(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、
前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられ、
前記第２レンズは、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が２．０mm以下となるように構成されている
赤外線光学系。
【請求項２】
前記第２レンズはポリエチレンで構成されている
請求項１に記載の赤外線光学系。
【請求項３】
前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
請求項１又請求項２に記載の赤外線光学系。
【請求項４】
前記開口絞りが前記第１レンズと前記第２レンズとの間に設けられ、且つ前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の赤外線光学系。
【請求項５】
前記第１レンズ、前記第３レンズは、平凸レンズ又はメニスカス形状レンズとされる
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の赤外線光学系。
【請求項６】
物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、
前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられ、
前記第１レンズと前記第３レンズが共に平凸レンズとされ、
前記第１レンズの凸面が物体側を向き、前記第３レンズの凸面が像面側を向いている
赤外線光学系。
【請求項７】
前記第１レンズと前記第３レンズがシリコンで構成されている
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の赤外線光学系。
【請求項８】
前記第２レンズの外周部を物体側・像面側共に平面に加工し、
前記第１レンズの外周部の第２レンズ側を平面に加工し、
前記第３レンズの外周部の第２レンズ側を平面に加工した
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の赤外線光学系。
【請求項９】
物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられ、前記第２レンズは、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が２．０mm以下となるように構成されている赤外線光学系と、
前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、
前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部と
を備える赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えばサーモグラフィやナイトビジョン等のように赤外線についての撮像画像を得るシステムにおいて用いられる赤外線光学系と、当該赤外線光学系を用いた赤外線撮像装置とに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開２０１０−３９２４３号公報
【特許文献２】特開２００９−６３９４２号公報
【特許文献３】特開２００８−１２８９１３号公報
【背景技術】
【０００３】
遠赤外光は、８μｍ〜１２μｍの波長帯の光であり、人間や動物などから熱、すなわち赤外線として発せられる。このことから、暗所での撮影や温度分布の観測などに用いられている。
【０００４】
遠赤外光を集光する光学系には、通常の可視光に用いられるようなガラスレンズはその透過率の低さから使用することができず、赤外光をよく通す材料としてゲルマニウム（Ｇｅ）が用いられることが多い。ゲルマニウムは、屈折率が４程度と高いため、表面反射率は高いものの、吸収がほとんどないことから、適当な反射防止膜をコーティングすることによって９０％以上の透過率を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、ゲルマニウムは希少鉱物のため極めて高価である。
そこで、ゲルマニウムに比して透過率は低下するものの、比較的安価なレンズ材料として、例えばシリコン（Ｓｉ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、さらにはカルコゲンとゲルマニウムなどを化合したカルコゲナイドガラスといった無機結晶性材料が用いられている。
【０００６】
但し、これらの材料は安価ではあるが、Ｇｅと同様に硬度が高いという難点を有する。すなわち、高硬度であるがゆえ、その加工に長時間を要するなどして、コストの削減が困難となる場合がある。特に、非球面形状に研磨する場合には、精密な設備を用いた長時間の作業が必要であり、高コスト化は避けられないものとなる。
硫化亜鉛（ＺｎＳ）とカルコゲナイドガラスはプレス成形も検討されているが、遠赤外用レンズおよび光学系の低価格供給には至っていないのが現状である。
【０００７】
なお、赤外線光学系の前例としては、例えば上記特許文献１〜３を挙げることができる。
例えば上記特許文献１には、Ｇｅレンズ３枚を用いた光学系が開示されている。当該光学系では、画角３０度以上で非常によい光学特性を示している。
また、特許文献１ではレンズ形状を球面にすることで、加工コストも抑制している。
しかしながら、材料であるＧｅが非常に高価なものであり、安価なデバイスには結びつかない。
【０００８】
また、特許文献２,３では、Ｇｅと比較して材料コストが安価なＺｎＳを用いているが、Ｇｅより屈折率が低いことで増加する収差を抑制するために、非球面形状を採用している。このため、加工の難度や加工時間の面で、低コスト化が困難となる。
さらに、ＺｎＳは色収差が比較的大きいため、特許文献２,３では回折構造を用いて色補正を行っているが、この点でも加工の難度や加工時間を要するものとなり、低コスト化が困難となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本技術は上記のような問題点に鑑み為されたもので、遠赤外線領域である８μｍ〜１２μｍで良好な光学特性を有し、なおかつ低コストで実現可能な赤外線光学系及び赤外線撮像装置を提供することをその課題とする。
このとき、遠赤外線デバイスの用途を広げていくためには、広画角化が望まれ、また撮像の感度を考慮すると光学系は少ない枚数のレンズで構成されていることが望ましい。具体的に、画角については少なくも２５度を超えることが望ましく、また光学系のレンズ枚数は少なくとも３枚に抑えることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術では上記課題の解決のため、赤外線光学系として以下のように構成することとした。
つまり、本技術の赤外線光学系は、物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成される。
そして、前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされる。
また、前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされる。
さらに、前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられているものである。
【００１１】
また本技術では赤外線撮像装置として以下のように構成することとした。
すなわち、本技術の赤外線撮像装置は、前記本技術の赤外線光学系を備えると共に、前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部とを備えるものである。
【００１２】
ここで、低コスト化を実現するには、使用するレンズ枚数を減らし、加工の難しい非球面形状を有する面を削減することが有効である。
また一方で、透過光量を確保するためには、前述のように使用レンズ枚数の削減や、レンズ厚を薄くすることが望ましい。
また、良好な光学特性の実現のためには、各種収差が適正に抑制される必要がある。収差補正にあたっては非球面を用いることが有効である。
上記のように本技術の光学系は、物体側より順に配された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、第１レンズと第３レンズは無機材料からなる正のパワーをもつ球面レンズであり、第２レンズは樹脂材料からなるメニスカス形状の両面非球面レンズとされる。
ここで、第１,第３レンズを構成する無機材料は、硝種によらず、非球面形状にする場合に加工コストがかかる。このため本技術では、これら第１,第３レンズについては、凸レンズとして機能させるための面形状に球面形状のみを使用する球面レンズを用い、それにより加工コストを抑えるものとしている。
但し、球面レンズ２枚のみでは、Ｆナンバーが小さく、画角が広くなるような光学系では収差を補正しきれない。そこで、第２レンズに樹脂材料による非球面レンズ用いることによって、収差を補正している。樹脂レンズであれば、射出成型やプレス成形などを使用することにより、低コストで非球面形状を実現することが可能となる。
また、樹脂材料によれば、第２レンズの薄型化も容易であり、従って高透過率（対遠赤外光）の実現も容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本技術によれば、遠赤外線領域で良好な光学特性を有し、なおかつ低コストで実現可能な赤外線光学系及び赤外線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態の赤外線撮像装置の内部構成を示したブロック図である。
【図２】実施の形態の赤外線光学系の構成概要について説明するための図である。
【図３】イメージャに結像する赤外線量の概念図である。
【図４】レンズからイメージャに入射する赤外線量の概念図である。
【図５】ポリエチレンの赤外線透過率の板厚依存性（図５Ａ）、及び最大光線長（ｈ）に対するレンズ全体の透過率の変化特性（図５Ｂ）を示した図である。
【図６】実施例１としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図７】実施例１の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図８】実施例１の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【図９】実施例２としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図１０】実施例２の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図１１】実施例２の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【図１２】実施例３としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図１３】実施例３の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図１４】実施例３の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【図１５】実施例４としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図１６】実施例４の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図１７】実施例４の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【図１８】実施例５としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図１９】実施例５の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図２０】実施例５の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【図２１】実施例６としての赤外線光学系の構成を示した図である。
【図２２】実施例６の赤外線光学系におけるレンズの形状（及び絞り）についての係数及び面間隔を示した図である。
【図２３】実施例６の赤外線光学系についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術に係る実施形態について説明していく。
なお、説明は以下の順で行う。
＜１．実施の形態としての赤外線光学系及び赤外線撮像装置＞
[1-1．赤外線撮像装置の構成]
[1-2．実施の形態の赤外線光学系の概要]
＜２．具体的な実施例＞
[2-1．実施例１]
[2-2．実施例２]
[2-3．実施例３]
[2-4．実施例４]
[2-5．実施例５]
[2-6．実施例６]
＜３．変形例＞
【００１６】
＜１．実施の形態としての赤外線光学系及び赤外線撮像装置＞
[1-1．赤外線撮像装置の構成]
図１は、本技術の赤外線撮像装置の一実施形態としての、赤外線撮像装置１の内部構成を示したブロック図である。
この図１に示すように、赤外線撮像装置１は、光学ブロック２、イメージセンサ（イメージャ）３、画像信号取得部４、及び画像信号処理部５を有して構成される。
【００１７】
光学ブロック２は、後述する実施の形態としての赤外線光学系を包括的に表している。光学ブロック２は、図中に入射光Ｌｉと示す被写体（物体）からの赤外光（赤外線）をイメージセンサ３の撮像面（像面）に集光する。
【００１８】
イメージセンサ３は、光学ブロック２により集光された赤外線を検出し、上記被写体からの赤外線に応じた赤外線検出信号を得る。
赤外線検出信号を得るにあたってイメージセンサ３が備えるべき赤外線検出素子としては、例えば焦電素子を用いたものを挙げることができる。或いは、ゼーベック効果を生じさせる熱電対を接続したサーモパイル型、温度上昇による抵抗値の変化を利用したボロメータ型などの赤外線検出素子を用いることもできる。
なお、赤外線検出素子についてはこれらに限定されるべきものでなく、赤外線を検出できるものであればその種類は問わない。
【００１９】
ここで、本実施の形態では、赤外線検出素子として焦電素子を用いたものが備えられているとする。
焦電素子による赤外線検出素子が設けられる場合、イメージセンサ３に入射する赤外光を周期的に遮蔽するためのシャッタを設けることになる。これは、焦電素子が、温度自体に応じた値を出力するものではなく、温度差（温度変化）に応じた値を出力する素子とされることに対応させるためである。すなわち、上記シャッタにより赤外光の周期的な照射状態／遮蔽状態を作り出すことにより意図的に温度差を発生させ、それにより、静止状態の物体についても、適正な温度分布画像（赤外線撮像画像）が得られるようにするものである。
なお、上記シャッタの具体的な形成位置については後述する。
【００２０】
画像信号取得部４は、イメージセンサ３により得られる赤外線検出信号（上記赤外線検出素子ごとに得られる検出信号）を入力して、赤外線撮像画像信号を得る。
【００２１】
画像信号処理部５は、画像信号取得部４で得られた撮像画像信号について各種の画像信号処理を施す。例えば、黒レベル補正、画素欠陥補完、収差補正、光学シェーディング補正、レンズディストーション補正、温度調整、距離変化量の算出、コーディング等を行う。
画像信号処理部５からの出力は、図示しないがインターフェース等を介して、撮像装置の外部のディスプレイ（画像表示装置）等に送られる。
【００２２】
[1-2．実施の形態の赤外線光学系の概要]
図２は、光学ブロック２の内部構成の概要について説明するための図である。
なお図２では光学ブロック２内部の概要と共にイメージセンサ３も併せて示している。
【００２３】
図示するように、実施の形態の光学ブロック２には、物体側から像面側にかけて第１レンズ１０、第２レンズ１１、第３レンズ１２の３つのレンズが設けられている。
また、光学ブロック２には、第１レンズ１０〜第３レンズ１２の何れかの間に、開口絞り１３が設けられる。図２では一例として、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に開口絞り１３が形成される場合を示している。これは、後述する実施例１，４，５，６に対応するものである。
【００２４】
また本実施の形態の光学ブロック２において、第１レンズ１０、第２レンズ１１、第３レンズ１２、及び開口絞り１３は、同一鏡筒内に配置されたものとなる。
【００２５】
実施の形態では、このように少なくとも第１レンズ１０、第２レンズ１１、第３レンズ
１２、開口絞り１３を有する光学ブロック２について、主に遠赤外線領域（８μｍ〜１２
μｍ）で良好な光学特性を有し、なおかつ低コストでの製造を可能とすることを目的とし
て、以下のような構成を採るものとしている。
【００２６】
先ず、第１レンズ１０及び第３レンズ１２としては、共に正の屈折力（パワー）を有す
る球面レンズを用いる。なおかつ、これら第１レンズ１０及び第３レンズ１２については、
無機材料で構成された球面レンズとする。具体的に本例の場合、これら第１レンズ１０、
第３レンズ１２についてはシリコン（Ｓｉ）による球面レンズを用いる。
【００２７】
ここで、無機材料レンズは、硝種によらず、非球面形状にする場合に加工コストがかかる。このため本実施の形態では、第１レンズ１０,第３レンズ１２については、球面レンズ、すなわち凸レンズとして機能させるための（つまり上記正の屈折力を得るための）面形状に球面形状のみを使用するレンズを用いるものとし、それにより加工コストを抑えることとしている。
また、シリコンは、ゲルマニウムに比して赤外光透過率は低下するものの、比較的安価なレンズ材料であり、この点でもコスト削減が図られる。
【００２８】
なお、後の実施例にて説明するように、第１レンズ１０,第３レンズ１２の具体的な形状としては平凸形状又はメニスカス形状とすることができる。
【００２９】
また、本実施の形態の光学ブロック２において、第２レンズ１１としては、樹脂材料による両面非球面レンズを用いる。
ここで、第１レンズ１０及び第３レンズ１２としての球面レンズ２枚のみでは、Ｆナンバーが小さく、画角が広くなるような光学系では収差を補正しきれない。そこで、第２レンズ１１に樹脂材料による非球面レンズ用いることによって、収差を補正している。樹脂レンズであれば、射出成型やプレス成形などを使用することにより、低コストで非球面形状を実現することができる。
また、樹脂材料はゲルマニウム等に比して非常に安価であり、この点でもコスト削減が図られる。
また、樹脂材料によれば、第２レンズの薄型化も容易であり、従って高透過率（対赤外光）の実現も容易である。
【００３０】
後述する各実施例で例示するように、第２レンズ１１としてはメニスカス形状レンズを用いることができる。メニスカス形状レンズはレンズ厚の薄型化に有利であり、従って赤外線透過率の向上の点で有利とできる。
【００３１】
ところで、樹脂製のレンズは、紫外線に依る性能劣化が不可避となる。
この点に鑑み本実施の形態では、樹脂製の第２レンズ１１を、前述のように無機材料で構成された第１レンズ１０及び第３レンズ１２により挟み込むように配置し、なおかつ、これら第１レンズ１０〜第３レンズ１２を同一鏡筒内に収めるものとしている。
該構成によれば、鏡筒の端部に位置する第１レンズ１０・第３レンズ１２以外のレンズは、可視光の直接的な照射を受けることはなくなる。このため、第１レンズ１０・第３レンズ１２として例えば前述のシリコン等の可視光領域の透過率が低い結晶質材料を用いることで、樹脂製の第２レンズ１０を可視光から有効に保護することができる。
この結果、経時的な性能劣化の防止が図られ、より安定な赤外線光学系を実現することができる。
【００３２】
なお、樹脂製のレンズに対しては、一般に耐光性（主に紫外線に対する）を改善するためにカーボンブラックを混練することがあるが、遠赤外線の透過率の低下につながり、赤外線レンズ用途に用いることができない点に留意すべきである。
【００３３】
また、各レンズを同一鏡筒内に収めるにあたっては、各レンズの外径を揃えることが有効である。すなわち、各レンズの外径を同じとすれば、一つの内径をもつ鏡筒内に各レンズを設置することができるようになり、レンズ間の偏芯を抑制しつつ、組み立てることが容易となる。
このとき、樹脂製の第２レンズ１１について、そのフランジ（外周部）を物体側・像面側の双方で平面を有する形状に作成すれば、当該フランジの平面を利用して、スペーサを介して３枚のレンズを所定間隔で鏡筒内に収めることができる（実施例２〜実施例６の構成）。
【００３４】
また、全てのレンズを鏡筒に収めた構成とすれば、剛性の比較的強いシリコン等による第１レンズ１０・第３レンズ１２により鏡筒を支持することができるため、剛性の弱い樹脂製の第２レンズ１１を割れ等の破壊から適切に保護できる。
【００３５】
ここで、前述のように本実施の形態では、開口絞り１３を第１レンズ１０〜第３レンズ１２の何れかの間に挿入するものである。
このように第１レンズ１０〜第３レンズ１２の何れかの間に開口絞り１３を設けることで、例えば２５°以上など比較的画角の広い構成とした場合に、第１レンズ１０と第３レンズ１２における、光線が通過する有効径がほぼ同じとなるようにできる。結果、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の何れかが大口径レンズとなることを防ぐことができる。
【００３６】
また、前述のように本実施の形態では、第１レンズ１０及び第３レンズ１２としてシリコン製のレンズを用いるものとしているが、シリコンレンズは、他の無機材料レンズと比較すると、色分散が小さいものとなる。波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する屈折率を用いて擬似的なアッベ数を求めると、色分散の逆数であるアッベ数は、Ｓｉ（シリコン）＝１５１０、Ｇｅ（ゲルマニウム）＝９４０、ＺｎＳ（硫化亜鉛）＝２３となり、この結果からもシリコンの色分散が小さいことが分かる。
ここで、色分散による影響は、レンズの焦点距離が短いほど小となる。
このとき、使用するイメージャのサイズが一定であるとすれば、広画角化にあたっては、焦点距離を短く設定すればよいことになる。このことによれば、例えば画角＝２５°以上としての比較的広画角を設定する本実施の形態の光学系では、その分短い焦点距離が設定されることとなる。具体的に本例の場合、焦点距離は１８mm程度以下である。
この点、及び上記のように色分散が小であるシリコンレンズを用いている点より、本実施の形態の光学系では、特段、色収差補正機構（例えば回折構造）を設けずとも、波長８μｍ〜１２μｍの遠赤外線光を色分散の影響少なく適正に集光することができる。
【００３７】
また、図２では図示を省略しているが、赤外線検出素子として焦電素子を用いる本例の場合は、光学ブロック２内にシャッタが挿入されることになる。
本例の場合、当該シャッタは、開口絞り１３の形成位置に配置するものとしている。
このようにシャッタ位置を開口絞り位置とすることで、物体から発せられる各画角の光線を同時に遮光（遮蔽）することができ、シャッタの開閉に伴うイメージセンサ３上での光量ムラ（つまり赤外線撮像画像における輝度ムラ）を効果的に抑えることができる。
【００３８】
また、上記シャッタは、より好ましくは、図２に示すように開口絞り１３を第１レンズ
１０と第２レンズ１１との間に形成するものとし、当該開口絞り１３の位置に配置する。
このようにすることで、光学系のＳ／Ｎ（信号対雑音比）の低下防止を図ることができる。
ここで、樹脂製による第２レンズ１１は、一般的に赤外線吸収率が高く、また吸収率＝
放射率とみなせることから、第２レンズ１１からは多くの熱量が放射されることになる。
赤外線撮像装置において、光学系からイメージャに熱が発せられることは、Ｓ／Ｎを悪化
させることを意味するが、上記のように開口絞り１３を第１レンズ１０と第２レンズ１１
との間に設け、そこにシャッタを設置すると、第２レンズ１１から発せられる熱量は当該
シャッタによって遮蔽され、結果、イメージセンサ３の出力に影響を与えなくなる。つま
り、第２レンズ１１として樹脂レンズを使用しても、当該第２レンズ１１より物体側にシ
ャッタを設置することによって、その放熱に伴うＳ／Ｎへの影響を抑えることができると
いうものである。
この結果、物体からイメージセンサ３に入る信号と、樹脂製の第２レンズ１１からイメ
ージセンサ３に入るノイズの大きさがほぼ等しいような構成となっていても、十分出力を
得ることが可能となる。
【００３９】
ここで、上記もしているように、樹脂レンズは、赤外光に対する吸収率が高く、従って赤外光透過率が低いものとなる。
このため本例では、第２レンズ１１の材料として、樹脂の中では比較的赤外線透過率の高いポリエチレン（ＰＥ）を使用することとしている。
このとき、耐熱性・耐衝撃性を考慮すると、高分子量ポリエチレンを使用することが望ましいものとなる。
【００４０】
また、樹脂材料の透過率が低い点を考慮すると、第２レンズ１１については、その厚さを薄くすることが望ましい。
ここで、透過率は、レンズ内を透過する物理的距離である光の光線長が大となるほど低くなると言える。このため、透過率を高めるにあたっては、レンズ内を透過する赤外光の最大光線長（レンズ内を透過する光のうち光線長が最大となる光の光線長）が小となるように、レンズの厚さを設定すべきである。換言すれば、樹脂製の第２レンズ１１については、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が小となるように構成すべきである。
具体的に、上記最大光線長としては、２．０mm以下とすることが望ましいことが判明した。
【００４１】
以下、第２レンズ１１の最大光線長を２．０mm以下に抑えるべき根拠について説明しておく。
先ず、赤外線光学系で考慮すべき性能としては、解像力と温度分解能とがある。
解像力は、対象物体の構造をどれだけ細かい部分まで結像できるかという性能であり、指標としてＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値がよく用いられる。光学系のＭＴＦは、収差等に起因する集光性能の劣化により値が決まるが、イメージャを含めた赤外線撮像装置として性能を評価するには、イメージャの画素ピッチや感度も重要な要素となる。光学系でいかに収差なく集光しても、感知できるだけの光線又は電磁波がイメージャに到達しなければ、温度分布を検知することはできないからである。これはつまり、光学系の透過率も、装置全体のＭＴＦには影響を与えることを意味する。
【００４２】
一方、温度分解能は、対象物体にある温度差をどれだけ細かく測定できるかという性能であり、赤外線光学系特有の指標と言える。赤外線イメージャの性能指標として、イメージャ内部ノイズと同等な測定温度差を表すＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference）があるが、装置全体で同様な値を求めると、光学系の透過率が異なる場合には、イメージャに入射する光量又は電磁波のエネルギー量が異なるものとなり、従ってＮＥＴＤの値が変化することとなる。
【００４３】
以上から明らかなように、赤外線撮像装置の性能に、光学系の透過率が大きく影響するものである。
【００４４】
以下に、各レンズに要求される透過率の下限の見積りを行う。
先ず、図３に示すように、温度Ｔの物体を、温度Ｓのレンズを介して、イメージャ上に集光することを考える。レンズの焦点距離をｆ、物体−レンズ間の距離をＭ×ｆ（Ｍは倍率）、レンズ半径をｒとする。
図３より、物体上の微小面積からレンズを臨む立体角ＳＡsigは、その円錐の半頂角をθとして、
【数１】
0005803532.tif 000002
となる。
１辺ａのイメージャ単画素に入射するフォトン数Ｐsigは、物体上の１辺Ｍａ（Ｍ×ａ）の領域から飛来することになるので、放射量が物体温度Ｔ［Ｋ］の４乗に比例するというプランクの法則を使い、物体の放射率をＲ、レンズの平均透過率をｐとすると、
【数２】
0005803532.tif 000003
と求められる。
【００４５】
次に、図４により、レンズ上の各点よりイメージャに入射するフォトン数Ｐlensを求める。レンズ上微小面積からイメージャ単画素を臨む立体角（２φ）は、その半頂角をφとして、
【数３】
0005803532.tif 000004
となる。
また、レンズの放射率は（１−ｐ）となるので、
【数４】
0005803532.tif 000005
となる。
【００４６】
上記の［式２］及び［式４］より、物体からのフォトン数がレンズからのフォトン数を上回る条件は、
【数５】
0005803532.tif 000006
と求められる。
【００４７】
ここで、レンズの温度Ｓを２３度（２９６Ｋ）、対象物体温度Ｔを３５度（３０８Ｋ）とし、放射率は、人間の皮膚が０．９８程度、非金属材料の多くが０．８〜１．０であることから、Ｒ＝０．９を代入するものとする。該条件によると、レンズに求められる透過率は、［式５］から４２．７％と求まる。
なおこの［式５］から明らかなように、測定する対象の温度Ｔが高温になるほど、レンズに求められる透過率の下限は低くなるものである。
【００４８】
図５Ａに、赤外線光学系でよく使用されるポリエチレンの赤外線（波長９．７μｍで測定）透過率の、板厚依存性を示す。
指数関数によりフィッティングすると、ポリエチレンの透過率ｔ（ｄ）は以下の［式６］で表される。
ここで、ｄはポリエチレンの厚さ［mm］である。
【数６】
0005803532.tif 000007
【００４９】
ここで、第２レンズ１１の中心厚を、製造の制約による下限である０．３mmとし、第２レンズ１１の最外周辺光のレンズ内の光線長（つまり第２レンズ１１を透過し結像に寄与する光の最大光線長）をｈとすると、結像作用を有するレンズの基本的な物理的性質が、『レンズを透過する光線長が、レンズ中心から半径方向の距離ｒの２次関数になること』であることから、レンズ中心からの半径方向の距離ｒでレンズに入射する光線の、レンズ内光線長ｏｐｄ（ｒ）は、
【数７】
0005803532.tif 000008
となる。
ここで、ｒは最外周で規格化し、０〜１の値を取るとする。
【００５０】
レンズ全体の透過率ｔallは、[式７]のｏｐｄ（ｒ）を［式６］のｄに代入し、全半径領域において積分すればよい。
【００５１】
半径ｒにおける微小半径ｄｒの幅をもつ輪帯の透過率が、
【数８】
0005803532.tif 000009
となるので、
【数９】
0005803532.tif 000010
となる。
【００５２】
最外周辺光のレンズ内光線長（つまり前述の最大光線長）ｈを変化させたときの、レンズ全体の透過率を図５Ｂに示す。
最大光線長ｈが２．０mmとなるとき、レンズ全体の透過率は４２．７％となる。
ここで、この値は、先の［式５］で求めた、物体からの信号がレンズからのノイズより大きな出力を得る透過率の値と一致するものである。
この点より、最大光線長ｈを２．０mm以下に抑えるべきであるということが分かる。
【００５３】
なお、第２レンズ１１の最大光線長ｈについては、透過率の面ではこれを小とすることが望ましいものとなるが、最大光線長ｈが過小であると、レンズの強度確保が困難となったり、また収差補正能力の確保も困難となる。
この点を考慮すると、最大光線長ｈについては少なくとも０．３mm以上とすることが望ましい。すなわち、最大光線長ｈは０．３mm以上２．０mm以下であることが望ましい。
【００５４】
ところで、実際において赤外線光学系を設計するにあたっては、上記により説明してきた点と共に、以下の点も留意すべきである。
ここで、近年では温度センサや人感センサとして、遠赤外線を利用したデバイスが用いられるようになってきたが、解像度が低い構成であり、サーモビュワーやナイトビジョンシステムのように撮像対象の形状まで結像するような光学系を有するデバイスは、限られている。今後、遠赤外デバイスの用途を広げていくためには、光学系の広画角化が必要である。具体的には、少なくとも画角２５°を越えるものが望ましい。
後述する具体的な実施例においては、この点を考慮して光学系の設計を行っている。
【００５５】
また、遠赤外光はエネルギーが低いため、可視光で使用している撮像素子は使用できず、より多くの光量を集光するためにもＦナンバー＝１．８以下の構成することが必要である。
また、温度分布測定等の解像度の必要な用途においては、集光量を上げ分解能をあげるためにＦナンバー＝１．３以下とすることが望ましい。
以下の各実施例においては、このようなＦナンバーに係る要請についても考慮して光学系の設計を行った。
【００５６】
＜２．具体的な実施例＞
[2-1．実施例１]
図６は、実施例１としての光学ブロック２の構成を示している。
なお図６において、図中の面Ｓimgは、図１（及び図２）に示したイメージセンサ３の撮像面を表す。
また図６では赤外光の光線も併せて示している。
図中の短破線で示す光線は像高０mmに集光する光線を表し、丸破線で示す光線は像高１．５mmに集光する光線を表している。
また実線で示す光線は像高３．５mmに、長破線で示す光線は像高５．０mmにそれぞれ集光する光線を表す。
【００５７】
本実施例において、第１レンズ１０と第３レンズ１２はＳｉ製とされ、第２レンズ１１は高分子量ポリエチレン製とされる。
ここで、本例では、イメージセンサ３の直前位置に平坦な部材によるカバーガラス１４を設けることとしている。このカバーガラス１４は、イメージセンサ３の撮像面保護のために設けられるものである。
当該カバーガラス１４としても、Ｓｉ製とする（赤外光を透過させるため）。
【００５８】
本実施例の場合、第１レンズ１０は、物体側に球面形状、像面側に平面形状をもつ平凸レンズとされ、正の屈折力を有する。
第２レンズ１１は、両面とも非球面形状をもち、像面側に凸となるメニスカス形状レンズである。
また第３レンズ１２は、物体面側に球面形状、像面側に平面形状を有する平凸レンズとされ、正の屈折力を有する。
【００５９】
また本実施例において、開口絞り１３は第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に配置される。すなわち、このように第１レンズ１０〜第３レンズ１２の間に開口絞り１３を設けることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないようにしている。
【００６０】
さらにこの場合、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
また、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に開口絞り１３が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第２レンズ１１に吸収された熱に起因するＳ／Ｎの悪化の防止が図られる。
【００６１】
実施例１における各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数、及び面間隔を図７に示す。
ここで、非球面レンズに関して、レンズ面の凹凸は、半径ｒを用いて次のように表される。
【数１０】
0005803532.tif 000011
ただし、Ｚ（ｒ）は光軸を中心としたときの半径ｒの点におけるレンズ面の高さを示す。面の高さは、物体側を負、像面側を正としている。Ｒは曲率半径、ｋは離心率、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、・・・は非球面係数である。
【００６２】
図７において、面Ｓ０は物体面を表し、本例では最も物体側に配置される第１レンズ１
０から９０００mm離れた位置に設定している。
面Ｓ１、面Ｓ２は、第１レンズ１０の物体側の面、像面側の面をそれぞれ表す。面Ｓ３
は開口絞り１３の面を表し、面Ｓ４、面Ｓ５はそれぞれ第２レンズ１１の物体側の面、像
面側の面を表す。また、面Ｓ６、面Ｓ７は第３レンズ１２の物体側の面、像面側の面であ
る。さらに面Ｓ８、面Ｓ９はカバーガラス（ＣＧ）１４の物体側の面、像面側の面である
。これら面Ｓ８,Ｓ９は共に平坦面となる。
また、面Ｓ１０＝面Ｓimgである。
【００６３】
実施例１において、第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるＳｉの屈折率は３．４２１２、第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率は１．５４である。
また、開口絞り１３の直径は１２．９８mm、焦点距離は１４．９mmとし、Ｆナンバー＝１．０９、水平画角３０．１°を実現している。
【００６４】
図８は、実施例１の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
具体的にこの図では、各像高における特性を横軸を空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸をＯＴＦ（Optical Transfer Function）として表している。
なおこの図においても像高０mmが短破線、像高１．５mmが丸破線、像高３．５mmが実線、像高５．０mmが長破線である。また、図中「Ｔ」の表記はタンジェンシャル値を意味し、「Ｓ」の表記はサジタル値を意味する。
【００６５】
ここで、像高５．０mmを１０割とした場合、０割にあたる像高０mmと、３割にあたる像高１．５mmとで、２０ｌｉｎｅｓ／mmにおけるＭＴＦ値（ＯＴＦ値）が０．３以上となり、且つ、７割にあたる像高３．５mmで１０ｌｉｎｅｓ／mmにおけるＭＴＦ値が０．３以上となることが望ましい。
【００６６】
本実施例の赤外線光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．４５７、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．４９６、サジタル値０．５４４、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmにおけるＭＴＦのタンジェンシャル値０．４３４、サジタル値０．６１９と、高い分解能が得られている。
【００６７】
このような実施例１としての光学系では、比較的安価な材料であるシリコンを用いて、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
ポリエチレンは、シリコンに比べ透過率が低い材質ではあるが、ポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長を１．１７mm（つまり２．０mm以下）に抑えることにより、透過率の低下を抑制している。さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【００６８】
また、開口絞り位置にシャッタを置くことで、第２レンズ１１からイメージセンサ３に入る放射熱量は変化せず、入射熱量の変化量を検知する焦電素子を使用した場合、第２レンズ１１からの放射熱量が検知されないようにできる。ポリエチレンは通常赤外線の吸収がシリコン等に比べると多く、それはつまり放射熱量が多いことになるが、本実施例の構成を採ることにより、光学系のＳ／Ｎの悪化を効果的に抑制できる。
【００６９】
以上のように本実施例によれば、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【００７０】
[2-2．実施例２]
図９は、実施例２としての光学ブロック２の構成を示している。
なお、図９においても各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０mm＝短破線、像高１．５mm＝丸破線、像高３．５mm＝実線、像高５．０mm＝長破線となる。
【００７１】
図９において、実施例２においても、物体側よりシリコン製の第１レンズ１０、高分子量ポリエチレン製の第２レンズ１１、シリコン製の第３レンズ１２、及びシリコン製のカバーガラス１４を配置している。
但し実施例２では、開口絞り１３の位置を、第２レンズ１１と第３レンズ１２との間としている。
この場合も、開口絞り１３の位置が第１レンズ１０〜第３レンズ１２の何れかの間とされていることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないようにしている。
【００７２】
この場合、第１レンズ１０は両面に球面をもち、物体側に凸となるメニスカス形状レンズとされる。
また第３レンズ１２は両面に球面をもち、像面側に凸となるメニスカス形状レンズとされる。
なお、第１レンズ１０及び第３レンズ１２は共に正の屈折力を有する。
また第２レンズ１１は、この場合も両面非球面形状であり、像面側に凸となるメニスカスレンズである。
【００７３】
ここで、実施例２では、樹脂レンズである第２レンズ１１のフランジ（外周部）を物体側・像面側共に平面に加工するものとしている。その上で、図示するように３枚のレンズの外径は揃えるものとし、上記フランジの平面部を利用して、スペーサを介して３枚のレンズを所定間隔で同一鏡筒内に設置するものとしている。
このように各レンズの外径を揃え、スペーサを用いた収納とすることで、レンズ間の偏芯を抑えた組立てを容易に実現することができる。
なお、この点については、以降で説明する実施例３〜実施例６においても同様である。  
【００７４】
また、本実施例においても、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
【００７５】
実施例２の場合の各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数及び面間隔を図１０に示す。
なお、面番号の定義は、実施例１の場合との比較で以下のように変更となる。
すなわち本実施例の場合、面Ｓ３、面Ｓ４がそれぞれ第２レンズ１１の物体側面、像面側面となり、面Ｓ５が開口絞り１３の面となる。
【００７６】
図１０において、この場合も物体面である面Ｓ０から面Ｓ１までの距離は９０００mmとしている。
なおこの場合としても、第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるシリコンの屈折率、及び第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率については実施例１の場合と同様となる。また焦点距離も実施例１の場合と同様である。
この場合、開口絞り１３の直径は１３．２４mmであり、Ｆナンバーは１．１１である。水平画角については実施例１の場合と同様の３０．１°である。
【００７７】
図１１は、実施例２の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
なおこの図においても横軸＝空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸＝ＯＴＦである。
【００７８】
実施例２の光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．６３１、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６０９、サジタル値０．６３７、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmにおけるＭＴＦのタンジェンシャル値０．６６７、サジタル値０．７７６と、高い分解能が得られている。
【００７９】
上記による実施例２の光学系においても、比較的安価な材料であるシリコンを用いて、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
そしてこの場合も、ポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長は１．９６mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【００８０】
また実施例２では、第１レンズ１０、第３レンズ１２はメニスカスレンズであるが、平板状のシリコンから研磨して凹面側（つまりそれぞれ第２レンズ１１と向き合う側）を作成することで、凹面側の外周に平面部分を確保することができる。第１レンズ１０の凸面を物体側に、第３レンズ１２の凸面を像面側に向けることにより、上記凹面側の平面部分が向き合う形となる。これにより、前述のスペーサを用いたレンズ間隔の調整を行う場合により好適となる。
【００８１】
以上のように実施例２の構成によっても、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【００８２】
[2-3．実施例３]
図１２は、実施例３としての光学ブロック２の構成を示している。
なお、図１２においても、各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０mm＝短破線、像高１．５mm＝丸破線、像高３．５mm＝実線、像高５．０mm＝長破線である。
【００８３】
先ず、この場合の各レンズ、開口絞り１３、及びカバーガラス１４の配置関係は実施例２の場合と同様となる。また、各レンズの構成材料としても先の実施例２の場合と同様である。
【００８４】
この場合、第１レンズ１０、第３レンズ１２は共に正のパワーを有し、第１レンズ１０は物体側に球面形状、像面側に平面をもつ平凸レンズとされ、第３レンズ１２は物体側に平面、像面側に球面形状をもつ平凸レンズとされる。
また第２レンズ１１は、先の実施例２の場合と同様に両面とも非球面形状をもち、像面側に凸となるメニスカスレンズとされ、そのフランジには物体側・像面側共に平面を有する。
【００８５】
この場合も実施例２と同様に第１レンズ１０〜第３レンズ１２の間に開口絞り１３が設けられることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないように図られている。
【００８６】
またこの場合、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
【００８７】
実施例３の場合の各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数及び面間隔を図１３に示す。
なお、面番号の定義は実施例２の場合と同様である。
またこの場合、面Ｓ０としての物体面は、第１レンズ１０から９０００mm離れた位置に設定している。
【００８８】
ここで、この場合としても、第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるシリコンの屈折率、第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率、焦点距離については実施例１,２の場合と同様となる。
本実施例の場合、開口絞り１３の直径は１３．７５mmであり、Ｆナンバー１．０６、水平画角については実施例１,２と同様に３０．１°を実現している。
【００８９】
図１４は、実施例３の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
なおこの図においても横軸＝空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸＝ＯＴＦである。
【００９０】
実施例３の光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．６４０、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６６１、サジタル値０．６７９、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６７６、サジタル値０．７００と、高い分解能が得られている。
【００９１】
上記による実施例３の光学系においても、比較的安価な材料であるシリコンを用いて、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
この場合もポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長については１．６８mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【００９２】
以上のように実施例３によっても、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【００９３】
[2-4．実施例４]
図１５は、実施例４としての光学ブロック２の構成を示している。
なお、図１５においても、各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０mm＝短破線、像高１．５mm＝丸破線、像高３．５mm＝実線、像高５．０mm＝長破線である。
【００９４】
先ず、この場合の各レンズ、開口絞り１３、及びカバーガラス１４の配置関係は実施例１の場合と同様となる。また、各レンズの構成材料としても先の実施例１の場合と同様である。
【００９５】
この場合、第１レンズ１０、第３レンズ１２は共に正のパワーを有し、第１レンズ１０は両面に球面を有しかつ物体側に凸となるメニスカス形状レンズ、第３レンズ１２は同様に両面に球面を有するが像面側に凸となるメニスカス形状レンズとされる。
また第２レンズ１１は、先の実施例２の場合と同様に両面とも非球面形状を有するが、この場合は物体側に凸となるメニスカスレンズとされる。なおこの場合も、第２レンズ１１のフランジは、実施例２の場合と同様に物体側・像面側共に平面を有するように加工されている。
【００９６】
本実施例においても、実施例１の場合と同様、第１レンズ１０〜第３レンズ１２の間に開口絞り１３が設けられることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないように図られている。
【００９７】
またこの場合も、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
また、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に開口絞り１３が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第２レンズ１１に吸収された熱に起因するＳ／Ｎの悪化の防止が図られる。
【００９８】
実施例４の場合の各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数及び面間隔を図１６に示す。
なお、面番号の定義は実施例１の場合と同様である。
またこの場合、面Ｓ０としての物体面は、実施例１の場合と同様に第１レンズ１０から９０００mm離れた位置に設定している。
【００９９】
ここで、この場合としても、第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるシリコンの屈折率、第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率、焦点距離については実施例１の場合と同様となる。
本実施例の場合、開口絞り１３の直径は１２．２４mmであり、Ｆナンバーは１．０６である。水平画角については３０．１°と、実施例１,２と同様の数値を実現している。
【０１００】
図１７は、実施例４の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
なおこの図においても横軸＝空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸＝ＯＴＦである。
【０１０１】
実施例４の光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．６２１、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．５６６、サジタル値０．５３４、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６７７、サジタル値０．６５４と、高い分解能が得られている。
【０１０２】
上記による実施例４の光学系においても、比較的安価な材料であるシリコンを用いて、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
この場合もポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長については１．７０mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【０１０３】
また実施例４では、第１レンズ１０、第３レンズ１２はメニスカスレンズであるが、先の実施例２と同様、平板状のシリコンから研磨して凹面側（それぞれ第２レンズ１１と向き合う側）を作成することで、凹面側の外周に平面部分を確保することができる。第１レンズ１０の凸面を物体側に、第３レンズ１２の凸面を像面側に向けることにより、上記凹面側の平面部分が向き合う形となる。すなわち、前述のスペーサを用いたレンズ間隔の調整を行う場合により好適となる。
【０１０４】
以上のように実施例４によっても、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【０１０５】
[2-5．実施例５]
図１８は、実施例５としての光学ブロック２の構成を示している。
なお、図１８においても各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０mm＝短破線、像高１．５mm＝丸破線、像高３．５mm＝実線、像高５．０mm＝長破線である。
【０１０６】
この場合の各レンズ、開口絞り１３、及びカバーガラス１４の配置関係は実施例１の場合と同様となる。
この場合、第１レンズ１０、第３レンズ１２としてはゲルマニウム（Ｇｅ）製のレンズを用いる。
第２レンズ１１については本実施例の場合も高分子量ポリエチレンレンズを用いる。またカバーガラス１４も先の各実施例と同様のシリコン製のものを用いる。
【０１０７】
この場合、第１レンズ１０、第３レンズ１２は共に正のパワーを有し、第１レンズ１０は物体側に凸となるメニスカス形状レンズ、第３レンズ１２は物体側に平面、像面側に球面形状をもつ平凸レンズとされる。
また第２レンズ１１は、両面とも非球面形状をもち、物体側に凸となるメニスカスレンズとされる。そしてそのフランジは、先の実施例２の場合と同様に物体側・像面側共に平面を有するように加工されている。
【０１０８】
先の各実施例の場合と同様、第１レンズ１０〜第３レンズ１２の間に開口絞り１３が設けられることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないように図られている。
【０１０９】
またこの場合も、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
また、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に開口絞り１３が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第２レンズ１１に吸収された熱に起因するＳ／Ｎの悪化の防止が図られる。
【０１１０】
実施例５の場合の各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数及び面間隔を図１９に示す。
なお、面番号の定義は実施例１の場合と同様である。
またこの場合、面Ｓ０としての物体面は、第１レンズ１０から８００００mm離れた位置に設定している。
【０１１１】
ここで、実施例５において第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるゲルマニウムの屈折率は４．０である。
なお、第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率、及び焦点距離については先の各実施例の場合と同様となる。
また本実施例の場合、開口絞り１３の直径は１１．５８mmであり、Ｆナンバーは１．０６である。水平画角については先の各実施例と同様に３０．１°を実現している。
【０１１２】
図２０は、実施例５の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
なおこの図においても横軸＝空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸＝ＯＴＦである。
【０１１３】
実施例５の光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．６５６、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．７１３、サジタル値０．７０４、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．５９２、サジタル値０．７０１と、高い分解能が得られている。
【０１１４】
上記による実施例５の光学系においては、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
この場合もポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長については１．４８mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【０１１５】
また実施例５では、第１レンズ１０がメニスカスレンズであるが、先の実施例２と同様、平板状の母材（この場合はゲルマニウム）から研磨して凹面側（第２レンズ１１と向き合う側）を作成することで、凹面側の外周に平面部分を確保することができる。これにより、前述のスペーサを用いたレンズ間隔の調整を行う場合により好適となる。
【０１１６】
以上のように実施例５によっても、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【０１１７】
[2-6．実施例６]
図２１は、実施例６としての光学ブロック２の構成を示している。
なお、図２１においても、各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高０mm＝短破線、像高１．５mm＝丸破線、像高３．５mm＝実線、像高５．０mm＝長破線である。
【０１１８】
先ず、この場合の各レンズ、開口絞り１３、及びカバーガラス１４の配置関係は実施例１の場合と同様となる。また、各レンズの構成材料としても先の実施例１の場合と同様である。
【０１１９】
この場合、第１レンズ１０、第３レンズ１２は共に正のパワーを有し、第１レンズ１０は両面に非球面をもつ物体側に凸となるメニスカス形状レンズとされ、第３レンズ１２は物体側に平面、像面側に球面形状をもつ平凸レンズとされる。
また第２レンズ１１は、両面とも非球面形状をもち物体側に凸となるメニスカス形状レンズとされ、そのフランジには、先の実施例２と同様に物体側・像面側共に平面が形成される。
【０１２０】
先の各実施例の場合と同様、第１レンズ１０〜第３レンズ１２の間に開口絞り１３が設けられることで、第１レンズ１０又は第３レンズ１２の有効径が大きくならないように図られている。
【０１２１】
またこの場合も、シャッタ（図示は省略）は開口絞り１３の位置に配される。このように開口絞り位置にシャッタが配されることで、赤外線検出素子に焦電素子を用いた構成において、光量ムラの発生の防止が図られる。
また、第１レンズ１０と第２レンズ１１との間に開口絞り１３が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第２レンズ１１に吸収された熱に起因するＳ／Ｎの悪化の防止が図られる。
【０１２２】
実施例６の場合の各レンズの形状（及び開口絞り１３）についての係数及び面間隔を図２２に示す。
なお、面番号の定義は実施例１の場合と同様である。
またこの場合、面Ｓ０としての物体面は、第１レンズ１０から８００００mm離れた位置に設定している。
【０１２３】
ここで、この場合としても、第１レンズ１０及び第３レンズ１２で用いるシリコンの屈折率、第２レンズ１１で用いるポリエチレンの屈折率、焦点距離については実施例１の場合と同様となる。
本実施例の場合、開口絞り１３の直径は１１．９８mmであり、Ｆナンバー１．０６、水平画角については各実施例と同様の３０．１°を実現している。
【０１２４】
図２３は、実施例６の光学ブロック２についての各像高（０mm、１．５mm、３．５mm、５．０mm）における分解能特性（ＭＴＦ）を示している。
なおこの図においても横軸＝空間周波数（ｌｉｎｅｓ／mm）、縦軸＝ＯＴＦである。
【０１２５】
実施例６の光学系では、像高０mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦ値が０．６８４、像高１．５mmにおける２０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．７１０、サジタル値０．７１３、像高３．５mmにおける１０ｌｉｎｅｓ／mmでのＭＴＦのタンジェンシャル値０．６３１、サジタル値０．６１５と、高い分解能が得られている。
【０１２６】
上記による実施例６の光学系においても、先の実施例１等と同様に比較的安価な材料であるシリコンを用いて、加工コストの抑えられる平面または球面形状をもつ第１レンズ１０及び第３レンズ１２を作成して光学系のパワーを担当させ、加工が容易なポリエチレンを用いて、非球面形状の第２レンズ１１を作成して収差を補正している。
この場合もポリエチレンレンズの使用を１枚に抑え、第２レンズ１１の最大光線長については１．５５mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を１４．９mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長８〜１２μｍ帯において十分な分解能性能を得ることができている。
【０１２７】
また実施例６においても、第１レンズ１０がメニスカスレンズとされるが、先の実施例５と同様、平板状のシリコンから研磨して凹面側を作成することで、凹面側の外周に平面部分を確保することができる。これにより、前述のスペーサを用いたレンズ間隔の調整を行う場合により好適となる。
【０１２８】
以上のように実施例６によっても、コストアップを抑えつつ、画角３０°近い広画角を図りながら、十分な分解能性能を得ることができる。
【０１２９】
＜３．変形例＞
以上、本技術の赤外線光学系及び赤外線撮像装置の実施の形態について説明したが、本技術としてはこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、各実施例においては、第２レンズ１１で用いる樹脂材料としてポリエチレンを例示したが、これに限るものではなく、遠赤外領域での透過率を改善した樹脂材料であれば他の樹脂材料を適用可能である。
具体的に、第２レンズ１１として用いる樹脂材料としては、例えば厚さ２．０mmでの透過率（波長８μｍ〜１２μｍ）が２０％以上となるような比較的高透過率の特性によるものを用いればよい。
【０１３０】
また、第１レンズ１０及び第３レンズ１２を構成する無機材料として、それぞれに同一の材料を用いる場合を例示したが、それぞれに異なる材料を用いることもできる。
【０１３１】
また、これまでの説明では赤外線検出素子として焦電素子を備えたイメージセンサ３を用いる場合に対応して、光学系にシャッタを配置する例を挙げたが、例えばボロメータ型等の温度自体に応じた値を出力する素子を用いる場合には、シャッタが省略可能であることは言うまでも無い。
【０１３２】
また、本技術については以下に示す構成とすることもできる。
（１）
物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、
前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられ、
前記第２レンズは、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が２．０mm以下となるように構成されている
赤外線光学系。
（２）
前記第２レンズはポリエチレンで構成されている
前記（１）に記載の赤外線光学系。
（３）
前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
前記（１）又は（２）に記載の赤外線光学系。
（４）
前記開口絞りが前記第１レンズと前記第２レンズとの間に設けられ、且つ前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
前記（１）〜（３）の何れかに記載の赤外線光学系。
（５）
前記第１レンズ、前記第３レンズは、平凸レンズ又はメニスカス形状レンズとされる
前記（１）〜（４）の何れかに記載の赤外線光学系。
（６）
物体側から像面側にかけて配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの３枚のレンズで構成され、
前記第１レンズ及び前記第３レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第２レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第１レンズから前記第３レンズの間に開口絞りが設けられ、
前記第１レンズと前記第３レンズが共に平凸レンズとされ、
前記第１レンズの凸面が物体側を向き、前記第３レンズの凸面が像面側を向いている
赤外線光学系。
（７）
前記第１レンズと前記第３レンズがシリコンで構成されている
前記（１）〜（６）の何れかに記載の赤外線光学系。
（８）
前記第２レンズの外周部を物体側・像面側共に平面に加工し、
前記第１レンズの外周部の第２レンズ側を平面に加工し、
前記第３レンズの外周部の第２レンズ側を平面に加工した
前記（１）〜（７）の何れかに記載の赤外線光学系。
（９）
前記（１）〜（８）の何れかに記載の赤外線光学系を備えると共に、
前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、
前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部と
を備える赤外線撮像装置。
【符号の説明】
【０１３３】
１  赤外線撮像装置、２  光学ブロック、３  イメージセンサ、４  画像信号取得部、５  画像信号処理部、１０  第１レンズ、１１  第２レンズ、１２  第３レンズ、１３  開口絞り、１４  カバーガラス
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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