CN101395517A - 红外线变焦透镜及红外线照相机 - Google Patents

红外线变焦透镜及红外线照相机 Download PDF

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CN101395517A CNA2007800074107A CN200780007410A CN101395517A CN 101395517 A CN101395517 A CN 101395517A CN A2007800074107 A CNA2007800074107 A CN A2007800074107A CN 200780007410 A CN200780007410 A CN 200780007410A CN 101395517 A CN101395517 A CN 101395517A
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Abstract

本发明提供一种红外线变焦透镜及其相关技术，该红外线变焦透镜在维持像的亮度的同时具有小型且成本低的结构。该红外线变焦透镜(1a)构成为具有由硫化锌形成的第1至第3透镜组(G1～G3)。第1透镜组(G1)由1或2枚透镜构成，具有正折射能力。第2透镜组(G2)由1或2枚透镜构成，具有负折射能力。第3透镜组(G3)由大于或等于2枚透镜构成，作为透镜组整体具有正折射能力，同时具有凸面朝向物侧的正弯月透镜作为像面侧的最后一枚透镜。在变焦时第2透镜组(G2)沿光轴移动。第1至第3透镜组(G1～G3)的至少任意1个透镜面为衍射面。第1及第3透镜组(G1、G3)的至少任意1个透镜面为非球面。

Description

红外线变焦透镜及红外线照相机
技术领域
本发明涉及一种红外线变焦透镜(特别涉及一种远红外线变焦透镜)及红外线照相机。
背景技术
在下述专利文献1中公开了由5组透镜构成的现有的红外线变焦透镜。另外，在下述专利文献2中公开了由3组透镜构成的现有的红外线变焦透镜。无论是哪种红外线变焦透镜，都使用锗作为透镜材料。
专利文献1：日本国公开专利平10—213746号公报
专利文献2：日本国公布专利第2005—521918号公报
发明内容
但是，在上述专利文献1的红外线变焦透镜中，使用的透镜枚数较多，透镜系统大型化，照相机整体的小型化也变得困难，同时由于将价格高的锗作为透镜材料而用于多个透镜，所以由于这一点而成为成本增加的结构。
另外，在专利文献2的红外线变焦透镜中，使用的透镜枚数较少，但由于使用锗作为透镜材料，所以成为高成本的结构。无论是哪种透镜系统都使用非常昂贵的材料、即锗，不仅会妨碍透镜的低成本化，还会妨碍照相机的低成本化。
另外，硫化锌是低成本的红外线透射透镜的材料，但与锗相比，通常具有在远红外线波长区域(8～12μm)中由于厚度增加而导致光量损耗的增加较大的特性(例如，参照图57)。特别地，已知在大于或等于10μm的波长区域中，与由表面反射导致的光量损耗相比由材料内部吸收导致的光量损耗的影响更大，透射率大幅降低。并且波长色散也较大，与锗相比，难以用作远红外线区域的透镜材料。另外，在作为主要用途的夜视系统或监控照相机中，通过对利用红外线照相机得到的像进行图像处理而进行人物识别等判断，为了提高识别性能，需要得到足够析像度的像。因此，在透镜材料使用硫化锌的情况下，需要使透镜厚度变薄，得到明亮的红外线像。
另外，对于向车载用夜视系统的应用，通常前照灯的照射范围是30m，但在夜间行驶时，优选可以在30～80m的范围内识别行人。另外，由于在雨天时，路面容易打滑，制动距离变长，所以适用可以识别更远处的红外线照相机。因此，期望夜视用红外线照相机可以长焦距摄像。
另一方面，在低速行驶时，驾驶员即使在觉察到远方的行人后，再进行躲避动作，大多情况下也来得及。另外，如果在低速行驶时使用长焦距照相机，有时则会由夜视系统识别出过远处的行人，从而导致驾驶员的错误识别或错误动作。并且，在弯路行驶时等，在视场外存在行人的可能性变高。因此，在低速行驶时需要摄像视场较大的广角照相机。
由此，在夜视用照相机中寻求兼顾长焦距摄像和广角摄像。通常用于应对该要求的是变焦功能，有数字变焦和光学变焦这两种方法，但在夜视系统中搭载行人识别算法的情况下，优选使用光学变焦，其可以维持亮度并得到足够的析像度，而不会使画质产生恶化。
由此，本发明要解决的课题在于提供一种红外线变焦透镜及其相关技术，该红外线变焦透镜在维持像的亮度的同时具有小型且成本低的结构。
为了解决上述课题，第1技术方案为，红外线变焦透镜从物侧开始依次具有第1至第3透镜组，在变焦时，上述第1及第3透镜组为固定状态，上述第2透镜组移动，上述第1至第3透镜组分别具有至少1个由硫化锌形成的透镜。
另外，第2技术方案是在第1技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使上述第1透镜组由1或2枚透镜构成，具有正折射能力，上述第2透镜组由1或2枚透镜构成，具有负折射能力，上述第3透镜组由大于或等于2枚透镜构成，作为透镜组整体具有正折射能力，同时，具有凸面朝向物侧的正弯月透镜作为像面侧的最后一枚透镜，上述第1至第3透镜组具有的所有透镜都由硫化锌形成。
另外，第3技术方案是在第1或第2技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使上述第1至第3透镜组具有的至少任意1个透镜面为衍射面。
另外，第4技术方案是在第1至第3中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使上述第1及第3透镜组具有的至少任意1个透镜面为非球面。
另外，第5技术方案是在第1至第4中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使该红外线变焦透镜满足下述条件：
0.97<f1/ft<3.40
其中，
ft：第1至第3透镜组整体的最长焦距侧的焦距，
f1：第1透镜组的焦距。
另外，第6技术方案是在第1至第5中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使该红外线变焦透镜满足下述条件：
—1.25<f2/ft<—0.34
其中，
ft：第1至第3透镜组整体的最长焦距侧的焦距，
f2：第2透镜组的焦距。
另外，第7技术方案是在第1至第6中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使上述第1至第3透镜组具有的所有透镜的外径Rd满足下述关系式：
Rd<40mm。
另外，第8技术方案是在第1至第7中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜的基础上，使上述第1至第3透镜组具有的所有透镜的中心厚度Tm及边缘厚度Te，满足下述关系式：
1.5mm<Tm<8.0mm
1.0mm<Te<8.0mm。
另外，第9技术方案具有：第1至第8中任意一个技术方案所涉及的红外线变焦透镜；以及摄像元件，其对由上述红外线变焦透镜成像的像进行摄像。
发明的效果
根据本发明，通过减少透镜枚数以及所有透镜材料都使用硫化锌，可以实现小型且低成本，同时可以抑制由于使用光透射率低的硫化锌作为透镜材料而导致像变暗的问题。其结果，可以以小型且低成本的结构提供像明亮的红外线变焦透镜。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例1广角时的结构的图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例1的长焦距结构的图。
图3是表示图1中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图4是表示图1中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图5是表示图1的广角时的结构中的波长为12μm时的MTF特性的曲线图。
图6是表示图2的长焦距结构中的波长为12μm时的MTF特性的曲线图。
图7是表示图1的广角时的结构中的波长为10μm时的MTF特性的曲线图。
图8是表示图2的长焦距结构中的波长为10μm时的MTF特性的曲线图。
图9是表示图1的广角时的结构中的波长为8μm时的MTF特性的曲线图。
图10是表示图2的长焦距结构中的波长为8μm时的MTF特性的曲线图。
图11是表示图1的广角时的结构中的球面像差特性的曲线图。
图12是表示图1的广角时的结构中的非点像差特性的曲线图。
图13是表示图1的广角时的结构中的畸变特性的曲线图。
图14是表示图2的长焦距结构中的球面像差特性的曲线图。
图15是表示图2的长焦距结构中的非点像差特性的曲线图。
图16是表示图2的长焦距结构中的畸变特性的曲线图。
图17中，图17(a)至图17(c)是表示图1的广角时的结构中的与各个像高对应的横向像差特性的曲线图。
图18中，图18(a)至图18(c)是表示图2的长焦距结构中的与各个像高对应的横向像差特性的曲线图。
图19是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例2的广角时的结构的图。
图20是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例2的长焦距结构的图。
图21是表示图19中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图22是表示图19中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图23是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例3的广角时的结构的图。
图24是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例3的长焦距结构的图。
图25是表示图23中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图26是表示图23中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图27是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例4的广角时的结构的图。
图28是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例4的长焦距结构的图。
图29是表示图27中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图30是表示图27中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图31是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例5的广角时的结构的图。
图32是表示本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的实施例5的长焦距结构的图。
图33是表示图31中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图34是表示图31中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图35是表示对比例1的广角时的结构的图。
图36是表示对比例1的长焦距结构的图。
图37是表示图35中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图38是表示图35中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图39是表示对比例2的广角时的结构的图。
图40是表示对比例2的长焦距结构的图。
图41是表示图39中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图42是表示图39中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图43是表示对比例3的广角时的结构的图。
图44是表示对比例3的长焦距结构的图。
图45是表示图43中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图46是表示图43中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图47是表示对比例4的广角时的结构的图。
图48是表示对比例4的长焦距结构的图。
图49是表示图47中的各透镜的面形状、面间隔、孔径半径等的图。
图50是表示图47中的非球面透镜、衍射透镜的形状参数的图。
图51中，图51(a)及图51(b)是表示将与条件1相关的实施例及对比例的MTF特性等汇总后的表的图。
图52中，图52(a)及图52(b)是表示将与条件1相关的实施例及对比例的MTF特性等汇总后的表的图。
图53是表示将与条件1相关的实施例及对比例的MTF特性等汇总后的表的图。
图54中，图54(a)及图54(b)是表示将与条件2相关的实施例及对比例的MTF特性等汇总后的表的图。
图55中，图55(a)及图55(b)是表示将与条件2相关的实施例及对比例的MTF特性等汇总后的表的图。
图56是概略表示夜视系统的结构的图。
图57是针对多个透镜厚度而表示硫化锌透镜(没有镀层的情况)的红外线波长和透射率之间关系的曲线图。
标号的说明
1a～1e 红外线变焦透镜
G1 第1透镜组
G2 第2透镜组
G3 第3透镜组
L1～L4 透镜
Fi 红外线透射窗
Id 摄像元件
21 红外线照相机
23 显示部
25 控制部
具体实施方式
(基本结构)
参照图1及图2，说明本发明的一个实施方式所涉及的红外线变焦透镜的基本结构。另外，图1表示广角时(位置1)的结构，图2表示长焦距时(位置2)的结构。另外，在这里仅说明图1及图2的红外线变焦透镜1a的基本结构，进一步的详细结构作为实施例1在下面叙述。
该红外线变焦透镜1a如图1及图2所示，构成为从物侧依次具有由硫化锌形成的第1至第3透镜组G1～G3。第1透镜组G1由1或2枚透镜构成，具有正折射能力。第2透镜组G2由1或2枚透镜构成，具有负折射能力。第3透镜组G3由大于或等于2枚的透镜构成，作为透镜组整体具有正折射能力，同时具有凸面朝向物侧的正弯月透镜作为像面侧的最后一枚透镜。在变焦时，第1及第3透镜组G1、G3处于固定状态，第2透镜组G2沿光轴移动。透过第1至第3透镜组G1～G3的光(红外线)，经由红外线透射窗Fi入射至摄像元件Id的感光面，在该感光面上形成像。
由此，通过减少透镜枚数以及所有透镜材料都使用硫化锌，可以实现小型且低成本，同时可以抑制由于使用光透射率低的硫化锌作为透镜材料而导致像变暗的问题。其结果，可以以小型且低成本的结构提供像明亮的红外线变焦透镜1a。
更具体地说，第1透镜组G1由凸面朝向物侧的正弯月透镜L1构成。第2透镜组G2由双凹透镜L2构成。第3透镜组G3由2个透镜L3、L4构成。物侧的透镜L3是凸面朝向像侧的负弯月透镜，像侧的透镜L4(最后一枚透镜)是凸面朝向物侧的正弯月透镜。
另外，第1至第3透镜组G1～G3所具有的至少任意1个透镜面，形成为衍射面，由此，可以有效地改善红外线透射透镜中容易成为问题的色差。例如，在图1及图2的结构中，第2、第4及第8透镜面为衍射面。由此，通过将衍射面设置在前端透镜L1的像侧面上，而不设置在物侧面上，可以防止衍射面暴露在外部环境中而在衍射面上附着污物等。另外，在图1及图2所示的例子中衍射面设置共计3个面，但也可以构成为针对广角及长焦距的各个变焦位置的色差校正而分别设置1个面，共计2个面的衍射面。
另外，第1及第3透镜组G1、G3所具有的至少任意1个透镜面形成为非球面。由于第1及第3透镜组G1、G3所具有的透镜L1、L3、L4口径较大，容易产生球面像差，所以通过如上述所示使用非球面，可以有效地改善像差。另外，通过在直径较大的透镜上设置非球面，与设置在其他透镜上的情况相比，可以使非球面的形状变化的程度(弯曲程度)减小，在模具制作及透镜加工这一点上，加工变得容易。更具体地说，在第1至第3各透镜组G1～G3上分别设置至少1个非球面，分别改善各透镜组G1～G3的像差。例如，在图1及图2的结构中，第3、第5及第8透镜面为非球面。
另外，该红外线变焦透镜1a的F值设定为1.1左右。
另外，该红外线变焦透镜1a的变焦比设定为1.4～1.5左右。
并且，为了实现规定的成像性能，该红外线变焦透镜1a构成为满足下述2个参数条件：
0.97<f1/ft<3.40    (1)
—1.25<f2/ft<—0.34     (2)
其中，
ft：第1至第3透镜组G1～G3整体的最长焦距侧的焦距
f1：第1透镜组G1的焦距
f2：第2透镜组G2的焦距。通过满足这2个条件(1)、(2)，可以一边采用紧凑的结构，一边在红外线变焦透镜1a的长焦距时及广角时的视场角内的整个区域内，在为了摄像而受光的红外线的整个波长区域(例如，8～12μm)中得到足够的成像性能(例如，MTF大于或等于0.1)(关于这一点的详细说明，基于实施例及对比例在后面叙述)。由此，例如将红外线变焦透镜1a与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件Id组合，可以得到高析像度的红外线图像。
上述结构的透镜L1～L4以下述方法形成。即，通过使用透镜形状的模具，将硫化锌原料粉末在非氧化性气氛中(例如，真空、Ar等惰性气体或它们的组合等)进行热压成型，得到作为多晶硫化锌烧结体的透镜L1～L4。由此，通过使用硫化锌进行模具成型而制造透镜L1～L4，实现红外线变焦透镜1a的材料成本和加工成本的大幅降低。另外，也可以对成型后的透镜L1～L4进行研磨、研削等机械加工。
更详细地说，作为上述硫化锌原料粉末，使用平均粒径为0.5～2μm、纯度大于或等于98％的粉末。此外，作为热压成型的各个条件，温度为900～1100℃、压力为150～800kg/cm2是合适的。压力保持时间平均为0.05～1.5小时，可以与温度及压力条件的组合对应而适当地调节。
在这里，为了通过使用透镜形状的模具进行热压成型而以低成本制造具有规定光学性能的红外线变焦透镜1a，对于透镜L1～L4的外径和厚度等结构，需要采用适合其成型的结构。
为了提高该多晶硫化锌透镜的透射特性、或者保护其表面不受外部影响，形成镀层是有效的。此时镀层的材质或厚度根据该红外线变焦透镜的使用方法、场所、状况而适当地选择。
首先，对于透镜L1～L4的外径Rd，透镜L1～L4的外径Rd越大，可以获得亮度越高的像，但外径Rd越大，使用透镜形状的模具进行热压成型时所需的挤压机构的压力就越大。因此，从加工成本等观点出发，例如，在假设与像素间距为25μm的摄像元件Id组合的情况下，优选透镜L1～L4的外径Rd满足下述关系式：
Rd<40mm      (3)
由此，由于可以抑制使用透镜形状的模具进行热压成型时的挤压机构的压力，因此可以抑制用于透镜加工的设备成本。
另外，对于透镜L1～L4的厚度，为了确保使用透镜形状的模具进行热压成型时的成型性(机械强度、加工精度等)，需要一定程度的厚度，另一方面，如果厚度变大，则透过透镜时的光量损耗变大，同时，热压成型时容易在透镜L1～L4的厚度方向上产生压力的分布，在厚度方向上产生折射率的分布。因此，例如在假设与像素间距为25μm的摄像元件Id组合的情况下，对于透镜L1～L4的厚度，优选中心厚度Tm和边缘厚度Te满足下述关系式：
1.5mm<Tm<8.0mm      (4)
1.0mm<Te<8.0mm      (5)
由此，可以确保在使用透镜形状的模具进行热压成型时的成型性，并且实现厚度薄而使透过透镜时的光量损耗受到抑制的红外线变焦透镜1a，同时，通过抑制透镜L1～L4的厚度，可以防止热压成型时在透镜的厚度方向上产生压力的分布，从而在厚度方向上产生折射率的分布。
此外，作为摄像元件Id，使用在8～12μm区域内具有灵敏度的测辐射热计、热电堆、SOI二极管等非冷却型摄像元件。通常，利用像素数量为160×120、320×240的摄像元件Id，但通过使用像素间距小(例如25μm)的摄像元件Id，可以使红外线变焦透镜1a成为适于制造的最大直径30mm左右。
(实施例)
下面，作为上述实施方式的具体例子说明5个实施例1～5。实施例1与上述参数条件(1)、(2)的大致中间值对应，实施例2、3与参数条件(1)的大致边界值对应，实施例4、5与参数条件(2)的大致边界值对应。另外，引入与参数条件(1)对应的对比例1、2和与参数条件(2)对应的对比例3、4，将各实施例1～5与对比例1～4进行比较。
(实施例1)
实施例1所涉及的红外线变焦透镜1a具有图1至图4所示的结构，f1/ft设定为1.672，f2/ft设定为—0.597，F值设定为1.1，视场角设定为40度→22度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。另外，图4所示的非球面、衍射面的形状，通过将其参数代入下式而决定(以下相同)：
[式1]
Z ( y ) = y 2 R 1 + 1 - ( 1 + K ) y 2 R 2
    + A &CenterDot; y 4 + B &CenterDot; y 6 + C &CenterDot; y 8 + D &CenterDot; y 10
[式2]
&Phi; ( y ) = 1 n A - n B &CenterDot; mod ( C 1 r 2 + C 2 r 4 + C 3 r 6 + C 4 r 8 + C 5 r 10 , - &lambda; )
                     λ：基准波长
                     nA：像侧面的折射率
                        nB：物侧面的折射率
在上式中，Z是从非球面上的点向与非球面顶点相切的切平面引出的垂线的长度(mm)，y是距离光轴的高度(mm)，K是离心率，R是近轴曲率半径，A、B、C、D是4次、6次、8次、10次的非球面系数。此外，N是折射率，λ是参照波长的值，C1～C5是衍射面系数。另外，衍射非球面的面形状由上述式1、2的线性结合而得到。
在该实施例1的结构中，视场角内(广角时：0°、8.71°、14.97°/长焦距时：0°、6.64°、11.19°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的径向、切向的MTF，成为如图5至10所示的特性。
另外，广角、长焦距的各模式中与波长8μm、10μm、12μm相对应的球面像差、非点像差、畸变为图11至图16所示的特性。另外，对应于视场角内(广角时：0°、8.71°、14.97°/长焦距时：0°、6.64°、11.19°)的各像高的与波长8μm、10μm、12μm相对的横向像差，成为图17(a)至图17(c)、及图18(a)至图18(c)所示的特性(在各图中，左侧为切向、右侧为径向)。
(实施例2)
实施例2所涉及的红外线变焦透镜1b具有图19至图22所示的结构，f1/ft设定为0.986，F值设定为1.1，视场角设定为40度→29度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该实施例2的结构中，也对视场角内(广角时：0°、11.54°、19.77°/长焦距时：0°、8.75°、14.50°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图51(b)在后面叙述。
(实施例3)
实施例3所涉及的红外线变焦透镜1c具有图23至图26所示的结构，f1/ft设定为3.355，F值设定为1.1，视场角设定为24度→18度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该实施例3的结构中，也对视场角内(广角时：0°、6.94°、11.83°/长焦距时：0°、5.32°、8.97°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图52(b)在后面叙述。
(实施例4)
实施例4所涉及的红外线变焦透镜1d具有图27至图30所示的结构，f2/ft设定为—0.351，F值设定为1.1，视场角设定为40度→29度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该实施例4的结构中，也对视场角内(广角时：0°、11.56°、19.83°/长焦距时：0°、8.77°、14.57°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图54(b)在后面叙述。
(实施例5)
实施例5所涉及的红外线变焦透镜1e具有图31至图34所示的结构，f2/ft设定为—1.236，F值设定为1.1，视场角设定为27度→19度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该实施例5的结构中，也对视场角内(广角时：0°、7.79°、13.54°/长焦距时：0°、5.50°、9.34°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图55(a)在后面叙述。
(对比例1)
对比例1所涉及的红外线变焦透镜2a具有图35至图38所示的结构，f1/ft设定为0.954，F值设定为1.1，视场角设定为40度→29度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该对比例1的结构中，也对视场角内(广角时：0°、11.54°、19.75°/长焦距时：0°、8.74°、14.49°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图51(a)在后面叙述。
(对比例2)
对比例2所涉及的红外线变焦透镜2b具有图39至图42所示的结构，f1/ft设定为3.518，F值设定为1.1，视场角设定为24度→18度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该对比例2的结构中，也对视场角内(广角时：0°、6.94°、11.83°/长焦距时：0°、5.32°、8.97°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图53在后面叙述。
(对比例3)
对比例3所涉及的红外线变焦透镜2c具有图43至图46所示的结构，f2/ft设定为—0.334，F值设定为1.1，视场角设定为39度→29度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该对比例3的结构中，也对视场角内(广角时：0°、11.45°、19.52°/长焦距时：0°、8.75°、14.50°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图54(a)在后面叙述。
(对比例4)
对比例4所涉及的红外线变焦透镜2d具有图47至图50所示的结构，f2/ft设定为—1.276，F值设定为1.1，视场角设定为27度→19度(其中，视场角是与像素间距为25μm、像素尺寸为320×240的摄像元件组合的情况下的值)。
在该对比例4的结构中，也对视场角内(广角时：0°、7.78°、13.53°/长焦距时：0°、5.50°、9.34°)与波长8μm、10μm、12μm相对应的MTF特性等进行了测试，其结果基于图55(b)在后面叙述。
(总结)
图51(a)、图51(b)、图52(a)、图52(b)及图53，将与上述参数条件(1)对应的实施例1～实施例3及对比例1、2的MTF特性等总结在表中，以对比例1、实施例2、实施例1、实施例3、对比例2的顺序示出。另外，图54(a)、图54(b)、图55(a)及图55(b)，将与上述参数条件(2)对应的实施例4、5及对比例3、4的MTF特性等总结在表中，以对比例4、实施例4、实施例5、对比例4的顺序示出。各表中的MTF值是空间频率为20lp/mm时的值。
在这里，作为与将8～12μm这一波长区域作为目标的红外线变焦透镜的光学性能相关的评价基准，例如在假定与像素间距为25μm的摄像元件Id组合的情况下，如果在空间频率为20lp/mm时的MTF低于0.1，则从经验可知图像的对比度会大幅下降。
所以，以在从广角至长焦距的全部视场角及8～12μm的所有波长下，MTF是否都大于或等于0.1为基准，评价上述实施例1～5及对比例1～4。这样，根据上述表所示的MTF特性，在f1/ft、f2/ft的值满足上述参数条件(1)、(2)的实施例1～5中，在从广角至长焦距的全部视场角及所有波长下都得到大于或等于0.1的MTF，在f1/ft、f2/ft的值不满足上述参数条件(1)、(2)的对比例1～4中，在从广角至长焦距的某一个视场角或波长下，产生无法得到大于或等于0.1的MTF的部分。由此可知，为了在从广角至长焦距的全部视场角及所有波长下都得到大于或等于0.1的MTF，只要将f1/ft及f2/ft的值设定为满足上述参数条件(1)、(2)即可。
(应用例)
下面，说明将本实施方式所涉及的红外线变焦透镜1a～1e应用在车载用夜视系统中的情况。该夜视系统如图56所示，构成为具有：红外线照相机21，其设置在车辆的前端部等上；显示部23，其由设置在车室内的从驾驶席可以观察的位置上的液晶显示装置等构成；以及控制部25，其基于红外线照相机21拍摄得到的图像进行图像处理(基于对比度从图像中分离出人像的处理等)，基于该处理结果使显示部23显示警告图像等。作为变形例，也可以是单纯地将红外线照相机21的拍摄图像显示在显示部23上的结构。
红外线摄像机21构成为具有上述红外线变焦透镜1a～1e、红外线透射窗Fi以及摄像元件Id，通过在夜间等对车辆前方的物(人等)发出的红外线进行感光，拍摄车辆前方的红外线图像。
通过这样使用本实施方式所涉及的红外线变焦透镜1a～1e构成夜视系统，可以得到在由控制部25利用图像处理从红外线图像中抽取人像时所需的高析像度、高亮度、高对比度的图像。由此，例如即使在夜间或景色明亮的夏季的影像(夏季的影像中背景与人(行人等)之间的亮度差变小)中，也可以利用图像处理识别图像中的人像。此外，由于红外线透镜1a～1e适于小型化，因此可以实现红外线照相机的小型化，可以容易地构成能够搭载于车辆中的夜视系统。
另外，由于可以利用本实施方式所涉及的红外线变焦透镜1a～1e构成变焦式红外线照相机21，所以可以构成能够与车辆的行驶状态对应地切换长焦距模式和广角模式的夜视系统。

Claims (10)

1.一种红外线变焦透镜，其特征在于，
该红外线变焦透镜从物侧开始依次具有第1至第3透镜组，
在变焦时，上述第1及第3透镜组为固定状态，上述第2透镜组移动，
上述第1至第3透镜组分别具有至少1个由硫化锌形成的透镜。
2.根据权利要求1所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
上述第1透镜组由1或2枚透镜构成，具有正折射能力，
上述第2透镜组由1或2枚透镜构成，具有负折射能力，
上述第3透镜组由大于或等于2枚的透镜构成，作为透镜组整体具有正折射能力，同时，具有凸面朝向物侧的正弯月透镜作为像面侧的最后一枚透镜，
上述第1至第3透镜组具有的所有透镜都由硫化锌形成。
3.根据权利要求1或2所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
上述第1至第3透镜组具有的至少任意1个透镜面为衍射面。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
上述第1及第3透镜组具有的至少任意1个透镜面为非球面。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件：
97<f1/ft<3.40
其中，
ft：第1至第3透镜组整体的最长焦距侧的焦距，
f1：第1透镜组的焦距。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件：
—1.25<f2/ft<—0.34
其中，
ft：第1至第3透镜组整体的最长焦距侧的焦距，
f2：第2透镜组的焦距。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
上述第1至第3透镜组具有的所有透镜的外径Rd满足下述关系式：
Rd<40mm。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的红外线变焦透镜，其特征在于，
上述第1至第3透镜组具有的所有透镜的中心厚度Tm及边缘厚度Te，满足下述关系式：
1.5mm<Tm<8.0mm
1.0mm<Te<8.0mm。
9.一种红外线照相机，其特征在于，具有：
权利要求1至8中任意一项所述的红外线变焦透镜；以及
摄像元件，其对由上述红外线变焦透镜成像的像进行摄像。
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