２および第３のレンズ群の有効半径を第１のレンズ群のほぼ半分程度にすることができ、特に、Ｇｅ製レンズＬ２２の有効半径を第１のレンズ群の半分程度にすることができる。従って、第２および第３群のレンズの小型化が図れ、特に高価なＧｅ製レンズを小さくできるので、小型で安価な結像レンズを実現できる。
【００１７】
図３に本例の結像レンズの諸収差図を示してある。球面収差図においては３μｍ、４μｍおよび５μｍの各波長の赤外光の収差状況を示してあり、いずれの波長においても色収差は小さく、良好に補正に補正できていることが判る。また、非点収差図においてはメリディオナル画像（Ｍ）およびサジタル画像（Ｓ）を示してあり、歪曲収差および非点収差も良好な値を示していることが判る。このように、本発明により、３〜５μｍの広い赤外光領域におけて、色収差およびその他の収差が良好な結像レンズを４枚という少ないレンズ構成で実現でき、結像系を小型化できる。さらに、Ｇｅ製レンズを含めた第２および第３群のレンズのレンズ径も小さくできる。従って、本発明により、幅広い赤外光に対し諸収差が良好に補正できる高性能の結像レンズを安価に提供できる。
【００１８】
〔比較例〕
図４に異なる結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、第２のレンズ群Ｇ２が負の屈折力を備えたＧｅ製のメニスカスレンズＬ２２単体によって構成され、計３枚のレンズによって結像レンズが構成されている。他の上記の実施例１の結像レンズと共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００１９】
0003562777.tif 000003
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（５２．８）  が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第４面と第５面の間隔ｄ４（５０．０）  が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００２０】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  １．３３９
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．５
本例の結像レンズ１０においても上記の実施例と同様にＧｅ製レンズＬ２２の有効半径を第１のレンズ群の有効半径の半分程度にすることができる。このように、本例の結像レンズにおいても、第２および第３群のレンズの小型化が図れ、特に高価なＧｅ製レンズを小さくできるので、小型で安価な結像レンズを実現できる。さらに、本例の結像レンズは全体が３枚構成であり、いっそう小型で安価である。
【００２１】
しかしながら、図５の本例の結像レンズの諸収差図から判るように、実施例１と比較し３μｍおよび５μｍの波長の球面収差が大きい。
【００２２】
〔実施例２〕
図６に本発明の実施例２に係る結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、実施例１と同様の４枚のレンズによって構成されており、共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００２３】
0003562777.tif 000004
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（６７．８）  が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第６面と第７面の間隔ｄ６（２０．０）  が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００２４】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  １．７０４
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．２
本例の結像レンズ１０の各面の有効半径は上記の通りであり、Ｇｅ製レンズＬ２２を含め第２および第３のレンズ群の各面の有効半径を第１のレンズ群の半分程度あるいはそれ以下にできる。さらに、本例の結像レンズ１０は、第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  を短く設定してあり、全体の長さが短く、コンパクトな結像レンズとなっている。
【００２５】
図７に本例の結像レンズの諸収差図を示してある。本図から判るように、実施例１と比較し３μｍおよび５μｍの波長の球面収差が若干大きいが、十分に小さな値に補正されている。また、その他の諸収差も良好な値を示しており、性能の良い結像レンズが実現できている。さらに、本例の結像レンズは全体がコンパクトな構成となっており、また、Ｇｅ製レンズを含んだ第２および第３のレンズ群のレンズ径を小さくできるので、小型で安価な赤外光用の結像レンズを提供できる。
【００２６】
〔実施例３〕
図８に本発明の実施例３に係る結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、実施例１と同様の４枚のレンズによって構成されており、共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００２７】
0003562777.tif 000005
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（４９．４）  が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第６面と第７面の間隔ｄ６（５０．０）  が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００２８】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  ０．９７
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．５
本例の結像レンズ１０の各面の有効半径は上記の通りであり、Ｇｅ製レンズＬ２２を含め第２および第３のレンズ群の各レンズを第１のレンズ群のほぼ半分にできる。
【００２９】
図９に本例の結像レンズの諸収差図を示してある。本図から判るように、各波長の球面収差は非常に小さく補正されており、３〜５μｍの広範囲において色収差が良好な結像レンズを提供できる。
【００３０】
〔実施例４〕
図１０に本発明の実施例４に係る結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、実施例１と同様の４枚のレンズによって構成されており、共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００３１】
0003562777.tif 000006
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（２６．０）  が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第６面と第７面の間隔ｄ６（５０．０）  が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００３２】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  ０．６４
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．５
本例の結像レンズ１０の各面の有効半径は上記の通りであり、実施例１と同様にＧｅ製レンズＬ２２を含め第２および第３のレンズ群の各レンズを第１のレンズ群のほぼ半分にできる。さらに、本例の結像レンズ１０は、第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  を短く設定してあり、全体の長さが短く、コンパクトな結像レンズとなっている。
【００３３】
図１１に本例の結像レンズの諸収差図を示してある。本図から判るように、いずれの波長においても色収差およびその他の収差も良好であり、性能の良い結像レンズが実現できている。さらに、本例の結像レンズは全体がコンパクトな構成となっており、また、Ｇｅ製レンズを含んだ第２および第３のレンズ群のレンズ径を小さくできるので、小型で安価な赤外光用の結像レンズを提供できる。
【００３４】
〔実施例５〕
図１２に本発明の実施例５に係る結像レンズの構成を示してある。本例の結像レンズ１０は、実施例１と同様の４枚のレンズによって構成されており、共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。各レンズおよびフィルタのデータは以下の通りである。
【００３５】
0003562777.tif 000007
上記データの第２面と第３面の間隔ｄ２（２０．１６）が第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  に相当する。また、第６面と第７面の間隔ｄ６（３６．４６）が第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  に相当する。従って、条件（１）および（２）の値は以下の通りとなり、本例の結像レンズ１０は、各条件を満たしている。
【００３６】
ｄ１−２  ／（ｆ１  −｜ｆ２  ｜）＝  ０．３２
ｄ２−３  ／  ｆ    ＝  ０．３６５
本例の結像レンズ１０の各面の有効半径は上記の通りであり、実施例１と同様にＧｅ製レンズＬ２２を含め第２および第３のレンズ群のほとんどを第１のレンズ群のほぼ半分あるいはそれ以下にできる。さらに、本例の結像レンズ１０は、第１群および第２群のレンズの間隔ｄ１−２  と、第２群および第３群のレンズの間隔ｄ２−３  の両間隔を短く設定してあり、全体の長さが短く、コンパクトな結像レンズとなっている。
【００３７】
図１３に本例の結像レンズの諸収差図を示してある。本図から判るように、いずれの波長においても色収差は良好に補正されており、その他の収差も良好である。従って、本例でも小型で安価な諸収差が良好に補正された赤外光用の結像レンズを提供できることが判る。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、シリコン製のレンズとゲルマニウム製のレンズを用いた３群構成によって３〜５μｍの広い範囲の赤外光を結像可能なレンズを実現している。本発明の結像レンズは、屈折力の大きなシリコン製のレンズとゲルマニウム製のレンズを用いているので、それぞれのレンズの曲率を緩くでき、３群構成のレンズ枚数が３あるいは４枚程度と少ない構成で広い波長領域の赤外光に対し、色収差およびその他の収差が小さくなるように補正でき、さらに、透過率の高い明るいレンズを実現できる。従って、本発明により、小型で安価な高性能の赤外光用の結像レンズを提供できる。さらに、結像レンズを構成する各レンズ群の条件を上記の範囲に設定することにより、第２および第３のレンズ群の径を小さくすることができ、結像レンズ全体をさらに小型化できると共にコストの低減を図れる。特に、第２のレンズ群のゲルマニウム製のレンズの径を小さくできるので、本発明の製造コストへのインパクトは大きく、本発明により、コンパクトで安価な高性能の赤外光用の結像レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】赤外光の光学系に用いられる代表的な光学材料の波長４μｍの赤外光の屈折率を示す表である。
【図２】本発明の実施例１の結像レンズの構成を示す図である。
【図３】図２に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【図４】比較例の結像レンズの構成を示す図である。
【図５】図４に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【図６】本発明の実施例２の結像レンズの構成を示す図である。
【図７】図６に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【図８】本発明の実施例３の結像レンズの構成を示す図である。
【図９】図８に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【図１０】本発明の実施例４の結像レンズの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【図１２】本発明の実施例５の結像レンズの構成を示す図である。
【図１３】図１２に示す結像レンズにおける諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１・・第１のレンズ群
Ｇ２・・第２のレンズ群
Ｇ３・・第３のレンズ群
１０・・結像レンズ
Ｌ１〜Ｌ５・・レンズおよびフィルタ
【図１】
0003562777.tif 000008
【図２】
0003562777.tif 000009
【図３】
0003562777.tif 000010
【図４】
0003562777.tif 000011
【図５】
0003562777.tif 000012
【図６】
0003562777.tif 000013
【図７】
0003562777.tif 000014
【図８】
0003562777.tif 000015
【図９】
0003562777.tif 000016
【図１０】
0003562777.tif 000017
【図１１】
0003562777.tif 000018
【図１２】
0003562777.tif 000019
【図１３】
0003562777.tif 000020