JP2010113191A - Infrared optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3μmから14μmまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられる赤外線光学系に関し、例えば監視カメラ、赤外線カメラ、車載カメラ、携帯電話付きカメラなどに用いられる光学系に関する。 The present invention relates to an infrared optical system used in a wavelength range from 3 μm to 14 μm from infrared to far infrared, and relates to an optical system used for, for example, a surveillance camera, an infrared camera, an in-vehicle camera, and a camera with a mobile phone.
従来から、例えば特許文献1の請求項1に示すように、撮像素子の撮像面上に光学像を形成するための単焦点撮像レンズであって、物体側からこの順で配列された第1レンズ及び第2レンズを備え、第1レンズ及び第2レンズのうち少なくとも一方は正の光学的パワーを有するガラスレンズであり、且つ第1レンズ及び第2レンズを構成するレンズ面のうち少なくとも一つは回折面に構成されている単焦点撮像レンズが開示されている。同文献第7頁の段落番号0029に示すように、回折面を2面以上導入してもよい旨が記載されている。更に、第1レンズの第2レンズ面、第2レンズの第1レンズ面にそれぞれ回折光学素子面を配置したレンズ系が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as shown in
また、例えば特許文献2の公報第5頁段落番号0020、図1に記載されているように、硫化亜鉛(ZnS)で形成された第1レンズの第2レンズ面に回折光学素子を配置した3群3枚の赤外線レンズが開示されている。
Further, as described in, for example,
また、例えば特許文献3では、硫化亜鉛(ZnS)をレンズ材料とし光学系を構成して、第1レンズの凹面側に回折光学素子を使用して色収差を補正している。
しかしながら、上述の特許文献1に記載の単焦点撮像レンズでは、回折光学素子面を2面以上配置するとはいえ、第1レンズの第2レンズ面、第2レンズの第1レンズ面にそれぞれ回折光学素子面が配置されているだけで、同一レンズの第1レンズ面、第2レンズ面に配置されておらず、単に一つのレンズの一レンズ面に回折光学素子を配置しただけでは、十分な色収差補正をすることができず、3μmから14μmまでの赤外線から遠赤外線までの波長域に適した監視カメラなどの特殊なカメラに用いることができない。
However, in the above-described single-focus imaging lens described in
また、特許文献2では、回折光学素子を使用した光学系とはいえ、2枚構成では視野角を広げたり、フランジバックを長くしたりすることはできないことから、3枚構成になっている。
Further, in
また、特許文献3のような従来の赤外光学系の設計では、屈折率の高く高価なGeまたはZnSe、ZnSのような材料を主に使用するが、色収差を補正するには、これらの材料を複数組み合わせて使用することが必要であった。
Moreover, in the design of the conventional infrared optical system as in
そこで、本発明では、良好な画像を得ることができ、過酷な環境下に配置される監視カメラなどに適した赤外線光学系を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an infrared optical system that can obtain a good image and is suitable for a surveillance camera or the like disposed in a harsh environment.
本発明の他の目的は、製造及び処理が容易なモールド成型が可能で安価に入手できる材料例えばカルコゲナイドガラスのみを使用し、赤外領域において在留色収差を十分に除去することのできる赤外線レンズを提供することである。 Another object of the present invention is to provide an infrared lens capable of sufficiently removing the chromatic aberration in the infrared region by using only a material that can be easily molded and processed and can be obtained at low cost, for example, chalcogenide glass. It is to be.
上記課題を解決するための本発明の解決手段を例示すると、特許請求の範囲の各請求項に記載のとおりである。 Examples of the solving means of the present invention for solving the above-described problems are as described in the claims.
とくに、本発明に係る赤外線光学系は、3μmから14μmまでの赤外線から遠赤外線までの波長域で用いられ、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第1レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第2レンズの2枚のレンズで構成され、第1レンズと第2レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面としたことを特徴とする。 In particular, the infrared optical system according to the present invention is used in a wavelength region from infrared to far infrared from 3 μm to 14 μm, and in order from the object side, a first lens of a convex meniscus having a convex surface facing the object side, and an object side The second lens is composed of a convex meniscus second lens having a concave surface on the surface, and at least one of both surfaces of the first lens and the second lens is a diffractive optical element surface.
好ましくは、第1レンズと第2レンズが、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 Preferably, both the first lens and the second lens are made of a chalcogenide lens material.
好ましくは、第1レンズと第2レンズが、同じ赤外透過材料で形成されている。 Preferably, the first lens and the second lens are formed of the same infrared transmitting material.
好ましくは、以下の条件式(1)を満たす:
1.2 < f1/f < 2.0・・・条件式(1)
但し、
f:全系の焦点距離、
f1:対物レンズの焦点距離。
Preferably, the following conditional expression (1) is satisfied:
1.2 <f1 / f <2.0 Conditional expression (1)
However,
f: focal length of the entire system,
f1: Focal length of the objective lens.
良好な画像を得ることができ、過酷な環境下に配置される監視カメラなどに適した赤外線光学系を提供することができる。 A good image can be obtained, and an infrared optical system suitable for a surveillance camera or the like placed in a harsh environment can be provided.
本発明は、赤外線光学系のレンズ系の構成を改良したものである。 The present invention is an improvement in the configuration of a lens system of an infrared optical system.
本発明の1つの実施形態によれば、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第1レンズと、物体側に凹面を向けた凸メニスカスの第2レンズの最小枚数2群2枚で構成する。更に、第1レンズと第2レンズの少なくとも一方の両面を回折光学素子面とする。
According to one embodiment of the present invention, in order from the object side, a minimum number of two
本発明の別の実施形態によれば、第1レンズと第2レンズが、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 According to another embodiment of the present invention, both the first lens and the second lens are made of a chalcogenide lens material.
本発明の更に別の実施形態によれば、第1レンズと第2レンズが、同じ赤外透過材料で形成されている
本発明の更に別の実施形態によれば、以下の条件式(1)が満たされている:
1.2 < f1/f < 2.0・・・条件式(1)、
但し、
f:全系の焦点距離、
f1:対物レンズの焦点距離。
According to still another embodiment of the present invention, the first lens and the second lens are formed of the same infrared transmitting material. According to still another embodiment of the present invention, the following conditional expression (1) Is satisfied:
1.2 <f1 / f <2.0 Conditional expression (1),
However,
f: focal length of the entire system,
f1: Focal length of the objective lens.
一般的に使用されるゲルマニウムは、希少金属の結晶材で非常に高価であり、研磨や切削にて形状を加工しているのが現状である。カルコゲナイドガラスは、ゲルマニウム、アンチモン、セレン等を主成分とするガラスで、結晶材に比較して安価であり、モールド成型が可能であるガラス材である。 Generally used germanium is a rare metal crystal material, which is very expensive, and is currently processed in shape by polishing or cutting. Chalcogenide glass is a glass material mainly composed of germanium, antimony, selenium, etc., and is cheaper than a crystal material and can be molded.
また、条件式(1)を満足することにより、視野内の諸収差がバランスよく補正され、かつコンパクトで明るい構成にし易くなる。 Further, by satisfying conditional expression (1), various aberrations in the field of view can be corrected in a balanced manner, and a compact and bright configuration can be easily obtained.
また、第2レンズに回折面(回折光学素子面)を設けることにより、倍率色収差およびコマ収差、非点収差を補正することが可能となり、広角視野内での諸収差がバランス良く補正でき、フランジバックを長くすることが可能になる。 Further, by providing the second lens with a diffractive surface (a diffractive optical element surface), it becomes possible to correct lateral chromatic aberration, coma aberration, and astigmatism, and to correct various aberrations in a wide-angle visual field in a balanced manner. It is possible to lengthen the back.
また、第2レンズに回折光学素子を使用することにより、F値1.0でかつ片側視野角14°以上、FB/f0.6以上を確保することが可能である。 Further, by using a diffractive optical element for the second lens, it is possible to ensure an F value of 1.0, a one-side viewing angle of 14 ° or more, and FB / f of 0.6 or more.
図1は、実施例1の光路図である。図2は、実施例1の収差図である。 FIG. 1 is an optical path diagram of the first embodiment. FIG. 2 is an aberration diagram of Example 1. FIG.
本実施例1において、回折光学素子面(回折面)は、光路差関数Ψ(h)の係数がつけられた第2レンズL2の第2面である。また、第1レンズL1の第2面、第2レンズL2の第1面は非球面である。 In Example 1, the diffractive optical element surface (diffractive surface) is the second surface of the second lens L2 to which the coefficient of the optical path difference function Ψ (h) is attached. The second surface of the first lens L1 and the first surface of the second lens L2 are aspheric.
実施例1の赤外線光学系1のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
The configuration of the lens system of the infrared
物体側Pより順に、物体側Pに凸面(S1)を向けた凸メニスカスの第1レンズL1と、物体側Pに凹面(S3)を向けた凸メニスカスの第2レンズL2の最小枚数2群2枚で構成する。
In order from the object side P, a
第1レンズL1と第2レンズL2は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 The first lens L1 and the second lens L2 are both made of a chalcogenide lens material.
f=18.22mm、口径比F/1.0、画角2ω=28°
f1=25.00mm
1<f1/f=1.37
0.5<FB/f=0.71
f1 = 25.00mm
1 <f1 / f = 1.37
0.5 <FB / f = 0.71
非球面係数
面番号S2
面番号S3
面番号S4
面番号S4
なお、回折光学素子面(回折面)は、第2レンズL2の第2面に限定されず、その第2レンズL2の第1面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面に回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。 The diffractive optical element surface (diffractive surface) is not limited to the second surface of the second lens L2, and may be provided on the first surface of the second lens L2. In other words, when a diffractive optical element surface is provided on one surface of the lens, even if a diffractive optical element surface is provided on the rear surface, the optical characteristics do not change, and a good image can be obtained, which is a harsh environment. Durable enough to withstand.
図3は、実施例2の光路図である。図4は、実施例2の収差図である。 FIG. 3 is an optical path diagram of the second embodiment. FIG. 4 is an aberration diagram of Example 2.
本実施例2において、回折光学素子面(回折面)は、光路差関数Ψ(h)の係数がつけられた第4面、すなわち第2レンズL2の第2面である。また、第1レンズL1の第2面、第2レンズL2の第1面および第2レンズL2の第2面は非球面である。 In Example 2, the diffractive optical element surface (diffractive surface) is the fourth surface to which the coefficient of the optical path difference function Ψ (h) is attached, that is, the second surface of the second lens L2. The second surface of the first lens L1, the first surface of the second lens L2, and the second surface of the second lens L2 are aspheric.
実施例2の赤外線光学系11のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
The configuration of the lens system of the infrared
物体側Pより順に、物体側Pに凸面(S11)を向けた凸メニスカスの第1レンズL11と、物体側Pに凹面(S13)を向けた凸メニスカスの第2レンズL12の最小枚数2群2枚で構成する。
In order from the object side P, the first lens L11 having a convex meniscus having a convex surface (S11) facing the object side P and the
第1レンズL11と第2レンズL12は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 Both the first lens L11 and the second lens L12 are made of a chalcogenide lens material.
f=18.22mm、口径比F/1.0、画角2ω=28°
f1=18.00mm
1<f1/f=0.99
f1 = 18.00mm
1 <f1 / f = 0.99
非球面係数
面番号S12
面番号S13
面番号S14
面番号S14
なお、回折光学素子面(回折面)は、第2レンズL2の第2面に限定されず、その第2レンズL2の第1面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。 The diffractive optical element surface (diffractive surface) is not limited to the second surface of the second lens L2, and may be provided on the first surface of the second lens L2. That is, when a diffractive optical element surface is provided on one surface of the lens, even if a diffractive optical element surface is provided on the rear surface, the optical characteristics are not changed, and a good image can be obtained. Durable enough to withstand the environment.
図5は、実施例3の光路図である。図6は、実施例3の収差図である。 FIG. 5 is an optical path diagram of the third embodiment. FIG. 6 is an aberration diagram of Example 3.
本実施例3において、回折光学素子面(回折面)は、光路差関数Ψ(h)の係数がつけられた第2レンズL2の第1面である。また、第1レンズL1の第2面、第2レンズL2の第1面および第2レンズL2の第2面は非球面である。 In Example 3, the diffractive optical element surface (diffractive surface) is the first surface of the second lens L2 to which the coefficient of the optical path difference function Ψ (h) is attached. The second surface of the first lens L1, the first surface of the second lens L2, and the second surface of the second lens L2 are aspheric.
実施例3の赤外線光学系21のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
The configuration of the lens system of the infrared
物体側Pより順に、物体側Pに凸面(S21)を向けた凸メニスカスの第1レンズL21と、物体側Pに凹面(S23)を向けた凸メニスカスの第2レンズL22の最小枚数2群2枚で構成する。
In order from the object side P, the first lens L21 having a convex meniscus having a convex surface (S21) facing the object side P and the
第1レンズL21と第2レンズL22は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 The first lens L21 and the second lens L22 are both made of a chalcogenide lens material.
f=18.22mm、口径比F/1.0、画角2ω=28°
f1=27.25mm
1<f1/f=1.50
0.5<FB/f=0.72
f1 = 27.25mm
1 <f1 / f = 1.50
0.5 <FB / f = 0.72
非球面係数
面番号S22
面番号S23
面番号S24
面番号S23
なお、回折光学素子面(回折面)は、第2レンズL2の第1面に限定されず、その第2レンズL2の第2面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。 The diffractive optical element surface (diffractive surface) is not limited to the first surface of the second lens L2, and may be provided on the second surface of the second lens L2. That is, when a diffractive optical element surface is provided on one surface of the lens, even if a diffractive optical element surface is provided on the rear surface, the optical characteristics are not changed, and a good image can be obtained. Durable enough to withstand the environment.
図7は、実施例4の光路図である。図8は、実施例4の収差図である。 FIG. 7 is an optical path diagram of the fourth embodiment. FIG. 8 is an aberration diagram of Example 4.
本実施例4において、回折光学素子面(回折面)は、光路差関数Ψ(h)の係数がつけられた第2レンズL2の第1面である。また、第1レンズL1の第2面、第2レンズL2の第1面および第2レンズL2の第2面は非球面である。 In Example 4, the diffractive optical element surface (diffractive surface) is the first surface of the second lens L2 to which the coefficient of the optical path difference function Ψ (h) is attached. The second surface of the first lens L1, the first surface of the second lens L2, and the second surface of the second lens L2 are aspheric.
実施例4の赤外線光学系31のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
The configuration of the lens system of the infrared
物体側Pより順に、物体側Pに凸面(S31)を向けた凸メニスカスの第1レンズL31と、物体側Pに凹面(S33)を向けた凸メニスカスの第2レンズL32の最小枚数2群2枚で構成する。
In order from the object side P, the first lens L31 having a convex meniscus having a convex surface (S31) directed toward the object side P and the
第1レンズL31と第2レンズL32は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 The first lens L31 and the second lens L32 are both made of a chalcogenide lens material.
f=18.22mm、口径比F/1.0、画角2ω=28°
f1=23.69mm
1<f1/f=1.30
0.5<FB/f=0.69
f1 = 23.69mm
1 <f1 / f = 1.30
0.5 <FB / f = 0.69
非球面係数
面番号S32
面番号S33
面番号S34
面番号S33
なお、回折光学素子面(回折面)は、第2レンズL2の第1面に限定されず、その第2レンズL2の第2面に設けてもよい。すなわち、そのレンズの一方の面に回折光学素子面を設けた場合に、その裏面にも回折光学素子面を設置しても、光学特性は変わらず、良好な画像を得ることができ、過酷な環境にも耐えうる耐久性を備えている。 The diffractive optical element surface (diffractive surface) is not limited to the first surface of the second lens L2, and may be provided on the second surface of the second lens L2. That is, when a diffractive optical element surface is provided on one surface of the lens, even if a diffractive optical element surface is provided on the rear surface, the optical characteristics are not changed, and a good image can be obtained. Durable enough to withstand the environment.
図9は、実施例5の光路図である。図10は、実施例5の収差図である。 FIG. 9 is an optical path diagram of the fifth embodiment. FIG. 10 is an aberration diagram of Example 5.
本実施例5において、回折光学素子面(回折面)は、光路差関数Ψ(h)の係数がつけられた第2レンズL2の第1面および第2面である。また、第1レンズL1の第2面、第2レンズL2の第1面および第2レンズL2の第2面は非球面である。 In Example 5, the diffractive optical element surfaces (diffraction surfaces) are the first surface and the second surface of the second lens L2 to which the coefficient of the optical path difference function Ψ (h) is attached. The second surface of the first lens L1, the first surface of the second lens L2, and the second surface of the second lens L2 are aspheric.
実施例5の赤外線光学系41のレンズ系の構成は、下記のとおりである。
The configuration of the lens system of the infrared
物体側Pより順に、物体側Pに凸面(S41)を向けた凸メニスカスの第1レンズL41と、物体側Pに凹面(S43)を向けた凸メニスカスの第2レンズL42の最小枚数2群2枚で構成する。
In order from the object side P, a minimum number of two
第1レンズL41と第2レンズL42は、いずれもカルコゲナイドレンズ材料で形成されている。 The first lens L41 and the second lens L42 are both made of a chalcogenide lens material.
f=18.22mm、口径比F/1.0、画角2ω=28°
f1=24.89mm
1<f1/f=1.36
0.5<FB/f=0.55
f1 = 24.89mm
1 <f1 / f = 1.36
0.5 <FB / f = 0.55
非球面係数
面番号S42
面番号S43
面番号S44
面番号S43
面番号S44
1、11、21、31、41 赤外線光学系
L1、L11、L21、L31、L41 第1レンズ
L2、L12、L22、L32、L42 第2レンズ
P 物体側
1, 11, 21, 31, 41 Infrared optical system L1, L11, L21, L31, L41 First lens L2, L12, L22, L32, L42 Second lens P Object side
Claims (4)
1.2 < f1/f < 2.0・・・条件式(1)、
但し、
f:全系の焦点距離、
f1:対物レンズの焦点距離。 The infrared optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the following conditional expression (1) is satisfied:
1.2 <f1 / f <2.0 Conditional expression (1),
However,
f: focal length of the entire system,
f1: Focal length of the objective lens.
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