(57)【要約】【課題】コストとサイズのバランスがとれた、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及び撮像装置を提供する。【解決手段】被写体から放射される遠赤外線を像面に結像させる結像光学系は、上記遠赤外線を屈折透過させる透過光学素子と、上記遠赤外線を表面反射面で反射させる反射光学素子と、を有する。【選択図】図１
2013122539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から放射される遠赤外線を像面に結像させる結像光学系であって、
前記遠赤外線を屈折透過させる透過光学素子と、
前記遠赤外線を表面反射面で反射させる反射光学素子と、
を備える、結像光学系。
【請求項２】
前記表面反射面の形状は、自由曲面であることを特徴とする、
請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
中間結像はしないことを特徴とする、
請求項１または２のいずれかに記載の結像光学系。
【請求項４】
前記被写体から前記像面までの光路は１系統であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の結像光学系。
【請求項５】
前記透過光学素子は、前記被写体から前記結像光学系への入射光の入射面として配置されることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の結像光学系。
【請求項６】
前記透過光学素子は、前記結像光学系に含まれる光学素子のうち最も前記像面側に配置されることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の結像光学系。
【請求項７】
被写体から放射される遠赤外線を像面に結像させる結像光学系であって、
前記遠赤外線を屈折透過させる透過光学素子と、
前記遠赤外線を表面反射面で反射させる反射光学素子と、
を有する結像光学系を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像光学系及び撮像装置に関し、特に遠赤外線を像面に結像する結像光学系及び結像光学系を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体が発する遠赤外線を検出して撮影する撮像装置（以下、遠赤外線カメラともいう。）が知られている。遠赤外線カメラは、被写体自身が発光体として認識されるため、外部の光源がない状態でも被写体を認識することができる。このため遠赤外線カメラは、夜間であっても被写体に気づかれることなく撮影することができる。このような特性から、遠赤外線カメラは、主に防犯カメラ、及び空港における検疫のための発熱検査などの用途に利用されている。
【０００３】
このような遠赤外線カメラに使用される結像光学系には、主に被写体からの遠赤外線を像面に結像するレンズが用いられていた。遠赤外線カメラに用いられるレンズは、遠赤外線に対して十分な透過率を有する材料で作成される必要がある。例えばこのような性質を有する材料としては、ゲルマニウムが代表的である。このためゲルマニウムレンズを用いた遠赤外線カメラが提案されてきた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、遠赤外線に対して十分な透過率を有する材料は、高価なものが多い。このため、より安価な材料で構成することが求められていた。例えば安価な材料で結像光学系を構成する方法の１つに、レンズの代わりに反射面を用いる方法が考えられる。ところが、曲率を有する光学面を全て反射面とすると、装置全体のサイズが大きくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コストとサイズのバランスがとれた、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体から放射される遠赤外線を像面に結像させる結像光学系であって、上記遠赤外線を屈折透過させる透過光学素子と、上記遠赤外線を表面反射面で反射させる反射光学素子と、を有する結像光学系が提供される。
【０００８】
かかる構成により、透過光学素子と反射光学素子とが結像光学系に含まれ、コストとサイズのバランスのとれた結像光学系を提供することができる。
【０００９】
また上記表面反射面の形状は、自由曲面であってよい。
【００１０】
また、上記結像光学系は、中間結像はしなくてもよい。
【００１１】
また上記被写体から上記像面までの光路は１系統であってよい。
【００１２】
また上記透過光学素子は、上記被写体から上記結像光学系への入射光の入射面として配置されてよい。
【００１３】
また上記透過光学素子は、上記結像光学系に含まれる光学素子のうち最も上記像面側に配置されてよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体から放射される遠赤外線を像面に結像させる結像光学系であって、上記遠赤外線を屈折透過させる透過光学素子と、上記遠赤外線を表面反射面で反射させる反射光学素子と、を有する結像光学系を備える撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、コストとサイズのバランスがとれた、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。
【図２】同実施形態に係る結像光学系の各構成要素の配置を説明するための説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る結像光学系は、遠赤外線に対して十分な透過率を有する透過光学素子と、遠赤外線を反射する反射光学素子とを適切に配置することにより、装置全体のサイズとコストとのバランスのとれた結像光学系を実現しようとするものである。
【００１９】
ここで、遠赤外線に対する透過率の高い材質は、一般的に高価なものが多い。このため、光学装置の低コスト化に対して大きな障害となっていた。またこの課題を回避するために反射面のみで構成する場合には、有効光束を遮蔽してケラレが生じる状態を避けるために、反射面は、前後の反射面に対してある程度の距離をもって配置される。このため、光学系のサイズが大きくなってしまう傾向があり、光学装置のコンパクト化に対して大きな障害となっていた。
【００２０】
そこで、以下に説明する本発明の第１〜第３の実施形態に係る結像光学系は、透過光学素子と反射光学素子とを有する。これにより、コストとサイズのバランスがとれた光学系を実現することができる。このような透過光学素子と反射光学素子との配置には様々考えられるが、以下の第１〜第３の実施形態において、それぞれ一例を示す。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
ここで図１及び図２を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る結像光学系の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。図２は、同実施形態に係る結像光学系の各構成要素の配置を説明するための説明図である。
【００２２】
（構成）
まず図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る結像光学系１０は、透過光学素子１１と、反射光学素子１３とを有する。透過光学素子１１は、結像光学系１０に含まれる光学素子の中で最も被写体側に配置される。透過光学素子１１は、遠赤外線（波長：８〜１４μｍ）を透過させる材質で構成される。例えばこのような性質を有する材質の一例としては、ゲルマニウムが挙げられる。透過光学素子１１は、反射光学素子１３側に遠赤外線を透過させる。透過光学素子１１の面形状は、回転対称非球面であってよい。
【００２３】
反射光学素子１３は、表面反射面Ｓ３を有する。反射光学素子１３は、透過光学素子１１から入射される光を反射してイメージセンサ１７上に結像させる。反射光学素子１３は、例えば射出成形した樹脂の表面にアルミなどの金属をコーティングすることによって形成される表面反射面Ｓ３を有する。表面反射面Ｓ３の面形状は、自由曲面であってよい。
【００２４】
なお、イメージセンサ１７の手前にはセンサ保護窓１５が配置されてよい。この被写体からイメージセンサ１７までの光路上において、中間結像はしない。
【００２５】
（光学素子の配置）
図２及び表１を参照しながら、ここで定義される座標系について説明する。ここで、透過光学素子１１の被写体側の面を第１面Ｓ１とし、透過光学素子１１の他の面を第２面Ｓ２とする。このとき、第１面Ｓ１と光軸との交点を絶対座標系の原点とする。そして、光軸を含む直線をＺ軸、光軸を含む平面内でＺ軸と直交する直線をＹ軸と定義する。
【００２６】
また反射光学素子１３の反射面を表面反射面Ｓ３とし、センサ保護窓１５の入射側の面をセンサ保護窓第１面Ｓ４、センサ保護窓１５のイメージセンサ１７側の面をセンサ保護窓第２面Ｓ５とする。またイメージセンサ１７の入射光側の面をセンサ面Ｓ６とする。このとき、第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、表面反射面Ｓ３、センサ保護窓第１面Ｓ４、センサ保護窓第２面Ｓ５、及びセンサ面Ｓ６の各面に対して局所座標系を定義し、その位置及び方向が示される。表１に、図２により定義された局所座標系の原点位置と局所座標系のｘ軸方向余弦とを絶対座標系で示す。
【００２７】
【表１】
2013122539.tif 000003
【００２８】
このとき、透過光学素子１１の回転対称非球面は、以下の数式（１）により表される。入射面Ｓ１と出射面Ｓ２との非球面係数は、表２に示される。すなわち、数式（１）に対して表２の係数を代入することによって、入射面Ｓ１又は出射面Ｓ２の面形状は表される。
【００２９】
【数１】
2013122539.tif 000004
・・・数式（１）
【００３０】
【表２】
2013122539.tif 000005
【００３１】
また、反射光学素子１３の表面反射面Ｓ３の自由曲面は、以下の数式（２）により表される。表面反射面Ｓ３の自由曲面係数は、表３に示される。すなわち、数式（２）に対して表３の係数を代入することによって、表面反射面Ｓ３の面形状は表される。なお、表３は、自由曲面係数の値が“０”でない部分についてのみ示した。すなわち表３に示していない自由曲面係数の値は“０”である。
【００３２】
【数２】
2013122539.tif 000006
・・・数式（２）
【００３３】
【表３】
2013122539.tif 000007
【００３４】
＜第２の実施形態＞
次に、図３を参照しながら本発明の第２の実施形態に係る結像光学系２０の構成について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。
【００３５】
図３を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る結像光学系２０は、第１の反射光学素子２３、第２の反射光学素子２５、及び透過光学素子２７を有する。第１の反射光学素子２３は、入射窓２１から入射される遠赤外線を第２の反射光学素子２５側に反射する第１の表面反射面Ｓ２３を有する。第２の反射光学素子２５は、第１の反射光学素子２３により反射された遠赤外線を透過光学素子２７側に反射する第２の表面反射面Ｓ２５を有する。第１の反射光学素子２３は、例えば射出成形した樹脂の表面にアルミなどの金属をコーティングすることによって形成される第１の表面反射面Ｓ２３を有する。また第２の反射光学素子２５は、同様に射出成形した樹脂の表面にアルミなどの金属をコーティングすることによって形成される第２の表面反射面Ｓ２５を有する。第１の表面反射面Ｓ２３及び第２の表面反射面Ｓ２５の面形状は、自由曲面であってよい。
【００３６】
透過光学素子２７は、遠赤外線（波長：８〜１４μｍ）を透過させる材質で構成される。例えばこのような性質を有する材質の一例としては、ゲルマニウムが挙げられる。透過光学素子２７は、イメージセンサ１７側に遠赤外線を透過させる。透過光学素子２７の面形状は、回転対称非球面であってよい。透過光学素子２７は、結像光学系２０に含まれる光学素子の中で最もイメージセンサ１７側に配置される。
【００３７】
なお、イメージセンサ１７の手前にはセンサ保護窓１５が配置されてよい。この被写体からイメージセンサ１７までの光路上において、中間結像はしない。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
次に、図４を参照しながら本発明の第３の実施形態に係る結像光学系３０の構成について説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。
【００３９】
図４を参照すると、本発明の第３の実施形態に係る結像光学系３０は、第１の反射光学素子３３、第２の反射光学素子３５、及び透過光学素子３７を有する。第１の反射光学素子３３は、入射窓３１から入射される遠赤外線を第２の反射光学素子３５側に反射する第１の表面反射面Ｓ３３を有する。第２の反射光学素子３５は、第１の反射光学素子３３により反射された遠赤外線を透過光学素子３７側に反射する第２の表面反射面Ｓ３５を有する。第１の反射光学素子３３は、例えば射出成形した樹脂の表面にアルミなどの金属をコーティングすることによって形成される第１の表面反射面Ｓ３３を有する。また第２の反射光学素子３５は、同様に射出成形した樹脂の表面にアルミなどの金属をコーティングすることによって形成される第２の表面反射面Ｓ３５を有する。第１の表面反射面Ｓ３３及び第２の表面反射面Ｓ３５の面形状は、自由曲面であってよい。
【００４０】
透過光学素子２７は、遠赤外線（波長：８〜１４μｍ）を透過させる材質で構成される。例えばこのような性質を有する材質の一例としては、ゲルマニウムが挙げられる。透過光学素子２７は、イメージセンサ１７側に遠赤外線を透過させる。透過光学素子２７の面形状は、回転対称非球面であってよい。透過光学素子２７は、結像光学系２０に含まれる光学素子の中で最もイメージセンサ１７側に配置される。
【００４１】
なお、イメージセンサ１７の手前にはセンサ保護窓１５が配置されてよい。この被写体からイメージセンサ１７までの光路上において、中間結像はしない。また被写体中心とからイメージセンサ１７中心とを結ぶ光軸は、１つの平面内に収まり、かつ交差しない折線である。
【００４２】
＜撮像装置の構成＞
ここで、図５を参照しながら、本発明の一実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置の構成について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置の断面斜視図である。なお、ここでは本発明の第１の実施形態に係る結像光学系１０を用いた撮像装置の構成について説明するが、本発明の第２の実施形態に係る結像光学系２０、及び第３の実施形態に係る結像光学系３０についても同様であるためここでは詳細な説明を省略する。
【００４３】
図５に示されるように、筐体内に上述の結像光学系１０の構成を配置することにより、撮像装置１００は構成される。撮像装置１００は、透過光学素子１１と、反射光学素子１３と、センサ保護窓１５と、イメージセンサ１７とを主に有する。各構成要素の配置については、結像光学系１０について上述した通りである。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４５】
１０，２０，３０                      結像光学系
１１，２７，３７                      透過光学素子
１３，２３，２５，３３，３５          反射光学素子
Ｓ３，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ３３，Ｓ３５  表面反射面
１００                                撮像装置
【図１】
2013122539.tif 000008
【図２】
2013122539.tif 000009
【図３】
2013122539.tif 000010
【図４】
2013122539.tif 000011
【図５】
2013122539.tif 000012