JP2007233026A - 赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ - Google Patents

赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ Download PDF

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Abstract

【課題】像の明るさを維持しつつ、小型で、低コストな構成の赤外線ズームレンズ及びその関連技術を提供する。
【解決手段】この赤外線ズームレンズ１ａは、硫化亜鉛により形成された第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３を備えて構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、１又は２枚のレンズで構成され、正の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は、１又は２枚のレンズで構成され、負の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は、２枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを備えている。ズーミング時には第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って移動される。第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされる。第１及び第３レンズ群Ｇ１，Ｇ３の少なくともいずれか１つのレンズ面は、非球面とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線ズームレンズ（特に遠赤外線ズームレンズ）及び赤外線カメラに関する。
５群レンズ構成の従来の赤外線ズームレンズが、下記特許文献１に開示されている。また、３群レンズ構成の従来の赤外線ズームレンズが、下記特許文献２に開示されている。いずれの赤外線ズームレンズにおいても、レンズの材料としてゲルマニウムが用いられている。
特開平１０−２１３７４６号公報 特表２００５−５２１９１８号公報
しかし、上記特許文献１の赤外線ズームレンズでは、使用しているレンズ枚数が多く、レンズ系が大型化し、カメラ全体の小型化も困難になってしまうとともに、レンズ材料に高価なゲルマニウムを複数のレンズで用いているため、この点によってもコストが嵩む構成となっている。
また、特許文献２の赤外線ズームレンズでは、使用しているレンズ枚数は少ないが、レンズ材料にゲルマニウムを用いているため、高コストの構成となっている。いずれのレンズ系も非常に高価な材料であるゲルマニウムを用いており、レンズのみならずカメラの低コスト化の障害となっている。
ところで、硫化亜鉛は低コストの赤外線透過レンズ材料であるが、ゲルマニウムに比して、一般に厚み増加による光量損失の増加が遠赤外線波長域（８〜１２μｍ）で大きいという特性がある（例えば、図５７参照）。特に、１０μｍ以上の波長域では、表面反射による光量損失よりも材料の内部吸収による光量損失の影響が大きくなり、透過率が大きく低下することが知られている。加えて波長分散も大きく、遠赤外線領域でのレンズ材料としては、ゲルマニウムに比べ扱いにくいとされてきた。また、主な使用用途であるナイトビジョンシステムや防犯カメラでは、赤外線カメラで得られた像を画像処理することにより人間認識等の判断を行っており、認識性能向上のためには十分な解像度の像を得ることが必要となる。このため、レンズ材料に硫化亜鉛を用いる場合には、レンズの厚みを薄くし、明るい赤外線像を得る必要がある。
また、車載用のナイトビジョンへの適用に関連して、通常ヘッドライトの照射範囲は３０ｍであるが、夜間走行時は３０〜８０ｍの範囲で歩行者を認識できていることが好ましい。さらに、雨天時は路面が滑りやすく制動距離が拡大するため、より遠くを認識できる赤外線カメラが適してしている。このため、ナイトビジョン用の赤外線カメラは望遠撮像が可能なものが望まれる。
一方、低速走行時は運転者が遠方の歩行者を認知してから、回避行動をしても十分に間に合う場合が多い。また、低速走行時に望遠カメラを用いると、ナイトビジョンが必要以上に遠方の歩行者を認識してしまい、運転者の誤認識や誤動作を招く場合がある。さらに、カーブ走行時等は視野の外に歩行者が居る可能性が高くなる。このため、低速走行時は撮像視野の広い広角カメラを用いるのが望ましい。
以上のことから、ナイトビジョン用のカメラには、望遠撮像と広角撮像の両立が求められている。一般にこの要請に応えたものがズーム機能であり、手法にはデジタルズームと光学ズームの種類があるが、ナイトビジョンに歩行者認識アルゴリズムを搭載する場合、画質の劣化が発生せず、明るさが維持でき十分な解像度が得られる光学ズームの方が望ましい。
よって、本発明の解決すべき課題は、像の明るさを維持しつつ、小型で、低コストな構成の赤外線ズームレンズ及びその関連技術を提供することである。
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、物体側から順に、第１ないし第３レンズ群を備え、ズーミング時に前記第１及び第３レンズ群が固定された状態で、前記第２レンズ群が移動され、前記第１ないし第３レンズ群はそれぞれ、硫化亜鉛により形成された少なくとも１つのレンズを有する。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、１又は２枚のレンズで構成され、正の屈折力を有し、前記第２レンズ群は、１又は２枚のレンズで構成され、負の屈折力を有し、前記第３レンズ群は、２枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを有し、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズが、硫化亜鉛により形成されている。
また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされている。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第１及び第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、非球面とされている。
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、以下の条件：
０．９７＜ｆ１／ｆｔ＜３．４０
但し、
ｆｔ：第１ないし第３レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
を満たす。
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、以下の条件：
−１．２５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．３４
但し、
ｆｔ：第１ないし第３レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
を満たす。
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径Ｒｄは、以下の関係式：
Ｒｄ＜４０ｍｍ
を満たす。
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅは、以下の関係式：
１．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ
１．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ
を満たす。
また、請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズと、前記赤外線ズームレンズによって結像された像を撮像する撮像素子とを備える。
本発明によれば、レンズ枚数を削減すること、及び全てのレンズ材料に硫化亜鉛を用いることにより、小型、低コストが図れるとともに、光透過率の低い硫化亜鉛をレンズ材に用いることによる像が暗くなる弊害を抑制できる。その結果、小型、低コストの構成で、像が明るい赤外線ズームレンズを提供できる。
＜基本構成＞
図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの基本構成について説明する。なお、図１は広角時（ポジション１）の構成を示し、図２は望遠時（ポジション２）の構成を示している。また、ここでは図１及び図２の赤外線ズームレンズ１ａの基本構成についてのみ説明を行うこととし、そのより詳細な構成については実施例１として後述することとする。
この赤外線ズームレンズ１ａは、図１及び図２に示すように、物体側から順に、硫化亜鉛により形成された第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３を備えて構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、１又は２枚のレンズで構成され、正の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は、１又は２枚のレンズで構成され、負の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は、２枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを備えている。ズーミング時に第１及び第３レンズ群Ｇ１，Ｇ３が固定された状態で、第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って移動される。第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３を透過した光（赤外線）は、赤外線透過窓Ｆｉを介して撮像素子Ｉｄの受光面に入射し、その受光面上に像を形成する。
このように、レンズ枚数を削減すること、及び全てのレンズ材料に硫化亜鉛を用いることにより、小型、低コストが図れるとともに、光透過率の低い硫化亜鉛をレンズ材に用いることによる像が暗くなる弊害を抑制できる。その結果、小型、低コストの構成で、像が明るい赤外線ズームレンズ１ａを提供できる。
より具体的には、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１によって構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ２によって構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、２つのレンズＬ３，Ｌ４によって構成されている。物体側のレンズＬ３は、凸面を像側に向けた負のメニスカスレンズであり、像側のレンズＬ４（最終レンズ）は、凸面を物体側に向けた正のメニスカスレンズである。
また、第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされ、これによって、赤外線透過レンズにおいて問題となり易い色収差を効果的に改善できるようになっている。例えば、図１及び図２の構成では、第２、第４及び第８レンズ面が回折面とされている。このように、先頭レンズＬ１の物体側面ではなく、像側面に回折面を設けることにより、回折面が外部環境に晒されて回折面にゴミ等が付くのを防止することができるようになっている。なお、図１及び図２に示した例では合計３面の回折面が設けられているが、広角及び望遠の各ズームポジションの色収差補正用に１面ずつ、合計２面の回折面で構成することもできる。
また、第１及び第３レンズ群Ｇ１，Ｇ３に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、非球面とされている。第１及び第３レンズ群Ｇ１，Ｇ３に備えられるレンズＬ１，Ｌ３，Ｌ４は口径が大きく球面収差が生じやすいため、このように非球面を用いることにより、効果的に収差を改善できる。また、径が大きいレンズに非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズに設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で加工が容易となる。より具体的には、第１ないし第３の各レンズ群Ｇ１〜Ｇ３ごとに少なくとも１つの非球面が設けられ、各レンズ群Ｇ１〜Ｇ３ごとに収差が改善されるようになっている。例えば、図１及び図２の構成では、第３、第５及び第８レンズ面が非球面とされている。
また、この赤外線ズームレンズ１ａのＦ値は１．１程度に設定されている。
また、この赤外線ズームレンズ１ａのズーム比は、１．４〜１．５程度に設定される。
さらに、この赤外線ズームレンズ１ａは、所定の結像性能を実現するため、以下の２つのパラメータ条件：
０．９７＜ｆ１／ｆｔ＜３．４０ （１）
−１．２５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．３４ （２）
但し、
ｆｔ：第１ないし第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３全体の最望遠側の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
を満たすように構成されている。この２つの条件（１），（２）を満たすことにより、コンパクトな構成を採用しつつ、赤外線ズームレンズ１ａの望遠時及び広角時における視野角内の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域（例えば、８〜１２μｍ）について十分な結像性能（例えば、ＭＴＦ０．１以上）を得ることができるようになっている（この点に関する詳細な説明は、実施例及び比較例に基づいて後述する）。これによって、例えば、この赤外線ズームレンズ１ａを画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子Ｉｄと組み合わせて、解像度の高い赤外線画像を得ることができる。
このような構成のレンズＬ１〜Ｌ４は、次のようにして形成される。すなわち、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を非酸化性雰囲気中（例えば、真空、Ａｒ等の不活性ガス又はこれらの組み合わせ等）で熱間圧縮成形することにより、多結晶硫化亜鉛焼結体であるレンズＬ１〜Ｌ４を得る。このように、硫化亜鉛を用いた金型成形によりレンズＬ１〜Ｌ４を製造することにより、赤外線ズームレンズ１ａの材料コスト及び加工コストの大幅な削減が図れるようになっている。なお、成形後のレンズＬ１〜Ｌ４に対する研磨、研削等の機械加工を行うようにしてもよい。
より詳細には、上記の硫化亜鉛原料粉末としては、平均粒径０．５〜２μｍで純度９８％以上の粉末を用いる。また、熱間圧縮成形の諸条件は、温度９００〜１１００℃、圧力１５０〜８００ｋｇ／ｃｍ2が適当である。圧力保持時間は、平均的には０．０５〜１．５時間であり、温度及び圧力条件との組み合わせに応じて適宜調節される。
ここで、所定の光学性能を有する赤外線ズームレンズ１ａをレンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形により低コストで製造するためには、レンズＬ１〜Ｌ４の外径や厚み等の構成について、その成形に適した構成を採用する必要がある。
この多結晶硫化亜鉛レンズはその透過特性を向上させる、或いはその表面を外部影響から保護するためにコーティングを施すことも有効である。その際のコーティング層の材質や厚みはその赤外線ズームレンズの使用方法、場所、状況を鑑みて適宜選択される。
まず、レンズＬ１〜Ｌ４の外径Ｒｄについては、レンズＬ１〜Ｌ４の外径Ｒｄを大きくするほど明るい像が得られるが、外径Ｒｄが拡大するほどレンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時に必要されるプレス機構の圧縮力が増大する。このため、加工コスト等の観点より、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、レンズＬ１〜Ｌ４の外径Ｒｄは、以下の関係式：
Ｒｄ＜４０ｍｍ （３）
を満たすように設定するのが望ましい。これによって、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時のプレス機構の圧縮力を抑制することができるため、レンズ加工のための設備コストを抑制することができるようになっている。
また、レンズＬ１〜Ｌ４の厚みについては、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時の成形性（機械強度、加工精度等）を確保するためにはある程度の厚みが必要である一方、厚みが大きくなるとレンズ透過時の光量ロスが大きくなるとともに、熱間圧縮成形時にレンズＬ１〜Ｌ４の厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じやすくなる。このため、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、レンズＬ１〜Ｌ４の厚みについては、中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅが以下の関係式：
１．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ （４）
１．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ （５）
を満たすように設定するのが望ましい。これによって、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制された赤外線ズームレンズ１ａを実現できるとともに、レンズＬ１〜Ｌ４の厚みを抑制することにより、熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じるのを防止することができるようになっている。
また、撮像素子Ｉｄとしては、８〜１２μｍ帯に感度を持つ、ボロメータ、サーモパイル、ＳＯＩダイオードなどの非冷却熱型撮像素子が用いられる。通常、１６０×１２０、３２０×２４０といった画素数の撮像素子Ｉｄが利用されるが、画素ピッチが狭い（例えば、２５μｍ）撮像素子Ｉｄを用いることで、赤外線ズームレンズ１ａは、製造上好適な最大径３０ｍｍ程度になる。
＜実施例＞
以下では、上記実施形態の具体例として５つの実施例１〜５について記載する。実施例１は上記のパラメータ条件（１），（２）の略中央値に対応しており、実施例２，３はパラメータ条件（１）の略境界値に対応しており、実施例４，５はパラメータ条件（２）の略境界値に対応している。また、パラメータ条件（１）に対応する比較例１，２とパラメータ条件（２）に対応する比較例３，４を紹介し、各実施例１〜５と比較例１〜４とを比較する。
［実施例１］
実施例１に係る赤外線ズームレンズ１ａは、図１ないし図４に示す構成を有し、ｆ１／ｆｔは１．６７２、ｆ２／ｆｔは−０．５９７、Ｆ値は１．１、視野角は４０度→２２度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。なお、図４に示す非球面、回折面の形状は、そのパラメータを次式：
Figure 2007233026
Figure 2007233026
に代入することにより決定される（以下同様）。上式において、Ｚは非球面上の点から非球面の頂点に接する接平面に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）であり、ｙは光軸からの高さ（ｍｍ）であり、Ｋは離心率であり、Ｒは近軸曲率半径であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、Ｎは屈折率であり、λは参照波長の値であり、Ｃ１〜Ｃ５は回折面係数である。なお、回折非球面の面形状は上の数１，２の線形結合によって与えられる。
この実施例１の構成における視野角内（広角時：０°、８．７１°、１４．９７°／望遠時：０°、６．６４°、１１．１９°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するサジタル、タンジェンシャルのＭＴＦは、図５ないし図１０に示すような特性となっている。
また、広角、望遠の各モードにおける波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する球面収差、非点収差、ディストーションは、図１１ないし図１６に示すような特性となっている。また、視野角内（広角時：０°、８．７１°、１４．９７°／望遠時：０°、６．６４°、１１．１９°）の各像高に対応する波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する横収差は、図１７（ａ）ないし図１７（ｃ）、及び図１８（ａ）ないし図１８（ｃ）に示すような特性となっている（各図において左側がタンジェンシャル、右側がサジタルに対応している）。
［実施例２］
実施例２に係る赤外線ズームレンズ１ｂは、図１９ないし図２２に示す構成を有し、ｆ１／ｆｔは０．９８６、Ｆ値は１．１、視野角は４０度→２９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この実施例２の構成においても、視野角内（広角時：０°、１１．５４°、１９．７７°／望遠時：０°、８．７５°、１４．５０°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５１（ｂ）に基づいて後述する。
［実施例３］
実施例３に係る赤外線ズームレンズ１ｃは、図２３ないし図２６に示す構成を有し、ｆ１／ｆｔは３．３５５、Ｆ値は１．１、視野角は２４度→１８度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この実施例３の構成においても、視野角内（広角時：０°、６．９４°、１１．８３°／望遠時：０°、５．３２°、８．９７°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５２（ｂ）に基づいて後述する。
［実施例４］
実施例４に係る赤外線ズームレンズ１ｄは、図２７ないし図３０に示す構成を有し、ｆ２／ｆｔは−０．３５１、Ｆ値は１．１、視野角は４０度→２９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この実施例４の構成においても、視野角内（広角時：０°、１１．５６°、１９．８３°／望遠時：０°、８．７７°、１４．５７°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５４（ｂ）に基づいて後述する。
［実施例５］
実施例５に係る赤外線ズームレンズ１ｅは、図３１ないし図３４に示す構成を有し、ｆ２／ｆｔは−１．２３６、Ｆ値は１．１、視野角は２７度→１９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この実施例５の構成においても、視野角内（広角時：０°、７．７９°、１３．５４°／望遠時：０°、５．５０°、９．３４°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５５（ａ）に基づいて後述する。
［比較例１］
比較例１に係る赤外線ズームレンズ２ａは、図３５ないし図３８に示す構成を有し、ｆ１／ｆｔは０．９５４、Ｆ値は１．１、視野角は４０度→２９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この比較例１の構成においても、視野角内（広角時：０°、１１．５４°、１９．７５°／望遠時：０°、８．７４°、１４．４９°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５１（ａ）に基づいて後述する。
［比較例２］
比較例２に係る赤外線ズームレンズ２ｂは、図３９ないし図４２に示す構成を有し、ｆ１／ｆｔは３．５１８、Ｆ値は１．１、視野角は２４度→１８度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この比較例２の構成においても、視野角内（広角時：０°、６．９４°、１１．８３°／望遠時：０°、５．３２°、８．９７°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５３に基づいて後述する。
［比較例３］
比較例３に係る赤外線ズームレンズ２ｃは、図４３ないし図４６に示す構成を有し、ｆ２／ｆｔは−０．３３４、Ｆ値は１．１、視野角は３９度→２９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この比較例３の構成においても、視野角内（広角時：０°、１１．４５°、１９．５２°／望遠時：０°、８．７５°、１４．５０°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５４（ａ）に基づいて後述する。
［比較例４］
比較例４に係る赤外線ズームレンズ２ｄは、図４７ないし図５０に示す構成を有し、ｆ２／ｆｔは−１．２７６、Ｆ値は１．１、視野角は２７度→１９度に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。
この比較例４の構成においても、視野角内（広角時：０°、７．７８°、１３．５３°／望遠時：０°、５．５０°、９．３４°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性等を調べており、その結果は図５５（ｂ）に基づいて後述する。
［まとめ］
図５１（ａ）、図５１（ｂ）、図５２（ａ）、図５２（ｂ）及び図５３は、上記のパラメータ条件（１）に対応する実施例１〜３及び比較例１，２のＭＴＦ特性等を表にまとめたものであり、比較例１、実施例２、実施例１、実施例３、比較例２の順に掲載している。また、図５４（ａ）、図５４（ｂ）、図５５（ａ）及び図５５（ｂ）は、上記のパラメータ条件（２）に対応する実施例４，５及び比較例３，４のＭＴＦ特性等を表にまとめたものであり、比較例４、実施例４、実施例５、比較例４の順に掲載している。各表中のＭＴＦ値は空間周波数２０lp/mmにおける値となっている。
ここで、８〜１２μｍの波長帯をターゲットとした赤外線ズームレンズの光学性能に関する評価基準としては、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、空間周波数２０lp/mmにおけるＭＴＦが０．１を下回ると、大きく画像のコントラストが低下することが経験的に分かっている。
そこで、広角から望遠に渡る全画角及び８〜１２μｍの全波長においてＭＴＦが０．１以上となっているか否かを基準として、上記の実施例１〜５及び比較例１〜４を評価することとする。すると、上記の表に示すＭＴＦ特性より、ｆ１／ｆｔ，ｆ２／ｆｔの値が上記パラメータ条件（１），（２）を満たす実施例１〜５については、広角から望遠に渡る全画角及び全波長において０．１以上のＭＴＦが得られているが、ｆ１／ｆｔ，ｆ２／ｆｔの値が上記パラメータ条件（１），（２）満たさない比較例１〜４については、広角から望遠に渡るいずれかの画角又は波長によって０．１以上のＭＴＦが得られない部分が生じている。これより、広角から望遠に渡る全画角及び全波長において０．１以上のＭＴＦを得るためには、上記パラメータ条件（１），（２）を満たすように、ｆ１／ｆｔ及びｆ２／ｆｔの値を設定すればよいことが分かる。
＜適用例＞
以下では、本実施形態に係る赤外線ズームレンズ１ａ〜１ｅが車載用のナイトビジョンに適用された場合について説明する。このナイトビジョンは、図５６に示すように、車両の前端部等に設置された赤外線カメラ２１と、車室内における運転席から視認可能な位置に設けられた液晶表示装置等によりなる表示部２３と、赤外線カメラ２１が撮像した画像に基づいて画像処理（コントラストに基づいて画像中から人間を抽出する処理等）を行い、その処理結果に基づいて警告画像等を表示部２３に表示させる制御部２５とを備えて構成されている。変形例として、赤外線カメラ２１の撮像画像を単に表示部２３に表示する構成としてもよい。
赤外線カメラ２１は、上述の赤外線ズームレンズ１ａ〜１ｅ、赤外線透過窓Ｆｉ及び撮像素子Ｉｄを備えて構成されており、夜間等において車両前方の物体（人等）が発する赤外線を受光することにより、車両前方の赤外線画像を撮像する。
このように本実施形態に係る赤外線ズームレンズ１ａ〜１ｅを用いてナイトビジョンを構成することにより、制御部２５による画像処理によって赤外線画像中から人間を抽出するのに必要な高解像度で明るくコントラストも高い画像を得ることができる。これによって、例えば、夜間であっても景色が明るい夏季の映像（夏季映像は背景と人（歩行者等）との輝度差が小さくなる）であっても、画像処理により画像中の人間を認識可能とすることができる。また、赤外線ズームレンズ１ａ〜１ｅが小型化に適しているため、赤外線カメラの小型化をはかることができ、容易に車両に搭載可能なナイトビジョンを構成することができる。
また、本実施形態に係る赤外線ズームレンズ１ａ〜１ｅを用いることによりズーム式の赤外線カメラ２１を構成できるため、車両の走行状態に応じて望遠モードと広角モードの切り替えが可能なナイトビジョンを構成することができる。
本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例１の広角時の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例１の望遠の構成を示す図である。 図１中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図１中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 図１の広角時の構成における波長１２μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成における波長１２μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１の広角時の構成における波長１０μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成における波長１０μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１の広角時の構成における波長８μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成における波長８μｍについてのＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１の広角時の構成における球面収差特性を示すグラフである。 図１の広角時の構成における非点収差特性を示すグラフである。 図１の広角時の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成における球面収差特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成における非点収差特性を示すグラフである。 図２の望遠の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。 図１７（ａ）ないし図１７（ｃ）は図１の広角時の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。 図１８（ａ）ないし図１８（ｃ）は図２の望遠の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例２の広角時の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例２の望遠の構成を示す図である。 図１９中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図１９中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例３の広角時の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例３の望遠の構成を示す図である。 図２３中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図２３中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例４の広角時の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例４の望遠の構成を示す図である。 図２７中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図２７中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例５の広角時の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例５の望遠の構成を示す図である。 図３１中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図３１中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 比較例１の広角時の構成を示す図である。 比較例１の望遠の構成を示す図である。 図３５中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図３５中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 比較例２の広角時の構成を示す図である。 比較例２の望遠の構成を示す図である。 図３９中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図３９中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 比較例３の広角時の構成を示す図である。 比較例３の望遠の構成を示す図である。 図４３中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図４３中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 比較例４の広角時の構成を示す図である。 比較例４の望遠の構成を示す図である。 図４７中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径等を示す図である。 図４７中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。 図５１（ａ）及び図５１（ｂ）は条件１に関する実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。 図５２（ａ）及び図５２（ｂ）は条件１に関する実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。 条件１に関する実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。 図５４（ａ）及び図５４（ｂ）は条件２に関する実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。 図５５（ａ）及び図５５（ｂ）は条件２に関する実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。 ナイトビジョンの構成を概略的に示す図である。 硫化亜鉛レンズ（コーティングなしの場合）の赤外線波長と透過率の関係を、いくつかのレンズ厚について示したグラフである。
符号の説明
１ａ〜１ｅ 赤外線ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
Ｆｉ 赤外線透過窓
Ｉｄ 撮像素子
２１ 赤外線カメラ
２３ 表示部
２５ 制御部

Claims (9)

  1. 物体側から順に、第１ないし第３レンズ群を備え、
    ズーミング時に前記第１及び第３レンズ群が固定された状態で、前記第２レンズ群が移動され、
    前記第１ないし第３レンズ群はそれぞれ、硫化亜鉛により形成された少なくとも１つのレンズを有することを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  2. 請求項１に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    前記第１レンズ群は、１又は２枚のレンズで構成され、正の屈折力を有し、
    前記第２レンズ群は、１又は２枚のレンズで構成され、負の屈折力を有し、
    前記第３レンズ群は、２枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを有し、
    前記第１ないし第３レンズ群が有するすべてのレンズが、硫化亜鉛により形成されていることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされていることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    前記第１及び第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、非球面とされていることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    以下の条件：
    ０．９７＜ｆ１／ｆｔ＜３．４０
    但し、
    ｆｔ：第１ないし第３レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
    ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
    を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    以下の条件：
    −１．２５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．３４
    但し、
    ｆｔ：第１ないし第３レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径Ｒｄは、以下の関係式：
    Ｒｄ＜４０ｍｍ
    を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の赤外線ズームレンズにおいて、
    前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅは、以下の関係式：
    １．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ
    １．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ
    を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
  9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の赤外線ズームレンズと、
    前記赤外線ズームレンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、
    を備えることを特徴とする赤外線カメラ。
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