WO2016072294A1 - 遠赤外線用光学系，撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

　遠赤外線用光学系は、物体側から順に、物体側に凸のメニスカス形状を有する第１レンズと、像側に凸形状を有する正パワーの第２レンズとからなり、第１レンズがポリエチレンで構成され、第２レンズがシリコンで構成され、条件式：０＜｜ＦＬ／ｆ１｜＜０．２（ＦＬ：全系の焦点距離、ｆ１：第１レンズの焦点距離）を満足する。

Description

遠赤外線用光学系，撮像光学装置及びデジタル機器

　本発明は、遠赤外線用光学系，撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。例えば、遠赤外線領域（波長８～１４μｍ帯）で使用される撮影光学系であって、特に画角２ωが４０度以上の広角でもレンズ枚数が２枚と少なく収差補正が良好に行われており、安価なカメラシステムに使用可能な遠赤外線用光学系と、遠赤外線用光学系により得られた遠赤外線映像を撮像素子で取り込む撮像光学装置と、遠赤外線用光学系を搭載した画像入力機能付きデジタル機器と、に関するものである。

　近年、監視カメラや防犯カメラの普及に伴い、安価で小型の遠赤外線カメラが必要とされている。また、監視カメラ等の用途には広い範囲を撮影できる広角レンズへの要望が根強くある。しかし、遠赤外線用光学系の広角化と低コスト化を共に達成することは困難である。例えば、遠赤外線用のレンズ材料としてよく使用されているＧｅ（ゲルマニウム）には、屈折率が高く遠赤外線の透過率も比較的高いという特長がある。その反面、いわゆるレアメタルの一種であるため材料コストが高く、熱変形温度が高く成形が困難であるため加工コストが高い、といった問題がある。遠赤外線カメラが普及しない原因の１つには、このようなレンズコストの問題があり、コストを低減しつつ広角化することが望まれている。

　特許文献１には、レンズ２枚で構成された赤外線光学系が提案されており、特許文献２には、レンズ３枚で構成された赤外線光学系が提案されている。特許文献１に記載の赤外線光学系では、Ｇｅの代わりにカルコゲナイドガラスを使用することで材料コストを抑えようとしており、特許文献２に記載の赤外線光学系では、３枚のうちの１枚を樹脂レンズで構成することでコストを抑えようとしている。

特開２０１０－１１３１９１号公報 特開２０１３－０８０１３０号公報

　特許文献１に記載の赤外線光学系の場合、カルコゲナイドガラスがモールドで加工できるため加工コストの低減はある程度可能であるが、Ｇｅ等を多く含むため材料コストを大幅に抑えることは困難である。また、第１レンズのパワーが比較的強いため、全長は短くなるが、第１レンズと第２レンズとの間隔もそれに伴って狭くなるため、面間反射が発生しやすいという課題がある。

　特許文献２に記載の赤外線光学系の場合、レンズ３枚で構成されているため、レンズ２枚構成と比較してコストが高くなることは避けられない。また、レンズの保持を含めて構成要素が増えることになるため、製造バラツキが大きくなるという課題がある。

　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、２枚という少ないレンズ枚数でも高い光学性能を保持しながら広角化が達成され、Ｇｅ等を含まない光学材料を使用することや特別な加工を必要としないことで低コスト化が達成された遠赤外線用光学系、それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。

　上記目的を達成するために、第１の発明の遠赤外線用光学系は、物体側から順に、物体側に凸のメニスカス形状を有する第１レンズと、像側に凸形状を有する正パワーの第２レンズとからなり、前記第１レンズがポリエチレンで構成され、前記第２レンズがシリコンで構成され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０＜｜ＦＬ／ｆ１｜＜０．２　…（１）
　ただし、
ＦＬ：全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
である。

　第２の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１の発明において、前記第２レンズが球面レンズであることを特徴とする。

　第３の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記第２レンズが物体側に凹のメニスカス形状を有することを特徴とする。

　第４の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第３のいずれか１つの発明において、前記第１レンズの少なくとも１面に非球面が配置されていることを特徴とする。

　第５の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第４のいずれか１つの発明において、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
０．２ｍｍ＜ｔ１＜０．７ｍｍ　…（２）
　ただし、
ｔ１：第１レンズの芯厚、
である。

　第６の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第５のいずれか１つの発明において、前記第１レンズの両面に非球面が配置されていることを特徴とする。

　第７の発明の遠赤外線用光学系は、上記第６の発明において、前記第１レンズの物体側面が中心から周辺に行くに従い曲率が強くなる非球面であることを特徴とする。

　第８の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第７のいずれか１つの発明において、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．９＜ｆ２／ＦＬ＜１．１　…（３）
　ただし、
ＦＬ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
である。

　第９の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第８のいずれか１つの発明において、前記第１レンズが正パワーを有することを特徴とする。

　第１０の発明の遠赤外線用光学系は、上記第１～第９のいずれか１つの発明において、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置されていることを特徴とする。

　第１１の発明の撮像光学装置は、上記第１～第１０のいずれか１つの発明に係る遠赤外線用光学系と、撮像面上に形成された遠赤外線光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の遠赤外線光学像が形成されるように前記遠赤外線用光学系が設けられていることを特徴とする。

　第１２の発明のデジタル機器は、上記第１１の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。

　第１３の発明の遠赤外線用カメラシステムは、上記第１～第１０のいずれか１つの発明に係る遠赤外線用光学系を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、２枚という少ないレンズ枚数でも高い光学性能を保持しながら広角化が達成され、Ｇｅ等を含まない光学材料を使用することや特別な加工を必要としないことで低コスト化が達成された遠赤外線用光学系及び撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る遠赤外線用光学系又は撮像光学装置を、暗視装置，サーモグラフィー，携帯端末，カメラシステム（例えば、デジタルカメラ，監視カメラ，防犯カメラ，車載カメラ）等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の遠赤外線画像入力機能を安価でコンパクトに付加することが可能となる。

第１の実施の形態（実施例１）のレンズ断面図。 実施例１の収差図。 第２の実施の形態（実施例２）のレンズ断面図。 実施例２の収差図。 第３の実施の形態（実施例３）のレンズ断面図。 実施例３の収差図。 第４の実施の形態（実施例４）のレンズ断面図。 実施例４の収差図。 第５の実施の形態（実施例５）のレンズ断面図。 実施例５の収差図。 第６の実施の形態（実施例６）のレンズ断面図。 実施例６の収差図。 第７の実施の形態（実施例７）のレンズ断面図。 実施例７の収差図。 遠赤外線用光学系を搭載したデジタル機器の概略構成例を示す模式図。

　以下、本発明に係る遠赤外線用光学系，撮像光学装置，デジタル機器等を説明する。本発明に係る遠赤外線用光学系は、物体側から順に、物体側に凸のメニスカス形状を有する第１レンズと、像側に凸形状を有する正パワーの第２レンズとからなり、前記第１レンズがポリエチレンで構成され、前記第２レンズがシリコンで構成されている。そして、以下の条件式（１）を満足することを特徴としている。なお、後述する第１～第７の実施の形態及びそれらに対応する実施例１～７のように、第１レンズが正パワーを有する場合には、条件式（１）は以下の条件式（１Ａ）に限定される。
０＜｜ＦＬ／ｆ１｜＜０．２　…（１）
０＜ＦＬ／ｆ１＜０．２　…（１Ａ）
　ただし、
ＦＬ：全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
である。

　上記遠赤外線用光学系は、遠赤外線領域（波長８～１４μｍ帯）で使用される撮影光学系であって、物体側から順に、第１レンズ及び第２レンズの２枚で構成された広角のレンズ構成を有するものであり、そのなかでも半画角ωが２０°以上の広角撮影に適したレンズ構成を想定したものである。遠赤外線領域は物質の温度を検知できる波長範囲であり、温度測定，暗闇での人検知，セキュリティ等、応用できるものは多い。しかし、遠赤外線を透過するレンズ材料が高価な希少金属を含む材料であったり加工が難しい材料であったりして、それらを数枚以上使用したレンズ系にするとコスト高になってしまうため、現在のところ遠赤外線カメラは広く普及していない。最近では遠赤外線センサーの製造技術が進み、安価なサーモパイルや非冷却式マイクロボロメータ等も製造されるようになり、これらと適合するような安価なレンズ系が望まれている。そこで、本発明に係る遠赤外線用光学系では、安価なレンズ材料からなる２枚構成を採用することにより、材料コスト・加工コストを低減して安価なレンズ系を提供することを可能としている。

　第１レンズの形状を物体側に凸のメニスカス形状にすることで、広角レンズであっても第１レンズの物体側面に対する軸外光束の入射角が小さくなるため、そこでの収差発生量を減らすことができる。また、第２レンズの形状を像側に凸の形状にすることで、主点をレンズの像側に配置することができる。その結果、広角系であっても十分なバックフォーカスを確保することができる。

　通常、負正のパワー配置であるレトロフォーカスを採用した場合、バックフォーカスを確保しつつ焦点距離を短くする効果が得られる。また、正正のパワー配置を採用した場合、バックフォーカスは短くなるが全長を短縮する効果が得られる。それを踏まえると、条件式（１）の上限を上回った場合、第１レンズの正のパワーが強くなって全長が短くなるが、それにつれて第１レンズと第２レンズとの間隔も狭くなる。第１レンズと第２レンズは互いに凹面（又は凹面と平面）を向けて配置されているため、この間隔が狭くなりすぎると面間反射が発生しやすくなる。

　ポリエチレンを使用することで、非球面や回折面を配置することが容易に可能となる。非球面を配置することにより球面収差等の補正を良好に行うことが可能となり、回折面を配置することにより色収差等の補正を良好に行うことが可能となる。また、ポリエチレンを使用することで、モールド成形が可能となるため大量生産が容易になり、その結果、コスト低減効果が得られる。シリコンは、遠赤外用レンズで通常使用されているＧｅのようなレアメタル材料ではない。そのため、Ｇｅ等と比較して大量生産に向く材料といえる。

　上記特徴的構成によると、２枚という少ないレンズ枚数でも高い光学性能を保持しながら広角化が達成され、Ｇｅ等を含まない光学材料を使用することや特別な加工を必要としないことで低コスト化が達成された遠赤外線用光学系及びそれを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、その遠赤外線用光学系又は撮像光学装置を、暗視装置，サーモグラフィー，携帯端末，カメラシステム（例えば、デジタルカメラ，監視カメラ，防犯カメラ，車載カメラ）等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の遠赤外線画像入力機能を安価でコンパクトに付加することが可能となる。上記のような広角化及び低コスト化を高性能化と両立させながらレンズ２枚でも可能にするうえで望ましい条件設定等を以下に説明する。

　以下の条件式（１ａ）を満足することが更に望ましい。なお、後述する第１～第７の実施の形態及びそれらに対応する実施例１～７のように、第１レンズが正パワーを有する場合には、条件式（１ａ）は以下の条件式（１Ａａ）に限定される。
０．０８＜｜ＦＬ／ｆ１｜＜０．１７　…（１ａ）
０．０８＜ＦＬ／ｆ１＜０．１７　…（１Ａａ）
　この条件式（１ａ）は、前記条件式（１）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（１ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。この条件式（１ａ）の下限を下回ると、第１レンズのパワーが弱くなってバックフォーカスは確保しやすくなるが、全長は肥大化傾向となる。条件式（１ａ）を満たすことにより、バックフォーカスを確保しながら全長も抑えることが可能となる。

　前記第２レンズは球面レンズであることが望ましい。シリコンからなる第２レンズを球面レンズにすれば、通常のガラス球面レンズと同様、一般的な研磨加工で加工可能となるため、特殊な設備が無くても加工を行うことができる。また、シリコンはＧｅのようにレアメタルではなく、材料的にはありふれたものである。したがって、第２レンズをシリコン製の球面レンズで構成することにより、材料的にも加工的にも大量生産することができる。その結果、材料コスト・加工コストを低減することができる。

　前記第２レンズは物体側に凹のメニスカス形状を有することが望ましい。第２レンズを物体側に凹のメニスカスレンズにすれば、非点収差及び像面湾曲を効果的に補正することが可能である。

　前記第１レンズの少なくとも１面に非球面が配置されていることが望ましい。例えば、第１レンズの像側面に、中心から周辺に行くに従い曲率が強くなる非球面を配置することにより、２枚といった少ない枚数で、かつ、第２レンズが球面のみという構成であっても、球面収差と非点収差とをバランス良く補正することができる。

　以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．２ｍｍ＜ｔ１＜０．７ｍｍ　…（２）
　ただし、
ｔ１：第１レンズの芯厚、
である。

　ポリエチレンは、遠赤外線領域での透過率が比較的低いので、レンズ材料として使用するためには芯厚を薄く保つ必要がある。条件式（２）の上限を上回ると、透過率が低下して鮮明な画像を得ることが困難になる。条件式（２）の下限を下回ると、強度が不足して歪・変形等により安定した形状を保つことが困難になる。これらの観点から、以下の条件式（２ａ）を満足することが更に望ましい。
０．４ｍｍ＜ｔ１＜０．６ｍｍ　…（２ａ）

　前記第１レンズの両面に非球面が配置されていることが望ましい。第１レンズを両面非球面にすることにより、中心から周辺までレンズを厚くすることなく、第１レンズの物体側面の非球面で収差を補正することができる。さらに、第１レンズの物体側面を、中心から周辺に行くに従い曲率が強くなる非球面にすることにより、周辺まで第１レンズの肉厚を薄くすることができる。その結果、第１レンズを比較的透過率の低い材料であるポリエチレンで構成しても、高い透過率を維持することができる。

　以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．９＜ｆ２／ＦＬ＜１．１　…（３）
　ただし、
ＦＬ：全系の焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
である。

　条件式（３）の下限を下回ると、第２レンズの正のパワーが強くなり、それにともなって像側面の曲率が強くなる。そのため、非点収差等の発生量が増大し、第１レンズでの負担が増えて球面収差と非点収差を同時に補正することが困難になる。また、第１レンズのパワーが弱いため、条件式（３）の上限を上回ると、光学系の全長が増大してしまう。

　前記第１レンズは正パワーを有することが望ましい。第１レンズに正のパワーを持たせることで、第２レンズの正のパワーを小さくすることができ、第２レンズの収差補正の負担を軽減することができる。

　前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置されていることが望ましい。絞りを第１レンズの物体側に配置すると、絞りと第２レンズとの間の距離が長くなり、絞りを通過した軸外光束が第２レンズで光軸から離れた位置を通過することになるため、第２レンズ径が大きくなる。また、絞りを第２レンズの像側に配置すると、絞りと像面との間の距離が短くなり、像面に対する軸外光束の入射角度が大きくなる。センサーに対して軸外光束が斜めに入射することになるので、画面周辺で光量低下が発生することとなる。遠赤外線用光学系の場合、光量が低下するとＳ／Ｎ比が低下して温度検知精度が低下するので、解像力自体の低下を招くことになる。絞りを第１レンズと第２レンズとの間に配置すると、レンズ径を抑えつつ像面への入射角度を小さくすることができるので、上記のような問題を回避することができる。

　本発明に係る遠赤外線用光学系は、遠赤外線画像入力機能付きデジタル機器（例えば携帯端末，ドライブレコーダー等）用の撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像用の遠赤外線センサー等と組み合わせることにより、被写体の遠赤外線映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する遠赤外線用撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の遠赤外線光学像を形成する遠赤外線用光学系と、その遠赤外線用光学系により形成された遠赤外線光学像を電気的な信号に変換する撮像素子（遠赤外線センサー）と、を備えることにより構成される。そして、撮像素子の受光面（すなわち撮像面）上に被写体の遠赤外線光学像が形成されるように、前述した特徴的構成を有する遠赤外線用光学系が配置されることにより、小型・低コストで高い性能を有する撮像光学装置やそれを備えたデジタル機器を実現することができる。

　遠赤外線画像入力機能付きデジタル機器の例としては、赤外線カメラ，監視カメラ，防犯カメラ，車載カメラ，航空機カメラ，デジタルカメラ，ビデオカメラ，テレビ電話用カメラ等のカメラシステムが挙げられ、また、パーソナルコンピューター，暗視装置，サーモグラフィー，携帯用デジタル機器（例えば、携帯電話，スマートフォン（高機能携帯電話），タブレット端末，モバイルコンピューター等の小型で携帯可能な情報機器端末），これらの周辺機器（スキャナー，プリンター，マウス等），その他のデジタル機器（ドライブレコーダー，防衛機器等）等に内蔵又は外付けによりカメラ機能が搭載されたものが挙げられる。これらの例から分かるように、遠赤外線用の撮像光学装置を用いることにより赤外線カメラシステムを構成することができるだけでなく、その撮像光学装置を各種機器に搭載することにより赤外線カメラ機能，暗視機能，温度測定機能等を付加することが可能である。例えば、赤外線カメラ付きスマートフォン等の遠赤外線画像入力機能を備えたデジタル機器を構成することが可能である。

　遠赤外線画像入力機能付きデジタル機器の一例として、図１５にデジタル機器ＤＵの概略構成例を模式的断面で示す。図１５に示すデジタル機器ＤＵに搭載されている撮像光学装置ＬＵは、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の遠赤外線光学像（像面）ＩＭを形成する遠赤外線用光学系ＬＮ（ＡＸ：光軸）と、遠赤外線用光学系ＬＮにより受光面（撮像面）ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子（遠赤外線センサー）ＳＲと、を備えており、必要に応じて平行平面板（撮像素子ＳＲのカバーガラス、必要に応じて配置される光学フィルター等に相当する。）も配置される。この撮像光学装置ＬＵで画像入力機能付きデジタル機器ＤＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置ＬＵをデジタル機器ＤＵの本体に対して着脱可能又は回動可能に構成することが可能である。

　遠赤外線用光学系ＬＮは、物体側から順に、第１レンズ及び第２レンズの２枚の単レンズで構成された２枚構成の単焦点レンズであり、前述したように、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に遠赤外線からなる光学像ＩＭを形成する構成になっている。撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素（例えば、数千～数十万画素）を有し、８～１４μｍ程度の波長を利用する遠赤外線用のイメージセンサー（サーモセンサー等）が用いられる。遠赤外線用光学系ＬＮは、撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、遠赤外線用光学系ＬＮによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。

　撮像素子ＳＲの具体例としては、焦電センサー，マイクロボロメータ，サーモパイル等が挙げられる。焦電センサーは、チタン酸ジルコン酸鉛等を含むセラミックが温度の変化によって自発分極する焦電効果を使ったものであり、ほとんどの場合単一の受光面を持ち、安価な温度センサーである。マイクロボロメータは、アモルファスシリコンや酸化バナジウム等の感熱材料を微細加工技術によって２次元配列した受光面を持ち、温度上昇によって抵抗値が変化することを検知する温度センサーである。現在使用されている一般的なマイクロボロメータは画素数が８０×８０，３２０×２４０，６４０×４８０等である。従来は温度分解能を十分発揮させるため、センサーの周囲を液体窒素等で冷却するものがほとんどであったが、近年では製造技術が進み、冷却しなくてもある程度温度検知能力の高いものが製造されてきている。サーモパイルは、熱を電気エネルギーに変換することのできる熱電対を直列又は並列に並べてセンサー面とした温度センサーで、焦電センサーに次いで安価なものである。

　デジタル機器ＤＵは、撮像光学装置ＬＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリー３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリー３（半導体メモリー，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される（例えば携帯電話の通信機能）。制御部２はマイクロコンピューターからなっており、撮影機能（静止画撮影機能，動画撮影機能等），画像再生機能等の機能の制御；フォーカシング等のためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像光学装置ＬＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリー３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン（例えばレリーズボタン），操作ダイヤル（例えば撮影モードダイヤル）等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。

　図１，図３，…，図１３に、無限遠合焦状態にある遠赤外線用光学系ＬＮの第１～第７の実施の形態を光学断面でそれぞれ示す。第１～第７の実施の形態のいずれについても、遠赤外線用光学系ＬＮは、物体側より順に、正パワーを有する第１レンズＬ１と、正パワーを有する第２レンズＬ２と、からなっている（パワーについてはすべて近軸での値とする。）。第１レンズＬ１はポリエチレンで構成され、物体側に凸の正メニスカス形状を有し、両面に非球面が配置されている。第２レンズＬ２はシリコンで構成され、物体側に凹の正メニスカス形状を有し、両面とも球面からなっている。

　第１，第６の実施の形態では、第１レンズＬ１の物体側面に回折面が配置されているが、第２～第５，第７の実施の形態に回折面は配置されていない。第１～第６の実施の形態では、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に開口絞りＳＴが配置されており、第７の実施の形態では、第１レンズＬ１の物体側に開口絞りＳＴが配置されている。なお、上記すべての実施の形態において、最も物体側に位置する第１レンズＬ１の外側には、耐傷・耐薬品等を考慮して遠赤外線を通過するカバー部材又は窓材を配置してもよい。

　以下、本発明を実施した遠赤外線用光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１～７（ＥＸ１～７）は、前述した第１～第７の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１～第７の実施の形態を表すレンズ構成図（図１，図３，…，図１３）は、対応する実施例１～７のレンズ断面形状，レンズ配置等をそれぞれ示している。

　各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号，近軸における曲率半径Ｒ（ｍｍ），軸上面間隔ｄ（ｍｍ），波長１０μｍでの屈折率Ｎ１０，及び波長８～１２μｍに対する分散値νを示す。分散値νは分散の性質を表し、ν＝（Ｎ１０－１）／（Ｎ８－Ｎ１２）で定義される（ただし、Ｎ８：波長８μｍでの屈折率，Ｎ１０：波長１０μｍでの屈折率，Ｎ１２：波長１２μｍでの屈折率である。）。表１に、ポリエチレンとシリコンの屈折率Ｎ８，Ｎ１０，Ｎ１２及び分散値νを示す。

　面番号に＊が付された面は非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式（ＡＳ）で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０^-nである。
ｚ＝（Ｃ・ｈ²）／［１＋√｛１－（１＋Ｋ）・Ｃ²・ｈ²｝］＋Σ（Ａｉ・ｈⁱ）　…（ＡＳ）
　ただし、
ｈ：ｚ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）、
ｚ：高さｈの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量（面頂点基準）、
Ｃ：面頂点での曲率（近軸曲率半径Ｒの逆数）、
Ｋ：円錐定数、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数（Σはｉについて４次から∞次の総和を表す。）、
である。

　面番号に＃が付された面は回折面であり、その回折構造は、非球面と同様に面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式（ＤＳ）で定義される。回折格子は光軸に対して回転対称な格子であって、波長１０μｍに対する１次の回折が使用され、形状は波長１０μｍに対する位相差Ｐｚで与えられる。回折面データとして、位相係数を示す。なお、各実施例の回折面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０^-nである。
Ｐｚ＝Σ（Ｂｊ・ｈ^j）　…（ＤＳ）
　ただし、
ｈ：ｚ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）、
Ｐｚ：位相差、
Ｂｊ：ｊ次の位相係数（Σはｊについて２次から∞次の総和を表す。）、
である。

　表２に、各種データとして、全系の焦点距離ＦＬ（ｍｍ），Ｆナンバー（Ｆｎｏ），半画角ω（°），レンズ全長ＴＬ（ｍｍ），バックフォーカスｆＢ（ｍｍ），像高Ｙ’（ｍｍ），第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ），第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）を示し、表３に各実施例の条件式対応値を示す（いずれも波長１０μｍでの値である。）。表２中のバックフォーカスｆＢは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長ＴＬは、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスｆＢを加えたものであるが、最も物体側の面が絞りＳＴである場合（ＥＸ７）、レンズ全長ＴＬは絞りＳＴから近軸像面ＩＭまでの距離である。

　図２，図４，…，図１４は、実施例１～７（ＥＸ１～７）にそれぞれ対応する収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図である。球面収差図は、実線で示す設計波長（評価波長）１０μｍにおける球面収差量、一点鎖線で示す波長８μｍにおける球面収差量、破線で示す波長１４μｍにおける球面収差量を、それぞれ近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量（ｍｍ）で表しており、縦軸はＦナンバー、縦軸目盛は瞳への入射高さをその最大高さで規格化した値（すなわち相対瞳高さ）を表している。非点収差図において、破線Ｔは設計波長１０μｍにおけるタンジェンシャル像面、実線Ｓは設計波長１０μｍにおけるサジタル像面を、近軸像面からの光軸ＡＸ方向のズレ量（ｍｍ）で表しており、縦軸は半画角ω（°）を表している。歪曲収差図において、横軸は設計波長１０μｍにおける歪曲（％）を表しており、縦軸は半画角ω（°）を表している。

　実施例１
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      * #        6.475      0.536    1.523    15.1
 3      *          7.305      1.614
 4(絞り)              ∞      2.702
 5               -68.759      4.000    3.418    1860
 6               -16.815      8.284
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0    -1.646E-03     1.205E-03    -2.271E-04
                       A10           A12           A14
                 1.963E-05    -9.115E-07     1.756E-08

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0     3.912E-06     1.111E-03    -2.248E-04
                       A10           A12           A14
                 2.052E-05    -1.016E-06     2.113E-08

回折面データ
 面番号                 B2
 2                2.97E-04

　実施例２
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      *          7.129      0.551    1.523    15.1
 3      *          8.504      1.600
 4(絞り)              ∞      2.800
 5               -70.136      4.000    3.418    1860
 6               -17.015      8.142
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0    -2.916E-03     1.545E-03    -2.498E-04
                       A10           A12           A14
                 1.981E-05    -8.445E-07     1.488E-08

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0    -1.292E-03     1.464E-03    -2.484E-04
                       A10           A12           A14
                 2.057E-05    -9.272E-07     1.748E-08

　実施例３
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      *         11.890      0.540    1.523    15.1
 3      *         18.357      0.626
 4(絞り)              ∞      1.955
 5               -41.236      7.932    3.418    1860
 6               -16.136      8.946
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0     8.737E-04     2.901E-04    -7.171E-05
                       A10           A12           A14
                 5.770E-06    -2.547E-07     4.885E-09

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0     2.887E-03    -1.546E-05    -1.849E-05
                       A10           A12           A14
                 7.064E-07    -5.679E-09     6.346E-11

　実施例４
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      *          6.725      0.573    1.523    15.1
 3      *          8.491      1.469
 4(絞り)              ∞      2.657
 5               -41.381      2.275    3.418    1860
 6               -14.114      7.470
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0    -1.378E-03     1.386E-03    -2.682E-04
                       A10           A12           A14
                 2.476E-05    -1.278E-06     2.748E-08

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0     1.309E-03     9.799E-04    -2.017E-04
                       A10           A12           A14
                 1.907E-05     -1.07E-06     2.590E-08

　実施例５
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      *          6.323      0.580    1.523    15.1
 3      *          8.204      1.391
 4(絞り)              ∞      2.610
 5               -30.744      1.236    3.418    1860
 6               -12.288      6.999
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0    -1.660E-03     1.741E-03    -3.763E-04
                       A10           A12           A14
                 3.917E-05    -2.284E-06     5.510E-08

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0     1.849E-03     1.076E-03    -2.546E-04
                       A10           A12           A14
                 2.777E-05     -1.83E-06     5.125E-08

　実施例６
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2      * #        6.684      0.523    1.523    15.1
 3      *          6.764      2.097
 4(絞り)              ∞      3.712
 5              -156.874      4.000    3.418    1860
 6               -20.567      9.668
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 2         0    -2.142E-03     7.746E-04    -1.088E-04
                       A10           A12           A14
                 6.747E-06    -2.126E-07     2.740E-09

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0    -1.370E-03     8.127E-04    -1.213E-04
                       A10           A12           A14
                 7.955E-06    -2.642E-07     3.596E-09

回折面データ
 面番号                 B2
 2                9.60E-04

　実施例７
単位：mm
面データ
 面番号                R          d      N10      ν
 1(物面)              ∞         ∞
 2(絞り)              ∞      1.113
 3      *          9.323      0.500    1.523    15.1
 4      *         13.902      2.584
 5               -20.341      4.000    3.418    1860
 6               -12.139      9.008
 7(像面)              ∞

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 3         0    -3.936E-04     1.761E-04    -9.802E-05
                       A10           A12           A14
                 9.484E-06     -4.29E-07     7.526E-09

非球面データ
 面番号    K            A4            A6            A8
 4         0     2.130E-03    -2.736E-04    -1.880E-05
                       A10           A12           A14
                 2.389E-06    -9.735E-08     1.536E-09

　ＤＵ　　デジタル機器
　ＬＵ　　撮像光学装置
　ＬＮ　　遠赤外線用光学系
　Ｌ１　　第１レンズ
　Ｌ２　　第２レンズ
　ＳＴ　　開口絞り（絞り）
　ＳＲ　　撮像素子（遠赤外線センサー）
　ＳＳ　　受光面（撮像面）
　ＩＭ　　像面（光学像）
　ＡＸ　　光軸
　１　　信号処理部
　２　　制御部
　３　　メモリー
　４　　操作部
　５　　表示部

Claims (13)

1. 　物体側から順に、物体側に凸のメニスカス形状を有する第１レンズと、像側に凸形状を有する正パワーの第２レンズとからなり、前記第１レンズがポリエチレンで構成され、前記第２レンズがシリコンで構成され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする遠赤外線用光学系；
   ０＜｜ＦＬ／ｆ１｜＜０．２　…（１）
   　ただし、
   ＦＬ：全系の焦点距離、
   ｆ１：第１レンズの焦点距離、
   である。
2. 　前記第２レンズが球面レンズであることを特徴とする請求項１記載の遠赤外線用光学系。
3. 　前記第２レンズが物体側に凹のメニスカス形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の遠赤外線用光学系。
4. 　前記第１レンズの少なくとも１面に非球面が配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系。
5. 　以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系；
   ０．２ｍｍ＜ｔ１＜０．７ｍｍ　…（２）
   　ただし、
   ｔ１：第１レンズの芯厚、
   である。
6. 　前記第１レンズの両面に非球面が配置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系。
7. 　前記第１レンズの物体側面が中心から周辺に行くに従い曲率が強くなる非球面であることを特徴とする請求項６記載の遠赤外線用光学系。
8. 　以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系；
   ０．９＜ｆ２／ＦＬ＜１．１　…（３）
   　ただし、
   ＦＬ：全系の焦点距離、
   ｆ２：第２レンズの焦点距離、
   である。
9. 　前記第１レンズが正パワーを有することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系。
10. 　前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りが配置されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系。
11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系と、撮像面上に形成された遠赤外線光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の撮像面上に被写体の遠赤外線光学像が形成されるように前記遠赤外線用光学系が設けられていることを特徴とする撮像光学装置。
12. 　請求項１１記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
13. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の遠赤外線用光学系を備えたことを特徴とする遠赤外線用カメラシステム。

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