CN112912773A - 成像透镜及成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与具有宽的透光区域的成像透镜相比，更能够提高近红外波长区域内特定波长区域中的透光率的成像透镜以及使用了该成像透镜的成像装置。成像透镜具有多个透镜，通过对多个透镜的至少一部分施加涂层，在近红外光波长区域中，比包含1550nm的近红外光峰值波长区域NIR短的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域NIR的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比近红外光峰值波长区域NIR长的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域NIR的长波长端的透光率随着波长变长而降低。

Description

成像透镜及成像装置
技术领域
本公开的技术涉及一种成像透镜及成像装置。
背景技术
成像装置通常在可见光下进行摄像，但是除此以外也已知有在各种用途中使用的成像装置。例如，存在如夜视相机和测距相机等那样在近红外光区域的波长光下进行摄像的成像装置。
并且，还已知一种能够在可见光和近红外光这两个波长区域进行摄像的成像装置。作为在这样的成像装置中使用的成像元件，使用能够在从可见光到近红外光的波长区域中检测光的成像元件。例如，专利文献1中公开了使用CMOS(互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor))传感器或CCD(电荷耦合元件(ChargeCoupled Device))传感器的成像装置。专利文献1中记载的成像装置是在近红外光区域也能够进行摄像的成像装置。
并且，作为在更宽的近红外光区域中具有检测灵敏度的成像元件，例如，可例举能够在0.5μm至1.7μm的波长区域中检测光的InGaAs成像元件等。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-103964号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1中公开的成像装置只能在1.1μm以下的近红外光区域进行摄像。当在更长的波长区域进行摄像时，需要使用InGaAs等半导体成像元件。
本公开的一实施方式提供一种与具有宽的透光区域的成像透镜相比，更能够提高近红外波长区域内特定波长区域中的透光率的成像透镜以及使用了该成像透镜的成像装置。
用于解决技术课题的手段
在第1方式所涉及的成像透镜中，具有多个透镜，通过对多个透镜的至少一部分施加涂层，在近红外光波长区域中，比包含1550nm(1.55μm)的近红外光峰值波长区域短的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比近红外光峰值波长区域长的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。因此，第1方式所涉及的成像透镜与具有宽的透光区域的成像透镜相比，更能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
第2方式所涉及的成像透镜中，近红外光峰值波长区域中的透光率为60％以上。根据第2方式所涉及的成像透镜，近红外光峰值波长区域中的透光率为60％以上，从而与具有宽的透光区域的成像透镜相比，更能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第3方式所涉及的成像透镜中，通过对多个透镜的至少一部分施加涂层，在可见光波长区域中，比包含500nm至650nm的范围的可见光峰值波长区域短的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比可见光峰值波长区域长的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。根据第3方式所涉及的成像透镜，具有包含500nm至650nm的范围的可见光峰值波长区域，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第4方式所涉及的成像透镜中，表示在近红外光峰值波长区域中透光率波动特性的波纹的大小和数量中的至少一个第1变量小于表示在可见光峰值波长区域中透光率波动特性的波纹的大小和数量中所对应的第2变量。根据第4方式所涉及的成像透镜，近红外光峰值波长区域中的波纹的大小和数量中的至少一个小于可见光峰值波长区域中的透光率所对应的波纹的大小或数量，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第5方式所涉及的成像透镜中，可见光波长区域中所包含的蓝色波长区域中短波长侧的波长区域的透光率低于蓝色波长区域中长波长侧的波长区域的透光率。根据第5方式所涉及的成像透镜，可见光波长区域中所包含的蓝色波长区域中短波长侧的波长区域的透光率低于蓝色波长区域中长波长侧的波长区域的透光率，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第6方式所涉及的成像透镜中，蓝色波长区域中短波长侧的波长区域为450nm以下的波长区域。根据第6方式所涉及的成像透镜，使蓝色波长区域中450nm以下的波长区域的透光率低于比450nm长的波长区域的透光率，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第7方式所涉及的成像透镜中，400nm至430nm的透光率为50％以下。根据第7方式所涉及的成像透镜，400nm至430nm的透光率为50％以下，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
第8方式所涉及的成像透镜通过对多个透镜的至少一部分施加涂层，在近红外光峰值波长区域与可见光峰值波长区域之间，具有与近红外光峰值波长区域和可见光峰值波长区域相比透光率更小的低透光率区域。根据第8方式所涉及的成像透镜，在近红外光峰值波长区域与可见光峰值波长区域之间，具有与近红外光峰值波长区域和可见光峰值波长区域相比透光率更小的低透光率区域，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第9方式所涉及的成像透镜中，低透光率区域是900nm至1100nm的波长区域，该波长区域中的透光率为5％以下。根据第9方式所涉及的成像透镜，低透光率区域是900nm至1100nm的波长区域，该波长区域中的透光率为5％以下，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
在第10方式所涉及的成像透镜中，在近红外光峰值波长区域具有透光率峰值的基波中由于涂层引起的干涉而产生的基波的三分之一波长的透光率峰值存在于可见光峰值波长区域。根据第10方式所涉及的成像透镜，在近红外光峰值波长区域具有透光率峰值的基波中由于涂层引起的干涉而产生的基波的三分之一波长的透光率峰值存在于可见光峰值波长区域，从而能够提高近红外波长内特定波长区域中的透光率。
第11方式所涉及的成像透镜包含滤光器切换部，该滤光器切换部能够将降低可见光的至少一部分的透光率的第1滤光器和降低近红外光的至少一部分的透光率的第2滤光器中的至少任一个配置在光路上。根据第11方式所涉及的成像透镜，包含能够将降低可见光的至少一部分的透光率的第1滤光器和降低近红外光的至少一部分的透光率的第2滤光器中的至少任一个配置在光路上的滤光器切换部，从而能够提高所拍摄的图像的分辨率。
在第12方式所涉及的成像透镜中，第2滤光器的折射率与厚度的乘积大于第1滤光器的折射率与厚度的乘积。根据第12方式所涉及的成像透镜，第2滤光器的折射率与厚度的乘积大于第1滤光器的折射率与厚度的乘积，从而能够减小可见光下的对焦位置与近红外光下的对焦位置之间的偏差的大小。
第13方式所涉及的成像透镜包含滤光器切换部，该滤光器切换部配置在比位于多个透镜中最靠近成像侧的透镜更加靠近成像侧的位置。根据第13方式所涉及的成像透镜，即使滤光器切换部存在于位于最靠近成像侧的透镜与成像元件之间，也能够得到效果。
第14方式所涉及的成像透镜包含控制部，该控制部具有表示将第1滤光器或第2滤光器配置在光路上时的对焦位置的对焦位置信息，并且根据对焦位置信息，进行在第1滤光器配置在光路上时以及在第2滤光器配置在光路上时改变对焦位置调整透镜的位置的控制。根据第14方式所涉及的成像透镜，能够进行近红外光摄像中的焦点调节。
第15方式所涉及的成像透镜包含变焦光学系统。根据第15方式所涉及的成像透镜，能够在近红外光下放大拍摄远距离对象。
第16方式所涉及的成像装置包含：第1方式至第15方式中任一个方式所涉及的成像透镜；以及InGaAs成像元件，通过成像透镜对被摄体进行摄像。根据第16方式所涉及的成像装置，与使用具有宽的透光区域的成像透镜的情况相比，通过提高近红外波长内特定波长区域中的透光率，能够得到分辨率高的摄像图像。
发明效果
根据本公开的一实施方式，可以提供一种与具有宽的透光区域的成像透镜相比，更能够提高近红外波长区域内特定波长区域中的透光率的成像透镜以及使用了该成像透镜的成像装置。
附图说明
图1是包含实施方式所涉及的成像透镜的成像装置的概略结构图。
图2是从图1的A-A方向观察的滤光器切换部的示意图。
图3是实施方式所涉及的成像装置的概略方块结构图。
图4是实施方式所涉及的计算机的概略结构图。
图5是实施方式所涉及的对焦处理的流程图。
图6是实施例1的成像透镜的透光率分布。
图7是实施例2的成像透镜的透光率分布。
图8是通过使用实施例1的成像透镜进行摄像而得到的图像。
图9是通过使用实施例1的成像透镜并仅将近红外光作为对象进行摄像而得到的图像。
图10是通过将可见光和近红外光作为对象进行摄像而得到的图像。
图11是表示大气中微粒的粒子数的图。
图12是表示由于透镜中的吸收和散射引起的光损失量的图。
图13是表示将程序从存储介质安装到成像装置的方式的概念图。
具体实施方式
(实施方式)
以下，参考附图对本公开的技术的实施方式的一例进行说明。
首先，对在以下说明中使用的术语进行说明。在以下说明中，“CPU”是指“中央处理单元(Central Processing Unit)”的简称。“ROM”是指“只读存储器(Read Only Memory)”的简称。“DVD-ROM”是指“数字多功能光盘-只读存储器(Digital Versatile Disc-ReadOnly Memory)”的简称。“RAM”是指“随机存取存储器(Random Access Memory)”的简称。“I/F”是指“接口(Interface)”的简称。“HDD”是指“硬盘驱动器(Hard Disk Drive)”的简称。“EEPROM”是指“电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory)”的简称。“CMOS”是指“互补型金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor)”的简称。“CCD”是指“电荷耦合元件(Charge Coupled Device)”的简称。“FPGA”是指“现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array)”的简称。“PLD”是指“可编程逻辑设备(Programmable Logic Device)”的简称。“ASIC”是指“专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit)”(针对特定应用集成电路)的简称。“SSD”是指“固态硬盘(Solid State Drive)”的简称。“USB”是指“通用串行总线(UniversalSerial Bus)”的简称。
一直以来，已知尤其当在近红外光下拍摄远距离的风景时，可以得到比在可见光下拍摄的图像的清晰度更高的图像。这是因为由于大气中存在的微粒引起的散射量在近红外光下比在可见光下少。就在大气中通过的光而言，随着其距离变长而散射量变大，直线传播的光量减少。因此，从对象到摄像位置为止的距离越长，通过摄像而得到的图像(以下，还称为“摄像图像”)的分辨率越降低。可以得到近红外光下的清晰度比可见光下的清晰度高的摄像图像意味着近红外光下的分辨率的降低程度小于可见光下的该降低程度。
由微粒引起的光散射包括瑞利散射和米氏散射。瑞利散射是由具有远小于光波长的直径的微粒引起的散射。米氏散射是由具有相对接近光波长的直径的微粒引起的散射。作为散射的指标，有由下式(1)定义的散射参数α。
α＝πd/λ (1)
其中，π为圆周率，d为粒径，λ为光的波长。由于直径为d的粒子导致波长为λ的光被散射的机理根据散射参数α而发生变化。当α＜＜1时，成为瑞利散射。当α≈1时，成为米氏散射。
图11示出了大气中所包含的微小水滴和微小细尘的粒子数的分布示意图。图11的横轴为微粒的直径，纵轴为大气中微粒的粒子数。如图11所示，粒径主要在几nm至几十nm之间和百nm至几百nm之间存在蒸汽微粒的峰值。即，已知具有该范围的直径的蒸汽微粒的存在量多。就通过大气中的光而言，主要通过由具有前者直径的蒸汽微粒引起的瑞利散射而散射，通过由具有后者直径的蒸汽微粒引起的米氏散射而散射。其结果，随着具有成像透镜的成像装置的摄像距离变长，到达成像装置中所包含的成像透镜的光量减少。该减少率在可见光下大于近红外光下。因此，与利用可见光进行摄像时相比，利用近红外光进行摄像时更能够得到分辨率高的摄像图像。
另一方面，在用于成像装置中拍摄的成像透镜中通过的光也由于成像透镜中所包含的透镜的成分而被散射和吸收。如图12所示，在透镜中通过的光由于作为透镜的主成分的二氧化硅而被瑞利散射和红外吸收。如图中的单点划线所示，波长越长，瑞利散射变得越小。并且，如图中的双点划线所示，由Si-O键合引起的红外吸收从1.55μm波长附近开始吸收，并且波长越长，吸收变得越大。此外，在图中的1.4μm波长附近观察到的强吸收是由透镜成分的OH-引起的吸收峰值。
从图12可知，由于透镜中的散射和吸收引起的光量的降低量(损失)在实线表示的散射和吸收的总计中，以1.55μm波长为中心的正负0.1μm左右成为最低范围。也就是说，以1.55μm波长为中心的正负0.1μm波长的光的透射率变得最高。
在瑞利散射的情况下，散射强度与被散射的光的波长的4次方成反比。基于此，如果将1.55μm波长的光与作为可见光的0.553μm波长的光的瑞利散射强度进行比较，则1.55μm波长的光的散射强度约为0.553μm波长的光的散射强度的72分之1。
并且，米氏散射的情况有文献值记载，如果将1.55μm波长的光与0.77μm波长的光的米氏散射的前方散射量进行比较，则1.55μm波长的光的散射量约为0.77μm波长的光的散射量的191分之1。
如上所述，可知在近红外光之中，1.55μm波长前后的光是最适合于抑制大气中以及由透镜引起的散射和吸收的波长。基于这些考虑，本发明人等发现能够用可见光和近红外光进行摄像的成像装置中，作为近红外光的摄像波长区域，将包含1.55μm的区域设定为摄像波长区域最适合于提高摄像图像的分辨率。
因此，由成像透镜的透射光的波长产生的透射率分布需要设计成在包含1550nm的区域具有透射率的峰值。此外，由于在可见光波长区域中也优选可以得到尽可能高的分辨率，因此在可见光波长区域也优选具有透光率尽可能高的区域。由本发明人等进行深入研究的结果明确了为了设计成基于成像透镜的透射光的波长产生的透射率分布在包含1550nm的区域具有透射率的峰值，并且在可见光波长区域也具有透光率尽可能高的区域，在可见光波长区域与包含1550nm的近红外光波长区域之间形成透光率低的区域是有用的。
并且，已经发现通过降低可见光中特定波长的透光率，能够更加提高包含1550nm的波长区域的透光率。该结构在包含1550nm的近红外光波长区域中使高分辨率的摄像优选于相对于可见光的摄像的情况下尤其有益。
另一方面，例如0.4至0.7μm的可见光波长区域与1550nm的近红外光波长具有不同数位的波长差。波长差越大，可见光与近红外光的焦距之差变得越大。因此，如果利用可见光和近红外光这两种光进行摄像，则对焦状态的光和非对焦状态的光并存。这成为摄像图像的分辨率降低的原因。因此，在成像装置中，当进行摄像时，优选能够切换仅用可见光进行摄像的结构和仅用近红外光进行摄像的结构。
此外，可见光波长与近红外光波长的对焦位置之差根据变焦倍率的大小发生变化。因此，当以可见光为对象进行的摄像与以近红外光为对象进行的摄像进行切换时，变得难以重新调整对焦位置。这是因为在现有技术中，在特定波长的光中，变焦倍率的改变与对焦位置的调节是联动进行的。因此，为了进行可见光波长与近红外光波长的对焦位置的调整，优选使用专用的焦点调节系统，和/或设置用于改变可见光和近红外光中至少任一个的光路长度的光学部件。以下，“变焦倍率”也简称为“倍率”。
接着，参考附图对使用了实施方式所涉及的成像透镜100的成像装置1进行说明。如图1所示，成像装置1具备成像透镜100以及成像部130。成像部130具备成像元件132。成像元件132将由成像透镜100成像的摄像对象的光学像转换为电信号。成像装置1例如是能够拍摄到远距离的监控摄像机。这里所说的“远距离”是指，例如几公里到几十公里的距离。
成像透镜100是具有多个透镜的长焦透镜。成像透镜100从物侧朝向成像侧而具备物镜10、聚焦透镜12、变焦透镜14、光圈30、滤光器切换部50以及调整透镜16。物侧是指存在摄像对象的一侧，成像侧是指作为对象的光学像被成像的一侧，即存在成像元件132的一侧。本说明书中所说的“成像透镜”是表示例如用于通过多个透镜在成像元件132的成像面132A使摄像对象的光学像成像的光学系统。“成像透镜”不仅可以包括透镜，还可以包括光圈、滤光器、半反射镜和/或偏转元件等光学元件。
物镜10固定在保持透镜等各光学元件的框体90上，并收集来自摄像对象的光。
聚焦透镜12是调节对象像的对焦位置的光学系统。变焦透镜14是调节变焦倍率的光学系统。聚焦透镜12和变焦透镜14通过凸轮机构(省略图示)相互联动并沿着成像透镜100的光轴OP前后移动。由此，改变倍率并且对焦位置被调节成使得对焦位置到达成像元件132的成像面132A。此外，光轴OP也称为光路OP。聚焦透镜12和变焦透镜14通过由变焦透镜驱动机构20使变焦凸轮(省略图示)旋转而被驱动。根据由用户向成像装置1发出的指示，由控制部110控制变焦透镜驱动机构20。变焦透镜14是本公开的技术所涉及的“变焦光学系统”的一例。
光圈30是遮蔽杂散光等不必要的光并使光束变窄的光学元件。滤光器切换部50是用于在可见光下的摄像和近红外光下的摄像中切换成不同的滤光器的装置。在图1中，光圈30配置在变焦透镜14与滤光器切换部50之间，但光圈30的位置并不限定于此，例如，也可以配置成能够在聚焦透镜12与变焦透镜14之间移动。
如图2所示，滤光器切换部50是在圆板上配置有四个滤光器52、54、56及58的转台式切换装置。该切换装置通过马达等转台驱动机构22使圆板旋转而将各个滤光器配置在光路OP上。滤光器切换部50具备未图示的传感器，该传感器用于检测配置在光路OP上的滤波器。传感器的设置位置可以不在滤光器切换部50而是在转台驱动机构22。根据由用户向成像装置1发出的指示，由控制部110控制转台驱动机构22。
此外，在图1中，滤光器切换部50配置在变焦透镜14与调整透镜16之间，但是滤光器切换部50的位置并不限定于此。滤光器切换部50可以配置在从比物镜10靠近对象物侧至比调整透镜16靠近成像侧之间。例如，滤光器切换部50也可以配置在调整透镜16与成像元件132之间。
并且，成像装置1也可以是能够将容纳成像透镜100的框体90与成像部130分开的结构。例如，成像装置1也可以构成为将框体90设为可更换的透镜部，将成像部130设为相机部，并且能够将多种透镜部中的任一个安装在一个相机部。此时，滤光器切换部50也可以配置在成像部130即相机部。
滤光器52是降低近红外光中的至少一部分的波长区域的透光率的带通滤光片。近红外光中的至少一部分的波长区域的透光率是指，例如在成像透镜100的近红外光区域中与透光区域有关的透光率。在此，近红外光区域是指，例如近红外光波长区域中1100nm以上的波长区域。并且，近红外光区域中的透光区域是指，例如后述的近红外光峰值波长区域。滤光器(带通滤光片)52是本公开的技术所涉及的第2滤光器的一例。当通过成像装置1在可见光下进行摄像时，滤光器52配置在光路OP上。
滤光器54是降低可见光中的至少一部分的波长区域的透光率的带通滤光片。可见光中的至少一部分的波长区域是指成像透镜100的可见光区域中的透光区域。在此，可见光区域是指，例如800nm以下的波长区域。并且，可见光区域中的透光区域是指，例如后述的可见光峰值波长区域。滤光器(带通滤光片)54是本公开的技术所涉及的第1滤光器的一例。当在近红外光下进行摄像时，滤光器54配置在光路OP上。
滤光器56是具有接近于其他滤光器52、54及58的折射率的透明玻璃板。滤光器56是光路长度调整滤波器，其用于在不使用其他滤光器52、54及58时，使光路长度尽可能与使用滤光器52、54及58时的光路长度保持不变。滤光器58是用于调整光量的ND(中性密度(Nuetral Density))滤波器。
作为滤光器52的折射率与厚度的乘积的ND值大于作为滤光器54的折射率与厚度的乘积的ND值。这是因为通过减小切换作为摄像对象的光的可见光与近红外光时的光路长度之差，从而减小可见光下的对焦位置与近红外光下的对焦位置之差。也就是说，滤光器52虽然透射可见光，但是可见光下的焦距比近红外光下的焦距短。因此，通过使滤光器52的ND值大于使近红外光透射的滤光器54的ND值，从而增加光路长度。通过该结构，能够减小可见光下的对焦位置与近红外光下的对焦位置之间的偏差。改变滤光器52的ND值和滤光器54的ND值的结构，在以下记载的仅利用调整透镜16无法调整可见光下的对焦位置与近红外光下的对焦位置之间的偏差时很有用。
调整透镜16是用于在切换滤光器52与滤光器54时调整可见光下的焦距与近红外光下的焦距之间的差异的透镜。波长比可见光长的近红外光的焦距长于可见光的焦距。聚焦透镜12和变焦透镜14构成为以使在可见光下变倍时的对焦位置与成像元件132的成像面132A对齐的方式联动地移动，因此无法调整近红外光下的对焦位置。因此，当在近红外光下进行摄像时，即，当将滤光器54配置在光路OP上时，调整透镜16根据后述的对焦位置数据以使对焦位置与成像面132A对齐的方式移动。调整透镜16是本公开的技术所涉及的“对焦位置调整透镜”的一例。
调整透镜16由调整透镜驱动机构24驱动。根据来自用户的指示，由控制部110控制调整透镜驱动机构24。具体地，控制部110根据由用户指示的摄像条件来控制调整透镜驱动机构24，以将调整透镜16的位置调整到对焦位置。在此，摄像条件是指，例如根据用户的指示进行的可见光或近红外光的选择以及变焦倍率的选择。此外，调整透镜16的对焦位置是指，用于在成像元件132的成像面132A使光以对焦状态成像的调整透镜16的位置。
或者，控制部110也可以与根据来自设置在滤光器切换部50的传感器的滤波器位置信息而配置在光路OP上的滤光器相同地，根据对焦位置数据来调整调整透镜16的位置。例如，如果由用户通过后述的输入部28向控制部110指示在可见光下进行摄像，则滤光器52通过控制部110而配置在光路OP上。并且，如果由用户通过输入部28向控制部110指示在近红外光下进行摄像，则滤光器54通过控制部110而配置在光路OP上。控制部110通过设置在滤光器切换部50的传感器来检测光路OP上的滤光器的种类，并根据检测到的滤光器的种类来调整调整透镜16的位置。此外，调整透镜16也可以用于在更换成像部130时调整法兰距。
作为一例，如图3所示，成像装置1由控制部110控制。控制部110具备计算机200。作为一例，如图4所示，计算机200具有彼此之间用总线112连接的CPU202、RAM204以及ROM206。CPU202控制整个成像装置1。RAM204例如是在执行成像装置控制程序时用作工作区域等的易失性存储器。ROM206例如是存储控制成像装置1的成像装置控制程序210和对焦位置数据212等的非易失性存储器。此外，在本实施方式中，以CPU202进行了例示，但是也可以使用多个CPU来代替CPU202。
CPU202从ROM206读取成像装置控制程序210，并将所读取的成像装置控制程序210展现到RAM204。然后，CPU202通过执行成像装置控制程序210来控制作为一例的图3所示的变焦透镜驱动部114、转台驱动部116及调整透镜驱动部118。
对焦位置数据212是当在可见光下进行摄像时的调整透镜16的位置和当在近红外光下进行摄像时的调整透镜16的位置与倍率相关联而得的数据。如上所述，在可见光下进行摄像时是指通过滤光器切换部50配置滤光器52的情况。在近红外光下进行摄像时是指通过滤光器切换部50配置滤光器54的情况。对焦位置数据212例如按照在可见光下和近红外光下的倍率而存储为调整透镜16的位置数据。
对焦位置数据212是本公开的技术所涉及的“对焦位置信息”的一例。
变焦透镜驱动机构20、转台驱动机构22及调整透镜驱动机构24可以使用公知的机构。
在图1中示出这些机构存在于框体90的内侧的情况，但是也可以配置在框体90的外侧。
成像元件132是例如能够用可见光和近红外光这两种光的波长对被摄体进行摄像的InGaAs成像元件。由成像透镜100成像的光学像通过成像部130的成像元件132转换成电信号，在进行各种图像处理之后作为图像而显示在后述的图像显示部26。并且，图像处理后的图像可以通过有线或无线发送到外部。
如图3所示，控制部110包括变焦透镜驱动部114、转台驱动部116、调整透镜驱动部118、输出I/F120、输入I/F122、图像处理部126以及计算机200。它们通过总线112连接。并且，控制部110包括未图示的外部I/F。
变焦透镜驱动部114与变焦透镜驱动机构20连接。转台驱动部116与转台驱动机构22连接。调整透镜驱动部118与调整透镜驱动机构24连接。输出I/F120与图像显示部26连接。输入I/F122与成像元件132及输入部28连接。
图像显示部26根据通过输出I/F120输入的图像信号来显示图像。输入部28接收由用户给出的指示。输入I/F122是用于接收来自成像元件132的电信号以及通过输入部由用户输入的指示，并且将该指示发送至计算机200的接口。外部I/F是例如用于通过无线通信接收来自用户的指示，并且通过无线通信发送已进行图像处理的图像的接口。图像处理部126对由成像元件132获取的图像进行图像处理。
变焦透镜驱动部114根据计算机200的指示，通过控制变焦透镜驱动机构20来调整聚焦透镜12的位置和变焦透镜14的位置。转台驱动部116根据控制部110的指示，通过控制转台驱动机构22来切换滤光器切换部50的滤波器。调整透镜驱动部118根据控制部110的指示，通过控制调整透镜驱动机构24来调整调整透镜16的位置。输出I/F120是用于将通过由图像处理部126执行图像处理而获得的摄像图像发送至图像显示部26的接口。
接着，参考图5对由CPU202对滤光器切换部50和调整透镜16进行的驱动控制的一例(对焦处理)进行说明。图5是表示由CPU202根据成像装置控制程序210执行的对焦处理的流程的一例的流程图。图5所示的对焦处理是以如下情况为前提的处理，即，由用户通过输入部28指示在可见光下或在近红外光下进行摄像的条件，并根据所指示的摄像条件来驱动滤光器切换部50和调整透镜16。
首先，在步骤S10中，CPU202判定用户是否指示了在可见光下进行摄像。在步骤S10中，当由用户指示了在可见光下进行摄像时，判定为肯定，对焦处理转移至步骤S12。在步骤S10中，当用户没有指示在可见光下进行摄像时，判定为否定，对焦处理转移至步骤S16。
在步骤S12中，CPU202通过控制转台驱动部116而将滤光器52配置在光路OP上。
在下一步骤S14中，CPU202通过控制调整透镜驱动部118，以使可见光下的对焦位置与成像元件132的成像面132A对齐的方式使调整透镜16移动从而结束处理。
在步骤S16中，CPU202判定用户是否指示了在近红外光下进行摄像。在步骤S16中，当由用户指示了在近红外光下进行摄像时，判定为肯定，对焦处理转移至步骤S18。在步骤S16中，当用户没有指示在近红外光下进行摄像时，判定为否定，并结束对焦处理。
在步骤S18中，CPU202通过控制转台驱动部116而将滤光器54配置在光路OP上。
在下一步骤S20中，CPU202以使近红外光下的对焦位置与成像元件132的成像面132A对齐的方式使调整透镜16移动，之后结束对焦处理。
如上所述，控制部110具有对焦位置信息，该对焦位置信息表示将作为第1滤光器的一例的滤光器54或作为第2滤光器的一例的滤光器52配置在光路上的情况下的对焦位置，根据对焦位置信息，在作为第1滤光器的一例的滤光器54配置在光路上的情况以及在作为第2滤光器的一例的滤光器52配置在光路上的情况下，进行改变对焦位置调整透镜的位置的控制。由此，能够轻松地进行在近红外光摄像中的焦点调节。
此外，上述的对焦处理仅为一例。因此，在不脱离宗旨的范围内，当然也可以删除不必要的步骤、追加新的步骤或者改变处理顺序。
并且，在本实施方式中，对成像装置控制程序210和对焦位置数据212存储在控制部110的ROM206中的一例进行了说明，但是本公开的技术并不限定于此。例如，成像装置控制程序210和对焦位置数据212中的至少一个也可以存储在与总线112连接的HDD、EEPROM或闪存等中。
并且，如图13所示，也可以将成像装置控制程序210存储在SSD、USB存储器或DVD-ROM等任意便携式存储介质300中。在这种情况下，存储在存储介质300中的成像装置控制程序210安装在控制部110的计算机200中，所安装的成像装置控制程序210通过控制部110的CPU202被执行。
并且，也可以设为将成像装置控制程序210存储在通过通信网络(省略图示)与成像装置1的控制部110连接的其他计算机或服务器装置等的存储部中，并且根据成像装置1的要求来下载成像装置控制程序210。在这种情况下，所下载的成像装置控制程序210通过控制部110的CPU202被执行。
此外，控制部110也可以配置在成像透镜100的框体90。或者，也可以配置在成像部130而不是成像透镜100的框体90。当成像透镜100的种类有多种时，通过将存储有针对各个成像透镜的所有控制程序的控制部110配置在成像部130，即使在按照框体90更换种类不同的成像透镜100的情况下，也能够通过控制部110来控制所更换的成像透镜100。
接着，对成像透镜100的透光率进行说明。成像透镜100的各透镜被涂层为在可见光和近红外光的特定波长区域具有高的透光率。涂层优选通过在透镜面将如下材料以薄膜状层叠多层构成，该材料使TiO2，Ta2O5，Al2O3，SiO2，MgF2等的光透射。通过调整形成薄膜的材料的折射率、厚度以及层数，能够增加特定波长区域的透光率并减小特定波长区域的透光率。用于增加特定波长区域的透光率并减小特定波长区域的透光率的涂层材料、涂层厚度以及涂层层数能够根据计算机模拟等进行设计。
透光率是表示使某一波长的光例如入射到透镜时从透镜射出的光的强度相对于入射到透镜的光的强度的比例，可以由下式表示。
透光率(％)＝100×(出射光强度)/(入射光强度)
虽然图1中简要示出，但物镜10、聚焦透镜12、变焦透镜14及调整透镜16分别由1个以上的透镜组构成。成像透镜100作为整体由几个至几十个透镜构成。成像透镜100的各透镜被进行了涂层，以使其在可见光和近红外光中的特定波长区域具有高的透光率。涂层也可以仅施加于所有透镜中一部分。但是，更优选涂层施加于所有透镜。
如上所述，当用户利用近红外光拍摄风景等的情况下，大气及由透镜引起的近红外光的散射和吸收在1550nm附近最少，因此优选成像透镜在1550nm附近具有尽可能高的透光率。此外，由于设为在可见光下也能够进行摄像，因此优选成像透镜在尽可能宽的可见光区域具有高的透光率。
为了满足上述两个条件，优选在近红外光波长区域中，在包含1550nm的近红外光峰值波长区域具有近红外光波长区域中的透光率的峰值。也就是说，优选比包含1550nm的近红外光峰值波长区域短的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比近红外光峰值波长区域长的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。
并且，优选在可见光波长区域中具有包含500nm至650nm的范围的可见光峰值波长区域。也就是说，优选，比包含500nm至650nm的范围的可见光峰值波长区域短的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比可见光峰值波长区域长的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。
发明人等发现，通过施加形成具有上述特征的透光率峰值的涂层，能够制造在近红外光和可见光这两者中具有高的分辨率的成像透镜，尤其能够制造在近红外光下具有非常高的分辨率的成像透镜。
“近红外光峰值波长区域”是指为了尽可能提高1550nm附近的透光率而在设计上允许存在近红外光波长区域的透光率的峰值的波长区域。如下面所述，在近红外光峰值波长区域可以存在多个高度相同或不同的峰值。近红外光峰值波长区域例如是波长为1450nm至1650nm的区域。优选近红外光峰值波长区域是波长为1480nm至1620nm的区域。更优选近红外光峰值波长区域是波长为1500nm至1580nm的区域。尤其当将成像透镜100构成为能够观察至远距离的长焦变焦透镜时，随着近红外光峰值波长区域的透光率降低，观察距离减小，因此近红外光峰值波长区域的透光率变得重要。例如，当波长为1550nm附近的透光率约为90％时，能够观察到长达30km以上的地方。并且，当波长为1550nm附近的透光率为60％以上时，能够期待确保约20km的观察距离。
近红外光峰值波长区域的透光率优选为60％以上，更优选为70％以上，进一步优选为80％以上。并且，近红外光峰值波长区域中的透光率的峰值优选为80％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。尤其，波长为1550nm下的透光率优选为80％以上，更优选为85％以上，更优选为88％以上，进一步优选为90％以上。
“可见光峰值波长区域”是指为了尽可能提高1550nm附近的透光率，并且在可见光波长区域确保透光率高的区域，在设计上允许存在可见光波长区域的透光率的峰值的波长区域。如下面所述，在可见光峰值波长区域可以存在多个高度相同或不同的峰值。可见光峰值波长区域例如是波长为450nm至700nm的区域。优选可见光峰值波长区域是波长为480nm至680nm的区域。更优选可见光峰值波长区域是波长为500nm至650nm的区域。
可见光峰值波长区域的透光率优选为50％以上，更优选为60％以上，进一步优选为70％以上。可见光峰值波长区域中的透光率的峰值优选为85％以上，更优选为90％以上，进一步优选为93％以上。
上述的透光率是成像透镜100的多个透镜整体的透光率。成像透镜100整体的透光率是各个透镜的透光率的累计值。例如，如果各个透镜的透光率均相同地设为x，透镜的个数设为n，则成像透镜100整体的透光率X由X＝xn给出。尽管也取决于透镜的个数，但每一个透镜的透光率优选为95％以上，更优选为98％以上，进一步优选为99％以上。
例如在用于远距离摄像的成像装置1的情况下，考虑直到通过成像装置1在近红外光下进行摄像的对象为止的距离以及对象图像的分辨率来确定成像透镜100整体的透光率的设定。分辨率例如能够在由成像装置1拍摄了如下对象而得的图像中以能够识别该对象的最大距离来规定，该对象在隔开某一距离的位置处具有规定大小。通过实测或模拟等来确定用于得到这样确定的分辨率的透光率，并根据透镜的总个数来确定每一个透镜的透光率。然后，通过上述方法确定一个透镜的透光率分布，并进行可以得到该透光率分布的涂层。此外，在设定透光率时，也可以通过其他分辨率的评价来确定。并且，也可以不用分辨率而利用其他观点来确定透光率。
实施例
(实施例1)
图6中示出实施例1所涉及的成像透镜100的透光率的分布。图6中横轴为波长，纵轴为成像透镜100的透光率。如图6所示，成像透镜100的透光率的分布在1450nm至1650nm的近红外光峰值波长区域NIR具有第1透射率峰值PK1。也就是说，比近红外光峰值波长区域NIR短的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域NIR的短波长端(1450nm)的透光率随着波长变短而降低。并且，比近红外光峰值波长区域NIR长的波长侧的透光率从近红外光峰值波长区域NIR的长波长端(1650nm)的透光率随着波长变长而降低。
从图6可知，第1透射率峰值PK1的透光率在1520nm的波长下约为92％。并且，波长为1490nm至1560nm的范围的透光率为90％以上。
并且，成像透镜100的透光率的分布在450nm至700nm的可见光峰值波长区域VIS具有第2透射率峰值PK2。也就是说，比可见光峰值波长区域VIS短的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域VIS的短波长端(450nm)的透光率随着波长变短而降低。并且，比可见光峰值波长区域VIS长的波长侧的透光率从可见光峰值波长区域VIS的长波长端(700nm)的透光率随着波长变长而降低。
从图6可知，第2透射率峰值PK2的透光率在570nm至580nm的波长下约为96％。并且，波长为480nm至660nm的范围的透光率为90％以上。
并且，可见光波长区域中所包含的蓝色波长区域中短波长侧的波长区域的透光率低于蓝色波长区域中长波长侧的波长区域的透光率。具体地，蓝色波长区域中450nm以下的波长区域的透光率小于比450nm长的波长区域的透光率。并且，波长为400nm至430nm的透光率为50％以下。如果将波长为400nm至430nm的透光率设为大于50％，则成为近红外波段的峰值的3倍的波，即波长为1200nm至1290nm的透光率也变大。这表示近红外波长区域的峰值变宽，并且可能降低波长为1550nm附近的透光率，或者会有波纹残留等特性变差。
此外，成像透镜100在近红外光峰值波长区域与可见光峰值波长区域之间的波长为900nm至1100nm的范围内具有低透光率区域LOW，该低透光率区域LOW的透光率小于近红外光峰值波长区域和可见光峰值波长区域。低透光率区域LOW的透光率优选为5％以下。低透光率区域LOW是伴随着在近红外光峰值波长区域NIR形成近红外光区域中的透光率峰值，并且在可见光峰值波长区域VIS形成可见光区域中的透光率峰值而产生的区域。但是，低透光率区域LOW的波长是对在可见光下进行的摄像和在近红外光下进行的摄像均没有帮助的波长区域，因此低透光率区域LOW的透光率低不会成为问题。
图6所示的透光率的分布在近红外光峰值波长区域NIR具有一个透光率峰值PK1，并且在可见光峰值波长区域VIS具有一个透光率峰值PK2。但是，本公开的透光率的分布并不限定于此。也可以在近红外光峰值波长区域NIR具有多个由透光率峰值引起的波形形状(波纹)。并且，也可以在可见光峰值波长区域VIS具有波纹。波纹是表示透光率的波动的一个特性的形状。这样，只要是在近红外光峰值波长区域NIR具有透光率峰值，并且在可见光峰值波长区域VIS具有透光率峰值的分布即可，有无波纹即透光率峰值的数量并没有限制。
在近红外光峰值波长区域NIR形成的第1透射率峰值PK1最好是半峰宽度尽可能窄。如果波长范围宽，与可见光相比，波长比可见光长的近红外光更容易产生色差。因此，优选进行摄像波长范围尽可能窄。
如图6所示的透光率的分布可以通过涂层为在近红外光峰值波长区域具有透光率峰值的基波中由于涂层引起的干涉而产生的基波的三分之一波长的透光率峰值存在于可见光峰值波长区域而得到。优选基波在1550nm附近具有峰值。通过以不出现该基波的二分之一波长的透光峰值并且将三分之一波长的透光峰值变大的方式构成涂层，可以得到满足上述条件的透光率分布。能够通过现有技术设计并形成得到满足上述条件的透光率分布的涂层。
图8中示出由实施例1的成像透镜100进行摄像的、使用可见光的透射率小的滤光器54的仅利用近红外光的图像。能够看到无法在可见光下拍摄的、在估计距离为60km的位置飞行的飞机。
并且，图9中示出由实施例1的成像透镜100进行摄像的、仅利用近红外光的东京晴空塔(Tokyo Skytree)(注册商标)的放大图像。相对于此，图10中示出未使用可见光的透射率小的滤光器54，即，利用可见光和近红外光这两者的波长拍摄的图像。在图10中，由于利用焦距不同的可见光和近红外光这两者的波长进行了摄像，因此与图9相比图像稍微模糊。因此，优选仅利用近红外光或者仅利用可见光进行摄像。此外，图8至图10均是由实施例1的成像透镜100从直线距离约为30km的地点对东京晴空塔(注册商标)进行摄像而得到的图像。
(实施例2)
图7中示出实施例2所涉及的成像透镜100的透光率分布。图7所示的透光率分布在可见光峰值波长区域VIS出现波纹。另一方面，在近红外光峰值波长区域NIR没有出现波纹。例如在涂层的层数比较少的情况下容易产生波纹。也就是说，能够通过增加涂层的层数来减小波纹的数量或大小。此外，波纹的数量是峰值的数量。并且，波纹的大小例如是相邻的峰值之间从最低位置到高度中最大的高度。
也可以在近红外光峰值波长区域NIR和/或可见光峰值波长区域VIS具有如图7所示的波纹。其中，在近红外光峰值波长区域NIR中表示透光率波动的特性的波纹的大小和数量中的至少一个的第1变量可以小于可见光峰值波长区域VIS中表示透光率波动的特性的波纹的所对应的大小和数量中的所对应的第2变量。此外，优选以在近红外光峰值波长区域NIR减小波纹的方式构成涂层。通过在近红外光峰值波长区域NIR具有没有波纹的单个透光率峰值，能够提高近红外光峰值波长区域NIR中的透光率峰值。由此，能够提高在近红外光下进行摄像的图像的分辨率。此外，当所比较的近红外光峰值波长区域NIR的第1变量为波纹的大小时，“可见光峰值波长区域中的波纹的大小和数量中的所对应的第2变量”为波纹的大小。并且，当所比较的近红外光峰值波长区域NIR的第1变量为波纹的数量时，“可见光峰值波长区域中的波纹的大小和数量中的所对应的第2变量”为波纹的数量。
在上述实施方式中，例如，作为控制部110的硬件结构，可以使用以下所示的各种处理器或电路。如上所述，它们之中除了作为执行软件(程序)而发挥各控制部作用的通用的处理器的CPU以外，还包括能够在制造FPGA等之后改变电路结构的PLD，或者具有为了执行ASIC等特定处理而专门设计的电路结构的专用电路，或者PLD或ASIC等与CPU的组合等。
控制部110可以由这些各种处理器或电路中的一种构成，也可以由相同或不同的两种以上的处理器或电路的组合(例如，多个FPGA的组合或者CPU与FPGA的组合)构成。并且，也可以由一个处理器构成多个控制部。
作为由一个处理器构成多个控制部的例子，首先，如客户端和服务器等计算机为代表的那样，有由一个以上的CPU和软件的组合构成一个处理器，并且该处理器作为多个控制部发挥作用的方式。其次，如片上系统(System On Chip：SOC)等为代表的那样，有使用由一个IC芯片实现包括多个控制部的系统整体功能的处理器的方式。这样，控制部110作为硬件结构，能够使用上述各种处理器中的一个以上来构成。
此外，作为这些各种处理器或电路的硬件结构，更具体地，能够使用半导体元件等电路元件组合而成的电路。
在本说明书中，“A和/或B”与“A和B中的至少一个”同义。也就是说，“A和/或B”意味着可以仅为A，可以仅为B，也可以为A和B的组合。并且，在本说明书中，将三个以上的情况以“和/或”联系起来表现时也适用与“A和/或B”相同的观点。
本说明书中所记载的所有文献、专利申请以及技术标准，以与具体且个别记载了通过参考纳入个别文献、专利申请以及技术标准的情况相同程度地，通过参考纳入本说明书中。
符号说明
1-成像装置，10-物镜，12-聚焦透镜，14-变焦透镜，16-调整透镜，20-变焦透镜驱动机构，22-转台驱动机构，24-调整透镜驱动机构，26-图像显示部，28-输入部，30-光圈，50-滤光器切换部，52、54、56、58-滤光器，90-框体，100-成像透镜，110-控制部，112-总线，114-变焦透镜驱动部，116-转台驱动部，118-调整透镜驱动部，120-输出I/F，122-输入I/F，126-图像处理部，130-成像部，132-成像元件，132A-成像面，200-计算机，202-CPU，204-RAM，206-ROM，210-成像装置控制程序，212-对焦位置数据。

Claims (16)

1.一种成像透镜，其具有多个透镜，
通过对所述多个透镜的至少一部分施加涂层，在近红外光波长区域中，比包含1550nm的近红外光峰值波长区域短的波长侧的透光率从所述近红外光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比所述近红外光峰值波长区域长的波长侧的透光率从所述近红外光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。
2.根据权利要求1所述的成像透镜，其中，
所述近红外光峰值波长区域中的透光率为60％以上。
3.根据权利要求1或2所述的成像透镜，其中，
通过对所述多个透镜的至少一部分施加所述涂层，在可见光波长区域中，比包含500nm至650nm的范围的可见光峰值波长区域短的波长侧的透光率从所述可见光峰值波长区域的短波长端的透光率随着波长变短而降低，并且比所述可见光峰值波长区域长的波长侧的透光率从所述可见光峰值波长区域的长波长端的透光率随着波长变长而降低。
4.根据权利要求3所述的成像透镜，其中，
表示在所述近红外光峰值波长区域中透光率波动特性的波纹的大小和数量中的至少一个的第1变量小于表示在所述可见光峰值波长区域中透光率波动特性的波纹的大小和数量中的所对应的第2变量。
5.根据权利要求3或4所述的成像透镜，其中，
所述可见光波长区域中所包含的蓝色波长区域中短波长侧的波长区域的透光率低于所述蓝色波长区域中长波长侧的波长区域的透光率。
6.根据权利要求5所述的成像透镜，其中，
所述蓝色波长区域中短波长侧的波长区域为450nm以下的波长区域。
7.根据权利要求5或6所述的成像透镜，其中，
400nm至430nm的透光率为50％以下。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的成像透镜，其中，
通过对所述多个透镜的至少一部分施加所述涂层，在所述近红外光峰值波长区域与所述可见光峰值波长区域之间具有透光率比所述近红外光峰值波长区域和所述可见光峰值波长区域小的低透光率区域。
9.根据权利要求8所述的成像透镜，其中，
所述低透光率区域是900nm至1100nm的波长区域，所述900nm至1100nm的波长区域中的透光率为5％以下。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的成像透镜，其中，
在所述近红外光峰值波长区域具有透光率峰值的基波中由于所述涂层引起的干涉而产生的所述基波的三分之一波长的透光率峰值存在于所述可见光峰值波长区域。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的成像透镜，其中，
所述成像透镜包含滤光器切换部，
所述滤光器切换部能够将降低可见光的至少一部分的透光率的第1滤光器和降低近红外光的至少一部分的透光率的第2滤光器中的至少任一个配置在光路上。
12.根据权利要求11所述的成像透镜，其中，
所述第2滤光器的折射率与厚度的乘积大于所述第1滤光器的折射率与厚度的乘积。
13.根据权利要求11或12所述的成像透镜，其包含所述滤光器切换部，
所述滤光器切换部配置在比位于所述多个透镜中最靠近成像侧的透镜更加靠近成像侧。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的成像透镜，其中，
所述成像透镜包含控制部，
所述控制部具有表示将所述第1滤光器或所述第2滤光器配置在光路上时的对焦位置的对焦位置信息，并且根据所述对焦位置信息，进行在所述第1滤光器配置在光路上时以及在所述第2滤光器配置在光路上时改变对焦位置调整透镜的位置的控制。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的成像透镜，其包含变焦光学系统。
16.一种成像装置，其包括：
权利要求1至15中任一项所述的成像透镜；以及
InGaAs成像元件，通过所述成像透镜对被摄体进行摄像。
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