(57)【要約】【課題】少ないレンズ枚数で構成し、特に、ズーミングによっても像面湾曲収差及び球面収差が大きくならない赤外線ズームレンズを提供すること。【解決手段】正単レンズの第１レンズ、負単レンズの第２レンズ、正単レンズの第３レンズからなり、全レンズが球面レンズであり、ズーミングが、前記第１レンズが固定で、前記第２レンズ及び前記第３レンズが光軸上を移動することによって行われることを特徴とする赤外線ズームレンズ。【選択図】図１
2013015636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正単レンズの第１レンズ、負単レンズの第２レンズ、正単レンズの第３レンズからなり、全レンズが球面レンズであり、ズーミングが、前記第１レンズが固定で、前記第２レンズ及び前記第３レンズが光軸上を移動することによって行われることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
【請求項２】
ｆ１：第１レンズの焦点距離、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
ｆ１／ｆｔ  ＜  １．５                                        （１）
【請求項３】
ｄ２ｔ：望遠時の第１レンズと第２レンズの間隔、ｄ２ｗ：広角時の第１レンズと第２レンズの間隔、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離、ｆｗ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
１．０  ＜  （ｄ２ｔ−ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＜  １．５      （２）
【請求項４】
ｒ３：第２レンズの第１レンズ側面の曲率半径、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
−０．６  ＜  ｒ３／ｆｔ  ＜  −０．２                        （３）
【請求項５】
前記全レンズの材料が、ゲルマニュウムであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項６】
前記レンズの材料が、カルコゲナイド又はゲルマニュウムであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線ズームレンズ、さらに詳しくは、赤外線による鮮明な結像を形成することによって赤外線サーモグラフィーや監視カメラに好適に使用できる赤外線ズームレンズに関する。ここで、赤外線とは、波長が３０００〜５０００ｎｍの中赤外線、及び波長が８０００〜１４０００ｎｍの遠赤外線を含む放射である。
【背景技術】
【０００２】
医療用や工業用に用いられる、１００００ｎｍ前後の波長を使用する遠赤外線用の検知器やビジコンは、感度が低い。また、これらの光学系に使用されているゲルマニュウムは、一般の光学レンズに比較して透過率が低い。従って、これらの測定器の光学系は、小口径比のいわゆる明るいことが求められている。一方、ズーム結像レンズは、その焦点距離を変えて結像倍率を変えることは非常に使い勝手がよいが、構成レンズ枚数やレンズ面が多くなると、光の吸収や反射が多くなるという問題がある。
【０００３】
従来の赤外線レンズとして、赤外線ズームレンズであって、３０００〜５０００ｎｍまたは８０００〜１２０００ｎｍの波長帯の赤外線用光学系に用いられ、１枚または２枚のレンズで構成される正の屈折力を有する第１レンズ群、１枚または２枚のレンズで構成される負の屈折力を有する第２レンズ群、物体側に凹面を向けた１枚の負のメニスカスレンズからなる第３レンズ群、１枚の凸レンズからなる第４レンズ群、および、少なくとも４枚のレンズで構成されるとともに像面側の最終レンズが物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる正の屈折力を有する第５レンズ群が、物体側からこの順で配設されてなり、ズーミング時、前記第１、第４および第５レンズ群は固定とされる一方、前記第２および第３レンズ群は可動とされ、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行うとともに、前記第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより結像位置の補正を行うように構成され、下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されたことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
１．００＜ｆ1／ｆt （１）
ｆ2／ｆt＜−０．４０ （２）
０．３５＜ｆ5／ｆt＜ ０．７０ （３）
ただし、 ｆt ： 望遠端における全系の焦点距離 ｆ1 ： 第１レンズ群の焦点距離 ｆ2 ： 第２レンズ群の焦点距離 ｆ5 ： 第５レンズ群の焦点距離
が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他の従来技術の赤外線レンズとしては、ズームレンズではない赤外線用レンズであって、コストを抑制した上で、画角３０°程度の広角化を図り、焦点距離に比べて十分なバックフォーカスを確保し、７０００〜１４０００ｎｍの波長帯で良好な光学性能を実現するものであって、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズＬ１と、絞りと、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズＬ３とを備える。全系の焦点距離をｆとし、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をｒ４とし、第２レンズＬ２の像側の面の曲率半径をｒ５とし、第２レンズＬ２の中心肉厚をｄ４としたとき、下記条件式（１）、（２）を満足する。
０．４＜｜ｒ４｜／ｆ＜０．８２ … （１）
０．９＜（｜ｒ４｜＋ｄ４）／｜ｒ５｜＜１．１０ … （２）
が提案されている（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６５６０６公報
【特許文献２】特開２０１０−０３９２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の赤外線ズームレンズは、実施形態で８枚〜１２枚のレンズを有し、レンズ系全体として大型化が避けられず、またレンズによる光吸収も大きい。さらに、１００００ｎｍ前後の波長域内における色収差が発生し、１００００ｎｍ前後の波長域を使用する場合に結像性能が低下する問題がある。
【０００７】
特許文献２の赤外線用レンズは、３枚のレンズにより小型軽量に形成されるが、赤外線ズームレンズではない。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、従来の赤外線レンズに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、少ないレンズ枚数で構成した赤外線ズームレンズを提供することを目的とする。
本発明は、特に、ズーミングによっても像面湾曲収差及び球面収差が大きくならない赤外線ズームレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
正単レンズの第１レンズ、負単レンズの第２レンズ、正単レンズの第３レンズからなり、全レンズが球面レンズであり、ズーミングが、前記第１レンズが固定で、前記第２レンズ及び前記第３レンズが光軸上を移動することによって行われることを特徴とする赤外線ズームレンズである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少ないレンズ枚数で構成した赤外線ズームレンズを構成することができる。本発明によればまた、特に、ズーミングによっても像面湾曲収差及び球面収差が大きくならない赤外線レンズを構成することができる。
【００１１】
本発明の実施態様は、以下の通りである。
本発明において、ｆ１：第１レンズの焦点距離、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズである。
ｆ１／ｆｔ  ＜  １．５                                        （１）
条件式（１）はレンズ系全体を小型するための条件である。条件式（１）の上限を超えると、第２レンズ及び第３レンズの直径が大きくなりかつレンズ系全体が長くなるという問題が生じる。
【００１２】
他の実施形態は、本発明において、ｄ２ｔ：望遠時の第１レンズと第２レンズの間隔、ｄ２ｗ：広角時の第１レンズと第２レンズの間隔、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離、ｆｗ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズである。
１．０  ＜  （ｄ２ｔ−ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＜  １．５    （２）
条件式（２）は、レンズ系全体を小型化することに加えて、球面収差及び像面湾曲をいずれのズーム領域においても小さくするための条件である。条件式（２）の下限を超えると、特に、非点収差が増加して性能の低下があるという問題が生じる。条件式（２）の上限を超えると、特に、コマ収差が増加して性能の低下があるという問題が生じる。
【００１３】
他の実施形態は、本発明において、ｒ３：第２レンズの第１レンズ側面の曲率半径、ｆｔ：望遠時の全体の焦点距離とし、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
−０．６  ＜  ｒ３／ｆｔ  ＜  −０．２                        （３）
条件式（３）は、レンズ系全体を小型化することに加えて、コマ収差をいずれのズーム領域においても小さくするための条件である。条件式（３）の上限及び下限を超えると、コマ収差の補正が困難になる。
【００１４】
他の実施形態は、本発明において、前記全レンズの材料が、ゲルマニュウムであることを特徴とする赤外線ズームレンズである。
前記全レンズの材料をゲルマニュウムとすることで、分散が小さく波長による収差を抑えるという効果を得ることができる。
【００１５】
他の実施形態は、本発明において、前記レンズの材料が、カルコゲナイド又はゲルマニュウムであることを特徴とする赤外線ズームレンズである。
前記レンズの材料をカルコゲナイド又はゲルマニュウムとすることで、温度による変化を抑えるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの光学断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図である。
【図３】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図４】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のサジタルコマ収差図ある。
【図５】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図である。
【図６】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図７】本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のサジタルコマ収差図ある。
【図８】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの光学断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図１１】本発明の２実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のサジタルコマ収差図ある。
【図１２】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図１４】本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のサジタルコマ収差図ある。
【図１５】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの光学断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図１８】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のサジタルコマ収差図ある。
【図１９】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図である。
【図２０】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図２１】本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のサジタルコマ収差図ある。
【図２２】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの光学断面図である。
【図２３】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの広角の球面収差図である。
【図２４】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図２５】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの広角時のサジタルコマ収差図ある。
【図２６】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図である。
【図２７】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のメリジオナルコマ収差図ある。
【図２８】本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時のサジタルコマ収差図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の赤外線ズームレンズの実施形態のレンズデータ等を示す。レンズデータにおいて屈折率屈及び焦点距離は、波長10000ｎｍにおける値である。
（第１実施形態）
面番号      曲率半径      肉厚間隔      半径      材料（屈折率）    焦点距離
1           46.5956         1.5         15.7      Ge(4.0032)         46.17
2           68.4825          D2         15.6
(絞り)                     19.07         8.3
3         −14.696          5.05         8.8      Ge(4.0032)      −180.88
4         −18.999           D4         11.2
5           26.2705         4.24        12.8      Ge(4.0032)         18.27
6           44.3098         4.00        11.9
7             ∞            1.0                   Ge(4.0032)
8             ∞             D8
【００１８】
（ズーミング）
焦点距離    Ｆ／Ｎｏ    半画角ω      D2      D4      D8    バックフォーカBF
f＝25         1.44      12.42        1.0    14.18    5.29       10.29
f＝35         1.42       8.63       15.0     3.98    1.49        6.49
【００１９】
（条件式の値）
条件式（１）        ｆ１／ｆｔ   ＝ 1.319
条件式（２）        （ｄ２ｔ−ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＝ 1.40
条件式（３）         ｒ３／ｆｔ  ＝ −0.42
【００２０】
（第２実施形態）
面番号      曲率半径      肉厚間隔      半径      材料（屈折率）    焦点距離
1           56.1475         2.0         14.2       Ge(4.0032)         52.63
2           84.7523          D2         14.0
(絞り)                     19.07         8.3
3         −11.871          4.81         7.4       Ge(4.0032)      −286.15
4         −15.679           D4         10.0
5           27.5545         3.32         9.5       Ge(4.0032)         18.27
6           46.2977         4.0          9.0
7            ∞             1.0                    Ge(4.0032)
8            ∞              D8
【００２１】
（ズーミング）
焦点距離    Ｆ／Ｎｏ    半画角ω      D2      D4       D8    バックフォーカBF
f＝29.9       1.41      10.34       10.49    9.29     6.06       11.06
f＝40.1       1.44       7.57       22.69    0.56     2.59        7.59
【００２２】
（条件式の値）
条件式（１）        ｆ１／ｆｔ ＝ 1.312
条件式（２）        （Ｄ２ｔ−Ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＝ 1.20
条件式（３）        ｒ３／ｆｔ ＝ −0.30
【００２３】
（第３実施形態）
面番号      曲率半径      肉厚間隔      半径      材料（屈折率）    焦点距離
1           48.4414         1.53        12.5       Ge(4.0032)        55.84
2           66.5054          D2         12.5
(絞り)                     19.07         8.5
3         −14.312          6.34         8.5       chal(2.5861)    −180.55
4         −19.158           D4         11.0
5           37.9423         2.45        11.8       Ge(4.0032)         24.06
6           76.0365         4.0         11.5
7             ∞            1.0                    Ge(4.0032)
8             ∞             D8
【００２４】
（ズーミング）
焦点距離    Ｆ／Ｎｏ    半画角ω       D2     D4      D8    バックフォーカBF
f＝24.3       1.59       9.12        11.3    8.75    8.94       13.94
f＝45.0       1.85       6.87        24.08   0.31    4.33        9.33
【００２５】
（条件式の値）
条件式（１）        ｆ１／ｆｔ  ＝ 1.241
条件式（２）        （Ｄ２ｔ−Ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＝ 1.22
条件式（３）        ｒ３／ｆｔ  ＝ −0.32
【００２６】
（第４実施形態）
面番号      曲率半径      肉厚間隔      半径      材料（屈折率）    焦点距離
1           35.0788         1.1         11.5       Ge(4.0032)         36.96
2           50.0814          D2         11.4
(絞り)                     11.71         8.3
3         −14.971          8.96         8.5       Ge(4.0032)      −226.2
4         −22.181           D4         12.5
5           24.4545         2.78        13.5       Ge(4.0032)         20.33
6           37.3168         4.0         13.0
7             ∞            1.0                    Ge(4.0032)
8             ∞             D8
【００２７】
（ズーミング）
焦点距離    Ｆ／Ｎｏ    半画角ω       D2       D4       D8    バックフォーカBF
f＝21.3      1.11       14.73         4.98     6.19     7.88       12.22
f＝28        1.08        7.57        13.82     0.31     4.26        9.26
【００２８】
（条件式の値）
条件式（１）        ｆ１／ｆｔ＜  1.5  ＝ 1.320
条件式（２）        （Ｄ２ｔ−Ｄ２ｗ）／（ｆｔ−ｆｗ）＝ 1.32
条件式（３）        −０．６  ＜  ｒ３／ｆｔ  ＝ −0.53
【符号の説明】
【００２９】
BF          バックフォーカス
１          第１レンズ
２          第２レンズ
３          第３レンズ
ｒ１        第１面
ｒ２        第２面
ｓ          絞り
ｒ３        第３面
ｒ４        第４面
ｒ５        第５面
ｒ６        第６面
【図１】
2013015636.tif 000003
【図２】
2013015636.tif 000004
【図３】
2013015636.tif 000005
【図４】
2013015636.tif 000006
【図５】
2013015636.tif 000007
【図６】
2013015636.tif 000008
【図７】
2013015636.tif 000009
【図８】
2013015636.tif 000010
【図９】
2013015636.tif 000011
【図１０】
2013015636.tif 000012
【図１１】
2013015636.tif 000013
【図１２】
2013015636.tif 000014
【図１３】
2013015636.tif 000015
【図１４】
2013015636.tif 000016
【図１５】
2013015636.tif 000017
【図１６】
2013015636.tif 000018
【図１７】
2013015636.tif 000019
【図１８】
2013015636.tif 000020
【図１９】
2013015636.tif 000021
【図２０】
2013015636.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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