JP2011186070A - 赤外線ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形や研磨の加工が容易なカルコゲナイドを少なくと一枚含み、一般に補正困難である球面収差を容易に補正して鮮明な画像を形成できる赤外線ズームレンズを提供すること。
【解決手段】物体側から順に、何れも単体レンズである第１レンズないし第４レンズからなり、第１レンズないし第４レンズのうちの少なくとも１枚がカルコゲナイドで形成されていることを特徴とする赤外線レンズ。
【選択図】図１

Description

本発明は、球面収差補正が優れ、製造コストの低い赤外線ズームレンズに関する。

従来の赤外線ズームレンズとして、断熱化された赤外線ズームレンズであって、レンズ素子は被写体の方向から焦点へ前記光軸に沿って順に配置された第１のレンズ素子と、第２のレンズ素子と、第３のレンズ素子とを具備し、第１のレンズ素子(12)は第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備え正の倍率を有しており、第２のレンズ素子は第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備え、負の倍率を有しており、第３のレンズ素子は第１の表面を有しており、前記第１の表面とは反対側に第２の表面を備え、正の倍率を有しており、第１および第３のレンズ素子は第１の材料で構成され、前記第２のレンズ素子を構成している第２の材料とは異なる材料であり、前記第１の材料の温度変化に対する屈折率の変化（ｄｎ／ｄＴ）は予め定められた量だけ前記第２の材料の温度変化に対する屈折率の変化より少なく、前記第１のレンズ素子の前記第２の表面および第３のレンズ素子の前記第２の表面の少なくとも１つは回折表面である構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の他の赤外線ズームレンズとして、被写体側から順に、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構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

従来の他の赤外線ズームレンズとして、３〜５μｍまたは８〜１２μｍの波長帯の赤外線用光学系に用いられる赤外線ズームレンズであって、１枚または２枚のレンズで構成される正の屈折力を有する第１レンズ群、１枚または２枚のレンズで構成される負の屈折力を有する第２レンズ群、物体側に凹面を向けた１枚の負のメニスカスレンズからなる第３レンズ群、１枚の凸レンズからなる第４レンズ群、および、少なくとも４枚のレンズで構成されるとともに像面側の最終レンズが物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる正の屈折力を有する第５レンズ群が、物体側からこの順で配設されてなり、ズーミング時、前記第１、第４および第５レンズ群は固定とされる一方、前記第２および第３レンズ群は可動とされ、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行うとともに、前記第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより結像位置の補正を行うように構成され、下記条件式（１）〜（３）を満足する構成のもが提案されている。
１．００＜ｆ₁／ｆ_t （１）
ｆ₂／ｆ_t＜−０．４０ （２）
０．３５＜ｆ₅／ｆ_t＜ ０．７０ （３）
ただし、 ｆ_t ： 望遠端における全系の焦点距離 ｆ₁ ： 第１レンズ群の焦点距離 ｆ₂ ： 第２レンズ群の焦点距離 ｆ₅ ： 第５レンズ群の焦点距離である。

特開２００５−５２１９１８号公報 特開２００７−２６４６４９号公報 特許第３３６５６０６号公報

特許文献１の構成においては、第１および第３のレンズ素子が第１の材料で構成されているため、レンズ材料の保管等が単純で管理し易いが、収差補正が困難であるという重大な問題がある。また、特許文献１の構成は、焦点機構が固定であり、すなわち合焦機能を有せず、使い勝手が悪い。

特許文献２の構成においては、全てのレンズ材料に硫化亜鉛を用いているが、硫化亜鉛は、高価である上に、成形や研磨の加工が困難である問題がある。また、実施例では、硫化亜鉛とゲルマニウムとを組み合わせて使用している。低屈折率（約２．２）の硫化亜鉛は、収差の補正が困難であるという問題がある。

特許文献３の構成においては、９枚〜１２枚のレンズを使用しているため、製造コストが高く、またレンズによる赤外線の吸収が多く、暗い映像となるという問題がある。さらに、鏡筒の大型化し、構成が複雑になるという問題がある。

（発明の目的）
本発明は、従来の赤外線ズームレンズに上述した問題点に鑑みてなされたものであって、プレス成形や研磨の加工が容易なカルコゲナイドを少なくとも一枚含み、一般に補正困難である球面収差を容易に補正して鮮明な画像を形成できる赤外線ズームレンズを提供することを目的とする。

本発明はまた、レンズ枚数が少なく鏡筒が簡易構造で軽量に形成でき、さらに、赤外線の吸収が少なく明るい画像を形成できる赤外線ズームレンズを提供することを目的とする。

本発明は、さらに、ズーム全領域で収差を良好に補正した赤外線ズームレンズを提供することを目的とする。

第１発明は、物体側から順に、何れも単体レンズである第１レンズないし第４レンズからなり、第１レンズないし第４レンズのうちの少なくとも１枚がカルコゲナイドで形成されていることを特徴とする赤外線レンズである。

第２発明は、物体側から順に、何れも単体レンズである第１レンズないし第４レンズからなり、第１レンズないし第４レンズのうちの少なくとも１枚がカルコゲナイドであり、以下条件式を満たすようにしたことを特徴する赤外線レンズ。
条件式 ２．４ ≦ Ｎ ≦ ３．９
但し、Ｎは波長８〜１２μmにおけるカルコゲナイドの屈折率
である。

本発明によれば、プレス成形や研磨の加工が容易なカルコゲナイドを少なくと一枚含み、一般に補正困難である球面収差を容易に補正して鮮明な画像を形成できる効果を得ることができる。

本発明によれば、レンズ枚数が少なく鏡筒が簡易構造で軽量に形成でき、さらに、赤外線の吸収が少なく明るい画像を形成できる効果を得ることができる。

本発明によれば、さらに、ズーム全領域で収差を良好に補正できる効果を得ることができる。

（条件式）
条件式「２．４ ≦ Ｎ ≦ ３．９」は、カルコゲナイドを用いた赤外光学系、特にカルコゲナイドを用いた遠赤外光学系のための条件である。条件式の上限を超えると、ゲルマニウムと同等の材料になるためコストが高くなり、加工が困難になるという問題が生じる。条件式の下限を超えると、ガラスレンズに近づくため赤外透過性が低下するという問題が生じる。

本発明の実施形態は、以下の通りである。
正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとを有することを特徴とする。
この実施形態によれば、像面湾曲の少ないズームレンズを構成することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、正の屈折力を有する第４レンズを有することを特徴とする。
この実施形態によれば、収差変動の少ないズームレンズを構成することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、第１レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする。
この実施形態によれば、球面収差と像面湾曲を良好に補正することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、第３レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする。
この実施形態によれば、球面収差を良好に補正することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、第４レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする。
この実施形態によれば、ズーム全域において収差変動の少ないズームレンズを構成することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、少なくとも１つのレンズ面が回折面とされていることを特徴とする。さらに、前記回折面は、第３レンズ群に形成される。
この実施形態によれば、赤外線ズームレンズにおいて補正が困難な球面収差を容易に補正できる効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、変倍時において第１レンズは固定され、前記第２レンズ以降が移動することを特徴とする。
この実施形態によれば、鏡筒構成が簡易で、収差補正にも優れた赤外線ズームレンズを構成できるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、変倍時において第１レンズ及び第３レンズは固定され、第２レンズ及び第４レンズが移動することを特徴とする。
この実施形態によれば、ズーム全域において収差変動の少ないズームレンズを構成することができるという効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態は、フォーカシングを第４レンズで移動させることによって行うことを特徴とする。
この実施形態によれば、ズームレンズとして最小限のレンズ枚数で、ズーム全域において収差変動の少ないズームレンズを構成することができるという効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第１実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第２実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第３実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第４実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第５実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第５実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第５実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第６実施形態の赤外線ズームレンズの広角時及び望遠時の状態を示す光学図である。 本発明の第６実施形態の赤外線ズームレンズの広角時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。 本発明の第６実施形態の赤外線ズームレンズの望遠時の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図である。

以下に、本発明の赤外線ズームレンズの実施形態のレンズデータ等を示す。
面番号の前に*を付した面は、非球面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをH、面頂を原点としたときの高さHにおける光軸方向の変位量をX(H)、近軸曲率半径をR、円錐係数をε、2次の非球面係数A，4次の非球面係数B，6次の非球面係数C，8次の非球面係数D，10次の非球面係数Eとしたとき、次の式で表される。

（第１実施形態）

（第２実施形態）

（第３実施形態）

（第４実施形態）

（第５実施形態）

（第６実施形態）

１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 第４レンズ

Claims (12)

1. 物体側から順に、何れも単体レンズである第１レンズないし第４レンズからなり、第１レンズないし第４レンズのうちの少なくとも１枚がカルコゲナイドで形成されていることを特徴とする赤外線レンズ。
2. 物体側から順に、何れも単体レンズである第１レンズないし第４レンズからなり、第１レンズないし第４レンズのうちの少なくとも１枚がカルコゲナイドであり、以下条件式を満たすようにしたことを特徴する赤外線レンズ。
   条件式 ２．４ ≦ Ｎ ≦ ３．９
   但し、Ｎは波長８〜１２μmにおけるカルコゲナイドの屈折率
3. 請求項１または２に記載の赤外線レンズであって、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとを有することを特徴とする赤外線レンズ。
4. 請求項１ないし３のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、正の屈折力を有する第４レンズを有することを特徴とする赤外線レンズ。
5. 請求項１ないし４のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、第１レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする赤外線レンズ。
6. 請求項１ないし５のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、第３レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする赤外線レンズ。
7. 請求項１ないし６のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、第４レンズが、正メニスカスレンズであることを特徴とする赤外線レンズ。
8. 請求項１ないし７のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、少なくとも１つのレンズ面が回折面とされていることを特徴とする赤外線レンズ。
9. 請求８に記載の赤外線レンズであって、前記回折面は、第３レンズ群に形成されていることを特徴とする赤外線レンズ。
10. 請求項１ないし９のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、変倍時において第１レンズは固定され、前記第２レンズ以降が移動することを特徴とする赤外線レンズ。
11. 請求項１ないし９に記載の赤外線レンズであって、変倍時において第１レンズ及び第３レンズは固定され、第２レンズ及び第４レンズが移動することを特徴とする赤外線レンズ。
12. 請求項１ないし１１のうちの一項に記載の赤外線レンズであって、フォーカシングを第４レンズを移動させることによって行うことを特徴とする赤外線レンズ。

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