(57)【要約】  近赤外線用のレンズユニット（１）は、物体側から、絞り（２）、レンズ群（３）、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過させるバンドパスフィルター（４）を有する。レンズ群（３）は、物体側から、正のパワーを持つ物体側に凸の第１メニスカスレンズ（５）、正のパワーを持つ像側に凸の第２メニスカスレンズ（６）、正のパワーを持つ物体側に凸の凸レンズ（７）を備える。レンズ群（３）は像側テレセントリックに近い状態を備え、バンドパスフィルター（４）への光線の入射角度は０°或いは０°に近いものとなる。従って、レンズユニット１によれば近赤外域の特定波長帯域の光線を正確に透過させることができる。また、レンズ群（３）を構成するレンズが３枚なので、レンズユニット（１）の全長が長くなることを抑制できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚のレンズから構成されたレンズ群と、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過させる干渉フィルターとを物体側から像側に向かってこの順番で有し、
前記レンズ群は、正のパワーを持つ物体側に凸の第１メニスカスレンズ、正のパワーを持つ像側に凸の第２メニスカスレンズ、および、正のパワーを持つ物体側に凸の凸レンズを物体側から像側に向かってこの順番に備えることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項２】
請求項１において、
前記凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値は、１５°以上であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項３】
請求項２において、
前記凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値は、６０°以下であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記凸レンズの物体側のレンズ面は、有効径内に変曲点を持たないことを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記レンズ群を介して前記干渉フィルターへ入射する前記近赤外域の特定波長帯域の光線の入射角度は、２０°以下であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
前記特定波長帯域は、８００ｎｍ〜９００ｎｍであることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項７】
請求項１ないし６のうちのいずれかの項において、
前記第１メニスカスレンズおよび前記第２メニスカスレンズは、屈折率が１．５８以上の材料から形成されていることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項８】
請求項１ないし７のうちのいずれかの項において、
前記第１メニスカスレンズおよび前記第２メニスカスレンズは、アッベ数が３５以下であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記第１メニスカスレンズおよび前記第２メニスカスレンズは、いずれもポリカーボネイト製であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記第１メニスカスレンズおよび前記第２メニスカスレンズは、いずれも前記特定波長帯域の光を吸収する色素入りポリカーボネイト製であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちのいずれかの項において、
前記第２メニスカスレンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値は、５０°以上７５°以下であり、
前記第２メニスカスレンズの像側のレンズ面の接線角度の最大値は、４５°以上７５°以下であることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうちのいずれかの項において、
前記レンズ群の物体側に絞りを有することを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のうちのいずれかの項において、
画角が６５°を超えることを特徴とする赤外線用のレンズユニット。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のうちのいずれかの項に記載の赤外線用のレンズユニットと、
前記赤外線用のレンズユニットの焦点位置に配置された撮像素子とを有することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載の撮像モジュールと、
撮像対象物に前記近赤外域の特定波長帯域の光線を照射する照明装置とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過する干渉フィルターを搭載する赤外線用のレンズユニットに関する。また、このようなレンズユニットを搭載する撮像モジュール、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対して照明装置から赤外線を照射し、撮像素子を搭載する撮像モジュールによって対象物を撮像し、これにより得られた画像データに基づいて対象物までの距離を検出する距離センサが知られている。このようなセンサに搭載される撮像モジュールは、対象物の反射光のうち照明装置が照射した赤外線の戻り光を透過させて撮像素子に導き、それ以外の波長帯域の光線を遮蔽するバンドパスフィルターを搭載するレンズユニットを備えている。バンドパスフィルターは透明基板の表面に多層膜を形成してなる干渉フィルターである。赤外域の特定波長帯域の光線を透過させる干渉フィルターは、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
干渉フィルターには、この干渉フィルターへ入射する光線の入射角度が０°（垂直）から傾斜すると透過スペクトルが短波長側へシフトするという角度依存性がある。従って、予め設定した特定波長帯域の光線を撮像素子に到達させるためには、レンズユニットに搭載されたレンズ群によって、干渉フィルターへの光線の入射角度を０°に近づける必要がある。しかし、３枚のレンズから構成されたレンズ群によって干渉フィルターへの光線の入射角度を０°に近づけるレンズユニットは提案されていないのが現状である。【０００５】
このような点に鑑みて、本発明の課題は、３枚のレンズから構成されたレンズ群によって干渉フィルターへの光線の入射角度を０°に近づけることができる赤外線用のレンズユニットを提供することにある。また、このようなレンズユニットを搭載する撮像モジュールおよび撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の赤外線用のレンズユニットは、
３枚のレンズから構成されたレンズ群と、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過させる干渉フィルターとを物体側から像側に向かってこの順番で有し、
前記レンズ群は、正のパワーを持つ物体側に凸の第１メニスカスレンズ、正のパワーを持つ像側に凸の第２メニスカスレンズ、および、正のパワーを持つ物体側に凸の凸レンズを物体側から像側に向かってこの順番に備えることを特徴とする。【０００７】
本発明によれば、レンズ群は像側テレセントリック或いは像側テレセントリックに近い状態を備えるものとなり、レンズ群から射出される光線は光軸に対して平行或いは平行に近いものとなる。この結果、レンズ群の像側に配置された干渉フィルターへの光線の入射角度は０°（垂直）或いは０°に近いものとなるので、干渉フィルターにおいて透過スペクトルのシフトが発生することが防止或いは抑制される。よって、本発明のレンズユニットによれば、透過波長帯域として干渉フィルターに予め設定されている近赤外域の特定波長帯域の光線を正確に透過させることができる。また、３枚のレンズからなるレンズ群によって像側テレセントリック或いは像側テレセントリックに近い状態を実現できるので、レンズユニットの全長が長くなることを抑制できる。なお、干渉フィルターへの光線の入射角度とは、干渉フィルターへ入射する光線とレンズユニットの光軸が交差する角度である。また、近赤外線とは、波長が７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の光線である。【０００８】
本発明において、前記凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値は、１５°以上であることが望ましい。このようにすれば、第２メニスカスレンズから射出された後に凸レンズの物体側のレンズ面へ入射する光線の入射角度がレンズ面の外周側で大きくなる。この結果、当該レンズ面の外周側において凸レンズに入射した光線を光軸に接近する方向に屈折させて、光軸に対して平行なものとすることが容易となるので、レンズ群によって像側テレセントリックを実現することが容易となる。なお、レンズ面の接線角度とは、レンズ面の接線と光軸の法線とが交差する角度である。【０００９】
ここで、凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値を増大させれば、凸レンズの外周側に入射する光線を光軸に接近する方向に屈折させる作用を大きくすることができる。しかし、凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値が大きくなり過ぎると、凸レンズの成形時に当該凸レンズを成形型から離すことが難しくなりレンズの生産性が低下する。従って、本発明では、前記凸レンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値を６０°以下とすることにより、凸レンズの成形を容易にして、レンズの生産性を維持することが望ましい。【００１０】
本発明において、前記レンズ群を介して前記干渉フィルターへ入射する前記近赤外域の特定波長帯域の光線の入射角度は、２０°以下であることが望ましい。このようにすれば、干渉フィルターにおいて透過スペクトルが短波長側へシフトすることを抑制できる。【００１１】
本発明において、凸レンズの物体側のレンズ面が変曲点を備えるものであれば、このレンズ面は物体側に曲がる部分を備えることになるので、前記凸レンズの物体側のレンズ面は、有効径内に変曲点を持たないことが望ましい。【００１２】
本発明において、近赤外線を透過させるためには、前記特定波長帯域は、８００ｎｍ〜９００ｎｍとすることができる。【００１３】
ここで、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズの各レンズ面の接線角度の最大値が大きい場合には、これらのメニスカスレンズの成形時に当該メニスカスレンズを成形型から離すことが難しくなり、レンズの生産性が低下するという問題がある。かかる問題に対して、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズは、屈折率が１．５８以上の材料から形成されていることが望ましい。すなわち、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズを一般的な光学ガラスと比較して屈折率の高い材料から形成すれば、所定のパワーを付与した各メニスカスレンズを設計する際に、接線角度の最大値の増大を抑えることができ、メニスカスレンズの生産性を低下させることがない。なお、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域の可視光線を利用した撮像を行うためのレンズユニットであれば、色収差を補正するために、分散の小さい材料（アッベ数の大きい材料）からなるレンズと分散の大きい材料（アッベ数の小さい材料）からなるレンズとを組み合わせる必要があるが、近赤外域の特定波長帯域の光線下において撮像を行うレンズユニットであれば色収差の増大を考慮する必要がない。従って、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズの材料に屈折率の高い同一の材料を採用することができる。【００１４】
本発明において、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズは、アッベ数が３５以下であることが望ましい。すなわち、レンズを形成する材料の屈折率とアッベ数とは相関関係があるので、アッベ数が３５以下の材料を選択すれば、屈折率が１．５８以上の材料を選択することが容易となる。また、屈折率が１．５８以上の材料を選択すれば、アッベ数が３５以下の材料を選択することが容易となる。【００１５】
この場合において、屈折率が１．５８以上の材料としてはポリカーボネイトがある。従って、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズは、いずれもポリカーボネイト製とすることができる。【００１６】
また、この場合において、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズは、いずれも前記特定波長帯域の光線を吸収する色素入りポリカーボネイト製としてもよい。このようにすれば、第１メニスカスレンズおよび第２メニスカスレンズが含有する色素によって、不必要な波長帯域の光線を吸収することが可能となる。また、色素入りポリカーボネイトは、市販されているので、入手することが容易である。【００１７】
本発明において、前記第２メニスカスレンズの物体側のレンズ面の接線角度の最大値は、５０°以上７５°以下であり、前記第２メニスカスレンズの像側のレンズ面の接線角度の最大値は、４５°以上７５°以下であることが望ましい。物体側および像側のレンズ面の接線角度の最大値の範囲がこれらの範囲にあれば、非点収差の発生を抑制することができる。また、メニスカスレンズの成形時に当該メニスカスレンズを成形型から離すことが容易となる。【００１８】
本発明において、前記レンズ群の物体側に絞りを有することが望ましい。このようにすれば、レンズユニットの全長を短縮することが可能となる。【００１９】
また、本発明において、レンズユニットは、画角が６５°を超える広角レンズとすることができる。【００２０】
次に、本発明の撮像モジュールは、上記のレンズユニットと、前記レンズユニットの焦点位置に配置された撮像素子とを有することを特徴とする。また、本発明の撮像装置は、上記の撮像モジュールと、撮像対象物に前記近赤外域の特定波長帯域の光線を照射する照明装置とを有することを特徴とする。これらの撮像モジュールおよび撮像装置によれば、近赤外域の特定波長帯域の光線を利用して撮像対象物を撮像できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、３枚のレンズから構成されたレンズ群が像側テレセントリック或いは像側テレセントリックに近い状態を備えるものとなるので、レンズ群の像側に配置された干渉フィルターへの光線の入射角度は０°或いは０°に近いものとなる。よって、本発明のレンズユニットによれば、透過波長帯域として干渉フィルターに予め設定されている近赤外域の特定波長帯域の光線を正確に透過させることができる。また、レンズ群を構成するレンズが３枚なので、レンズユニットの全長が長くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用した実施例１のレンズユニットの構成図である。
【図２】第２メニスカスレンズおよび凸レンズの形状の説明図である。
【図３】波長８３０ｎｍの光線に対する実施例１のレンズユニットの縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
【図４】本発明を適用した実施例２のレンズユニットの構成図である。
【図５】波長８３０ｎｍの光線に対する実施例２のレンズユニットの縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
【図６】レンズユニットを搭載する撮像モジュールおよび撮像装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、本発明を適用した赤外線用のレンズユニットの実施の形態を説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明を適用した実施例１のレンズユニットの構成図（光線図）である。本例のレンズユニット１は、近赤外線を利用した撮像を行う撮像カメラに搭載される広角レンズである。レンズユニット１は、絞り２と、３枚のレンズから構成されたレンズ群３と、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過させるバンドパスフィルター４を物体側から像側（結像面８の側）に向かってこの順番で備えている。
【００２５】
バンドパスフィルター４は、赤外線を透過可能な透明基板上に真空蒸着法、スパッタ法などによって高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層してなる干渉フィルターである。本例のバンドパスフィルター４は、近赤外線透過フィルターであり、８００ｎｍ〜９００ｎｍの特定波長帯域（近赤外域）の光線を透過させる。バンドパスフィルター４は、光軸Ｌに対して垂直に配置されている。
【００２６】
レンズ群３は、正のパワーを持つ物体側に凸の第１メニスカスレンズ５と、正のパワーを持つ像側に凸の第２メニスカスレンズ６と、正のパワーを持つ物体側に凸の凸レンズ７を物体側から像側に向かってこの順番に備えている。本例では、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６はいずれもポリカーボネイトから成形されており、凸レンズ７は、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）から成形されている。
【００２７】
本例のレンズユニット１のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー    ：  ２．４
全系焦点距離  ：  ２．４７ｍｍ
対角画角      ：  ６９．９°
また、レンズユニット１の光学長は４．４１ｍｍである。
【００２８】
次に、表１Ａはレンズユニット１の各レンズ面のレンズデータを示し、表１Ｂは非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表１Ａでは物体側から数えた順番で各面を特定している。ＳＴは絞り面であり、この絞り面を第１面としている。第１０面は結像面である。本例において、第１メニスカスレンズ５、第２メニスカスレンズ６および凸レンズ７は、いずれも物体側および像側の双方のレンズ面が非球面とされている。
【００２９】
【表１Ａ】
2013021659.tif 000003
【００３０】
【表１Ｂ】
2013021659.tif 000004
【００３１】
なお、レンズ面に採用する非球面形状は、Ｙをサグ量、ｃを曲率、Ｋを円錐係数、ｈを光線高さ、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数をそれぞれＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６とすると、次式により表わされる。
【００３２】
【数１】
2013021659.tif 000005
【００３３】
図２（ａ）は第２メニスカスレンズ６の形状の説明図であり、図２（ｂ）は凸レンズ７の形状の説明図である。図２（ａ）に示すように、第２メニスカスレンズ６の物体側のレンズ面６ａ（第４面）は、その接線角度α１の最大値が５５°を超えている。これにより、レンズ面６ａへ入射する光線の入射角度は外周側で大きなものとなり、図１に示すように、当該レンズ面６ａの外周側において第２メニスカスレンズ６に入射する光線は大きく跳ね上げられる（光軸Ｌから離れる方向に屈折する）。なお、レンズ面の接線角度とは、レンズの有効径内において、レンズ面の接線と光軸Ｌの法線とが交差する角度である。
【００３４】
ここで、第２メニスカスレンズ６の物体側のレンズ面６ａの接線角度α１の最大値を５０°以上とすれば、光線を跳ね上げる効果として必要な効果を得ることができる。また、この接線角度α１の最大値を５５°以上とすれば、光線を跳ね上げる効果として十分な効果を得ることができる。なお、レンズ面６ａの接線角度α１の最大値が大きくなり過ぎると、三次元測定機によるレンズ面６ａの測定が困難となる。また、レンズ面６ａの接線角度α１の最大値が大きくなり過ぎると、第２メニスカスレンズ６の成形時に当該第２メニスカスレンズ６を成形型から離すことが難しくなり第２メニスカスレンズ６の生産性が低下する。従って、レンズ面６ａの接線角度α１の最大値は７５°以下としておくことが望ましく、成形型からの離し易さ（離型性）およびレンズ面６ａの測定精度の観点からは、接線角度の最大値をより小さくして第２メニスカスレンズ６の生産性を維持することが好ましい。また、非点収差の発生を抑制するためには、レンズ面６ａの接線角度α１の最大値を５５°以上６５°以下としておくことが望ましく、本例では、レンズ面６ａの接線角度α１の最大値は、６３°となっている。
【００３５】
また、図２（ａ）に示すように、第２メニスカスレンズ６の像側のレンズ面６ｂ（第５面）は、その接線角度α２の最大値が５０°を超えている。これにより、レンズ面６ｂへ入射する光線の入射角度は外周側で大きなものとなり、図１に示すように、当該レンズ面６ｂの外周側において、第２メニスカスレンズ６から射出される光線は大きく跳ね下げられる（光軸Ｌに接近する方向に屈折する）。
【００３６】
ここで、第２メニスカスレンズ６の像側のレンズ面６ｂの接線角度α２の最大値を４５°以上としておけば、光線を跳ね下げる効果として必要な効果を得ることができ、この接線角度α２の最大値を５０°以上とすれば、光線を跳ね下げる効果として十分な効果を得ることができる。なお、レンズ面６ｂの接線角度α２の最大値が大きくなり過ぎると、三次元測定機によるレンズ面６ｂの測定が困難となる。また、レンズ面６ｂの接線角度α２の最大値が大きくなり過ぎると、第２メニスカスレンズ６の成形時に当該第２メニスカスレンズ６を成形型から離すことが難しくなり第２メニスカスレンズ６の生産性が低下する。従って、接線角度α２の最大値を７５°以下とすることが望ましく、成形型からの離し易さ（離型性）およびレンズ面６ｂの測定精度の観点からは、接線角度の最大値をより小さくして第２メニスカスレンズ６の生産性を維持することが好ましい。また、非点収差の発生を抑制するためには、レンズ面６ｂの接線角度α２の最大値を５０°以上６８°以下とすることが望ましく、本例では、レンズ面６ｂは、接線角度α２の最大値が６５°となっている。
【００３７】
さらに、図２（ｂ）に示すように、凸レンズ７の物体側のレンズ面７ａ（第６面）は、その接線角度α３の最大値が２０°を超えている。これにより、第２メニスカスレンズ６から射出された後にレンズ面７ａへ入射する光線の入射角度が外周側で大きくなっており、図１に示すように、当該レンズ面７ａの外周側において凸レンズ７に入射した光線は大きく跳ね下げられる（光軸Ｌに接近する方向に屈折する）。
【００３８】
ここで、凸レンズ７の物体側のレンズ面７ａの接線角度α３の最大値を１５°以上としておけば、光線を跳ね下げる効果として必要な効果を得ることができ、この接線角度α３の最大値を２０°以上とすれば、光線を跳ね下げる効果として十分な効果を得ることができる。なお、レンズ面７ａの接線角度α３の最大値を増大させていけば、凸レンズ７に入射する光線を光軸Ｌに接近する方向に屈折させる作用を大きくすることが可能となるが、レンズ面７ａの接線角度α３の最大値が大きくなり過ぎると、凸レンズ７の成形時に当該凸レンズ７を成形型から離すことが難しくなり凸レンズ７の生産性が低下する。そこで、接線角度α３の最大値を６０°以下とすることにより、レンズの生産性を維持することが望ましい。また、収差の発生を抑制するためには、レンズ面７ａの接線角度α３の最大値を４０°以下とすることが望ましく、本例では、レンズ面７ａは、接線角度α３の最大値が２８．３°となっている。
【００３９】
（作用効果）
本例のレンズユニット１によれば、図１に示すように、第１メニスカスレンズ５、第２メニスカスレンズ６および凸レンズ７を備えるレンズ群３が像側テレセントリックに近い状態を備えるものとなり、レンズ群３から射出される光線は光軸Ｌに対して平行或いは平行に近いものとなる。この結果、レンズ群３の像側に配置されたバンドパスフィルター４への光線の入射角度が０°（垂直）或いは０°に近いものとなる。表２は像高とバンドパスフィルター４（ＢＰＦ）への光線の入射角度の関係を示している。なお、バンドパスフィルター４への光線の入射角度とは、バンドパスフィルター４へ入射する光線とレンズユニット１の光軸Ｌが交差する角度である。
【００４０】
【表２】
2013021659.tif 000006
【００４１】
表２のとおり、本例では、レンズ群３を介してバンドパスフィルター４へ入射する光線の入射角度は２０°未満となる。従って、バンドパスフィルター４において透過スペクトルのシフトが発生することが防止或いは抑制される。よって、本例のレンズユニット１によれば、透過波長帯域としてバンドパスフィルター４に予め設定されている８００〜９００ｎｍの波長帯域の光線を正確に透過させることができる。また、３枚のレンズからなるレンズ群３によって像側テレセントリックに近い状態を実現しているので、レンズユニット１の全長が長くなることを抑制できる。
【００４２】
さらに、本例のレンズユニット１によれば、図３に示すように、近赤外域の特定波長帯域の光線に対する球面収差、像面湾曲、および、歪曲収差が良好に補正される。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ波長８３０ｎｍの光線に対するレンズユニット１の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。図３（ａ）では、横軸は光線が光軸Ｌと交わる位置を示し、縦軸は光線がレンズ群３に入射する高さを示している。図３（ｂ）では、横軸は光軸Ｌ方向の距離を示し、縦軸は像の高さを示している。また、実線はサジタル面における像面湾曲収差を示し、点線はタンジェンシャル面における像面湾曲収差を示している。図３（ｃ）では、横軸は像の歪み量を示し、縦軸は像の高さを示している。
【００４３】
ここで、メニスカスレンズにおいて各レンズ面の接線角度の最大値が大きい場合には、メニスカスレンズの成形時に当該メニスカスレンズを成形型から離すことが難しくなりレンズの生産性が低下するという問題があるが、本例によれば、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６を屈折率が大きなポリカーボネイト（屈折率１．５８以上）から形成するので、所定のパワーを付与した各メニスカスレンズ５、６を設計する際に、接線角度の最大値の増大を抑えることができる。従って、これら第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６の生産性を低下させることがない。なお、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光線を利用した撮像を行うためのレンズユニット１であれば、色収差の補正のために、分散の小さい材料（アッベ数の大きい材料）からなるレンズと分散の大きい材料（アッベ数の小さい材料）からなるレンズとを組み合わせる必要があるが、本例のレンズユニット１は、近赤外域における近赤外域の特定波長帯域の光線下において撮像を行うものなので、色収差の増大を考慮する必要がない。従って、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６の材料に同一の材料を採用することができ、これらのメニスカスレンズの材料として、ポリカーボネイトを採用することが可能である。なお、レンズ形成に適したポリカーボネイトとしては、例えば、帝人化成株式会社の「ＳＰ-１５１６」がある。
【００４４】
ここで、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６の材料として、ポリカーボネイトよりも屈折率の大きな材料、例えば、ポリエステルなどを用いてもよいことは勿論である。レンズ形成に適したポリエステルとしては、例えば、大阪ガスケミカル株式会社の「ＯＫＰ４ＨＴ」がある。また、屈折率が１．５８の材料であれば、第１メニスカスレンズ５と第２メニスカスレンズ６を異なる材料から形成してもよい。ここで、レンズを形成する材料の屈折率とアッベ数とは相関関係があるので、表１Ａに示されるように、アッベ数が３５以下の材料を選択すれば、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６を形成するための材料として、屈折率が１．５８以上の材料を選択することが容易となる。
【００４５】
なお、本例では、レンズ群３を構成する３枚のレンズのうち最も像側のレンズを物体側に凸の凸レンズ７とすることによって、バックフォーカスを確保し、これにより、結像面８とレンズ群３との間にバンドパスフィルター４を配置する空間を確保している。また、凸レンズ７の物体側のレンズ面７ａを有効径内に変曲点を持たないものとしてあるので、このレンズ面７ａは物体側に曲がる部分を備えておらず、像側テレセントリックの実現に有利となっている。さらに、本例では、レンズ群３の物体側に絞り２を配置することにより、レンズユニット１の全長を短縮させている。
【００４６】
（実施例１の変形例）
上記の実施例において、第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６を色素入りポリカーボネイト製とすることもできる。このようにすれば、不必要な波長帯域の光線を色素によって吸収することができる。すなわち、バンドパスフィルターによっては、可視光域の光線や近赤外域の光線を完全に遮蔽することができずに、これらの光線の特定の波長帯域の光線を透過させてしまうものがあるが、このようなバンドパスフィルターを用いる場合に、この特定の波長帯域の光線を第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６が含有する色素によって吸収すれば、近赤外域の特定波長帯域の光線のみを確実に透過させることができる。また、色素入りポリカーボネイトは市販されており、入手することが容易なので、レンズの量産に適する。このような色素が混入された材料としては、例えば、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社の「ユーピロン（登録商標）  Ｓ-３０００Ｒ  ＷＬ７００」がある。また、帝人化成株式会社の「パンライト（登録商標）  Ｌ-１２２５Ｌ/ＨＦ０５１００Ｌ」がある。
【００４７】
また、凸レンズ７をポリカーボネイト製とすることもできる。さらに、凸レンズ７を第１メニスカスレンズ５および第２メニスカスレンズ６よりもアッべ数の大きいものとすることによって、近赤外域の特定波長帯域の光線での軸上色収差を抑制できる。
【００４８】
なお、上記の例では、バンドパスフィルター４は近赤外線を通過させているが、バンドパスフィルター４が透過する近赤外域の特定波長帯域の光線は上記の波長帯域に限定されるものではない。本発明は、透過波長帯域のバンド幅が１００ｎｍ程度のバンドパスフィルターを搭載するレンズユニットに適用することができる。
【００４９】
（実施例２）
図４は本発明を適用した実施例２のレンズユニットの構成図（光線図）である。本例のレンズユニット１０は、実施例１のレンズユニット１と同様に近赤外線を利用した撮像を行う撮像カメラに搭載される広角レンズである。レンズユニット１０は、絞り１２と、３枚のレンズから構成されたレンズ群１３と、近赤外域の特定波長帯域の光線を透過させるバンドパスフィルター１４を物体側から像側（結像面１８の側）に向かってこの順番で備えている。バンドパスフィルター１４は実施例１のバンドパスフィルター４と同様の近赤外線透過フィルターであり、８００ｎｍ〜９００ｎｍの特定波長帯域（近赤外域）の光線を透過させる。バンドパスフィルター１４は、光軸Ｌに対して垂直に配置されている。
【００５０】
レンズ群１３は、正のパワーを持つ物体側に凸の第１メニスカスレンズ１５と、正のパワーを持つ像側に凸の第２メニスカスレンズ１６と、正のパワーを持ち、物体側および像側に凸の凸レンズ１７を物体側から像側に向かってこの順番に備えている。第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６はいずれもポリカーボネイトから成形されており、凸レンズ１７は、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）から成形されている。
【００５１】
本例のレンズユニット１０のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー    ：  ２．４
全系焦点距離  ：  ２．４７ｍｍ
対角画角      ：  ６９．６°
また、レンズユニット１０の光学長は４．３１ｍｍである。
【００５２】
次に、表３Ａはレンズユニット１０の各レンズ面のレンズデータを示す。表３Ａでは物体側から数えた順番で各面を特定している。ＳＴは絞り面であり、この絞り面を第１面としている。第１０面は結像面である。表３Ｂは非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。非球面形状は、実施例１において示した数式により表される。本例においても、第１メニスカスレンズ１５、第２メニスカスレンズ１６および凸レンズ１７は、いずれも物体側および像側の双方のレンズ面が非球面とされている。
【００５３】
【表３Ａ】
2013021659.tif 000007
【００５４】
【表３Ｂ】
2013021659.tif 000008
【００５５】
また、本例では、第２メニスカスレンズ１６の物体側のレンズ面１６ａ（第４面）は、その接線角度α１の最大値が６１°である。従って、図４に示すように、当該レンズ面１６ａの外周側において第２メニスカスレンズ１６に入射する光線は大きく跳ね上げられる。すなわち、レンズ面１６ａの接線角度α１の最大値が５０°以上なので、光線を跳ね上げる効果として必要な効果を得ることができる。また、レンズ面１６ａの接線角度α１の最大値が５５°以上なので、光線を跳ね上げる効果として十分な効果を得ることができる。さらに、レンズ面１６ａの接線角度α１の最大値が７５°以下なので、第２メニスカスレンズ１６の成形時に離型性がよい。また、レンズ面１６ａの接線角度α１の最大値が６５°以下なので、レンズ形状を精度良く測定することが可能であり、第２メニスカスレンズ１６の生産性を維持することができる。
【００５６】
さらに、本例では、第２メニスカスレンズ１６の像側のレンズ面１６ｂ（第５面）は、その接線角度α２の最大値が５２°である。従って、図４に示すように、当該レンズ面１６ｂの外周側において、第２メニスカスレンズ１６から射出される光線は大きく跳ね下げられる（光軸Ｌに接近する方向に屈折する）。すなわち、レンズ面１６ｂの接線角度α２の最大値が４５°以上なので、光線を跳ね下げる効果として必要な効果を得ることができる。また、レンズ面１６ｂの接線角度α２の最大値が５０°以上なので、光線を跳ね下げる効果として十分な効果を得ることができる。さらに、レンズ面１６ｂの接線角度α２の最大値が７５°以下なので、第２メニスカスレンズ１６の成形時に離型性がよい。また、レンズ面１６ｂの接線角度α２の最大値が６８°以下なので、レンズ形状を精度良く測定することが可能であり、第２メニスカスレンズ１６の生産性を維持することができる。
【００５７】
また、本例では、凸レンズ１７の物体側のレンズ面１７ａ（第６面）は、その接線角度α３の最大値が２３．３°であり、２０°を超えている。従って、第２メニスカスレンズ１６から射出された後にレンズ面１７ａへ入射する光線の入射角度が外周側で大きくなっており、図４に示すように、当該レンズ面１７ａの外周側において凸レンズ１７に入射した光線は大きく跳ね下げられる（光軸Ｌに接近する方向に屈折する）。すなわち、レンズ面１７ａの接線角度α３の最大値が１５°以上となっているので、光線を跳ね下げる効果として必要な効果を得ることができる。また、レンズ面１７ａの接線角度α３の最大値が２０°以上なので、光線を跳ね下げる効果として十分な効果を得ることができる。さらに、レンズ面１７ａの接線角度α３の最大値が６０°以下なので、凸レンズ１７の成形時に離型性がよい。また、レンズ面１７ａの接線角度α３の最大値が４０°以下なので、収差の発生を抑制できる。
【００５８】
（作用効果）
本例のレンズユニット１０によれば、図４に示すように、第１メニスカスレンズ１５、第２メニスカスレンズ１６および凸レンズ１７を備えるレンズ群１３が像側テレセントリックに近い状態を備えるものとなり、レンズ群１３から射出される光線は光軸Ｌに対して平行或いは平行に近いものとなる。この結果、レンズ群１３の像側に配置されたバンドパスフィルター１４への光線の入射角度が０°（垂直）或いは０°に近いものとなる。表４は像高とバンドパスフィルター１４（ＢＰＦ）への光線の入射角度の関係を示している。
【００５９】
【表４】
2013021659.tif 000009
【００６０】
表４のとおり、本例では、レンズ群１３を介してバンドパスフィルター１４へ入射する光線の入射角度は２０°未満となる。従って、バンドパスフィルター１４において透過スペクトルのシフトが発生することが防止或いは抑制される。よって、本例のレンズユニット１０によれば、透過波長帯域としてバンドパスフィルター１４に予め設定されている８００〜９００ｎｍの波長帯域の光線を正確に透過させることができる。また、３枚のレンズからなるレンズ群１３によって像側テレセントリックに近い状態を実現しているので、レンズユニット１０の全長が長くなることを抑制できる。
【００６１】
さらに、本例のレンズユニット１０によれば、図５に示すように、近赤外域の特定波長帯域の光線に対する球面収差、像面湾曲、および、歪曲収差が良好に補正される。図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ波長８３０ｎｍの光線に対するレンズユニット１０の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
【００６２】
また、本例では、第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６を屈折率が大きなポリカーボネイト（屈折率１．５８以上）から形成するので、所定のパワーを付与した各メニスカスレンズ１５、１６を設計する際に、接線角度の最大値の増大を抑えることができる。従って、これら第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６の生産性を低下させることがない。なお、第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６の材料として、ポリカーボネイトよりも屈折率の大きな材料を用いてもよい。
【００６３】
さらに、本例では、レンズ群１３を構成する３枚のレンズのうち最も像側のレンズを物体側に凸の凸レンズ１７とすることによって、バックフォーカスを確保し、これにより、結像面１８とレンズ群１３との間にバンドパスフィルター１４を配置する空間を確保している。また、凸レンズ１７の物体側のレンズ面１７ａを有効径内に変曲点を持たないものとしてあるので、このレンズ面１７ａは物体側に曲がる部分を備えておらず、像側テレセントリックの実現に有利となっている。さらに、本例では、レンズ群１３の物体側に絞り１２を配置することにより、レンズユニット１０の全長を短縮させている。
【００６４】
ここで、本例のレンズユニット１０においても、第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６を色素入りポリカーボネイト製とすることもできる。また、凸レンズ１７をポリカーボネイト製とすることもできる。さらに、凸レンズ１７を第１メニスカスレンズ１５および第２メニスカスレンズ１６よりもアッべ数の大きいものとすることによって、近赤外域の特定波長帯域の光線での軸上色収差を抑制することもできる。なお、バンドパスフィルター１４が透過する近赤外域の特定波長帯域の光線は、上記の波長帯域に限定されるものではない。
【００６５】
（撮像モジュールおよび撮像装置）
図６は本発明のレンズユニット１を搭載する撮像モジュールを備える撮像装置の説明図である。図６に示すように、レンズユニット１を搭載する撮像モジュール５０は、レンズユニット１の結像面（焦点位置）８に撮像素子５１を備えるものである。撮像素子５１は、可視光域から１３００ｎｍ程度の近赤外域までの光線を受光可能なＣＣＤセンサ或いはＣＭＯＳセンサである。撮像装置５２は、撮像モジュール５０と、バンドパスフィルター４が透過する特定波長帯域を含む光線、すなわち、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の近赤外線を含む光線を照射する赤外線照明装置５３を備えている。本例の撮像モジュール５０および撮像装置５２によれば、近赤外域の特定波長帯域の光線を利用して対象物を撮像できる。ここで、レンズユニット１に代えてレンズユニット１０を撮像モジュール５０に搭載することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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