JP2013122538A

JP2013122538A - 結像光学系及び撮像装置

Info

Publication number: JP2013122538A
Application number: JP2011271144A
Authority: JP
Inventors: Jiro Funakura; 治朗船倉
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-20
Also published as: KR20130066489A

Abstract

【課題】安価な材料で構成された、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及び撮像装置を提供する。
【解決手段】結像光学系は、被写体から放射される遠赤外線を反射して像面に結像する複数の反射面を有し、光軸は、１枚の平面内に収まり、かつ交差しない折線であり、上記反射面のうち、上記被写体側から奇数番目の上記反射面の形状は凹形状であり、偶数回目の上記反射面の形状は凸形状であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、結像光学系及び撮像装置に関し、特に遠赤外線を像面に結像する結像光学系及び結像光学系を用いた撮像装置に関する。

被写体が発する遠赤外線を検出して撮影する撮像装置（以下、遠赤外線カメラともいう。）が知られている。遠赤外線カメラは、被写体自身が発光体として認識されるため、外部の光源がない状態でも被写体を認識することができる。このため遠赤外線カメラは、夜間であっても被写体に気づかれることなく撮影することができる。このような特性から、遠赤外線カメラは、主に防犯カメラ、及び空港における検疫のための発熱検査などの用途に利用されている。

このような遠赤外線カメラに使用される結像光学系には、主に被写体からの遠赤外線を像面に結像するレンズが用いられていた。遠赤外線カメラに用いられるレンズは、遠赤外線に対して十分な透過率を有する材料で作成される必要がある。例えばこのような性質を有する材料としては、ゲルマニウムが代表的である。このためゲルマニウムレンズを用いた遠赤外線カメラが提案されてきた（例えば特許文献１）。

特開２００３−２９５０５２号公報

しかし、遠赤外線に対して十分な透過率を有する材料は、高価なものが多い。このため、より安価な材料で構成することが求められていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、安価な材料で構成された、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及び撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体から放射される遠赤外線を反射して像面に結像する複数の反射面を有し、光軸は、１枚の平面内に収まり、かつ交差しない折線であり、上記反射面のうち、上記被写体側から奇数番目の上記反射面の形状は凹形状であり、偶数回目の上記反射面の形状は凸形状であることを特徴とする、結像光学系が提供される。

上記反射面の数は３であってよい。

また上記反射面の形状は、自由曲面であってよい。

また、上記結像光学系は、中間結像はしなくてよい。

また上記反射面は、遠赤外線のうち８〜１４μｍの波長に対して十分な反射率を有してよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体から放射される遠赤外線を反射して像面に結像する複数の反射面を有し、光軸は、１枚の平面内に収まり、かつ交差しない折線であり、上記反射面のうち、上記被写体側から奇数番目の上記反射面の形状は凹形状であり、偶数回目の上記反射面の形状は凸形状である、結像光学系を備えた撮像装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、安価な材料で構成された、新規かつ改良された遠赤外線用の結像光学系、及び撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る結像光学系の構成を示す光線図である。同実施形態に係る結像光学系の各構成要素の配置を説明するための局所座標の配置を示す説明図である。同実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置の断面斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（結像光学系１０の構成）
まず図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る結像光学系１０の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る結像光学系の構成を示す説明図である。

結像光学系１０は、第１の反射面Ｓ３と、第２の反射面Ｓ４と、第３の反射面Ｓ５と、を含む。この結像光学系１０は、被写体が発し、入射窓１１を介して入射してくる遠赤外線を反射してイメージセンサ１７上に結像させる機能を有する。なお、イメージセンサ１７の手前にはセンサ保護窓１５が配置される。反射面を有する光学部材は、表面を反射材でコーティングすることができればその材質を問わない。このため、低価格な光学部材を作成することができる。例えば、射出成形した樹脂にアルミなどの金属をコーティングすることによって、反射面は形成される。また入射窓１１及びセンサ保護窓１５は、遠赤外線に対して十分な透過度を有する材質（例えばゲルマニウム）により作成される。なお、この入射窓１１からイメージセンサ１７までの光路上において、中間結像はしない。

この結像光学系１０は、被写体中心と撮像面中心とを結ぶ折線を光軸と定義すると、この光軸が１つの平面内に収まり、かつ、交差しないという特徴を有する。第１の反射面Ｓ３により反射された光をさらに反射する第２の反射面Ｓ４は、例えば第１の反射面Ｓ３に入射する入射光など、他の光線を遮らない位置に配置される。この第２の反射面Ｓ４が第１の反射面Ｓ３に入射する入射光を遮る現象、いわゆるケラレが起こる場合には、入射光線の光量が減少するため明るい光学系を実現することができない。このため、反射面を用いた光学系においてはケラレを避けるように各光学部材を配置することが重要である。

（反射面の配置）
ここで、図２及び以下の表１を参照しながら、結像光学系１０の有する各反射面の配置についてより具体的に説明する。図２は、同実施形態に係る結像光学系の各構成要素の配置を説明するための局所座標の配置を示す説明図である。

図２及び表１を参照しながら、ここで定義される座標系について説明する。ここで、入射窓１１の被写体側の面を入射窓第１面Ｓ１とし、入射窓１１の他の面を入射窓第２面Ｓ２とする。このとき、入射窓第１面Ｓ１と光軸との交点を絶対座標系の原点とする。そして、光軸を含む直線をＺ軸、光軸を含む平面内でＺ軸と直交する直線をＹ軸と定義する。

また、センサ保護窓１５のうち結像光学系１０からの入射光側の面をセンサ保護窓第１面Ｓ６、センサ保護窓１５のイメージセンサ１７側の面をセンサ保護窓第２面Ｓ７とする。またイメージセンサ１７の入射光側の面をセンサ面Ｓ８とする。このとき、入射窓第１面Ｓ１、入射窓第２面Ｓ２、第１反射面Ｓ３、第２反射面Ｓ４、第３反射面Ｓ５、センサ保護窓第１面Ｓ６、センサ保護窓第２面Ｓ７、及びセンサ面Ｓ８の各面に対して局所座標系を定義し、その位置及び方向が示される。表１に、図２により定義された局所座標系の原点位置と局所座標系のｚ軸方向余弦とを絶対座標系で示す。

このように配置されることにより、光軸が１枚の平面内におさまり、かつ交差しない折線となる。また各面は他の面に入射する光を遮らないように配置される。これによりケラレが生じず明るい光学系を実現することができる。

（反射面の面形状）
ここで、結像光学系１０に含まれる第１反射面Ｓ３、第２反射面Ｓ４、及び第３反射面Ｓ５の面形状について説明する。結像光学系１０は、曲率を有する光学面としては透過面を有さず反射面のみで構成される。この第１反射面Ｓ３、第２反射面Ｓ４、及び第３反射面Ｓ５は、自由曲面である。この自由曲面は、以下の数式（１）及び表２により表される。具体的には、数式（１）により定義された自由曲面式に表２の自由曲面係数を代入することにより各自由曲面は決定される。なお、表２は、自由曲面係数の値が“０”でない部分についてのみ示した。すなわち表２に示していない自由曲面係数の値は“０”である。

・・・数式（１）

このように、被写体側から奇数番目の反射面（第１反射面Ｓ３及び第３反射面Ｓ５）の形状は凹形状であり、偶数番目の反射面（第２反射面Ｓ４）の形状は凸形状である。なお、ここでは反射面が３つの場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば反射面が２、又は４以上であってもよい。

（撮像装置の構成）
ここで、図３を参照しながら本実施形態に係る結像光学系１０を用いた撮像装置の構成について説明する。図３は、同実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置の断面斜視図である。

図３に示されるように、筐体内に上述の入射窓１１、結像光学系１０、及びイメージセンサ１７を配置することにより、撮像装置１００が提供される。入射窓１１、第１反射面Ｓ３、第２反射面Ｓ４、第３反射面Ｓ５、及びイメージセンサ１７の配置については、上述の通りである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、反射面の数は３つとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、反射面の数は２又は４以上であってもよい。

１０結像光学系
Ｓ３第１反射面
Ｓ４第２反射面
Ｓ５第３反射面
１１入射窓
１５センサ保護窓
１７イメージセンサ
１００撮像装置

Claims

被写体から放射される遠赤外線を反射して像面に結像する複数の反射面を有し、
光軸は、１枚の平面内に収まり、かつ交差しない折線であり、
前記反射面のうち、前記被写体側から奇数番目の前記反射面の形状は凹形状であり、偶数回目の前記反射面の形状は凸形状であることを特徴とする、結像光学系。
前記反射面の数は３であることを特徴とする、
請求項１に記載の結像光学系。
前記反射面の形状は、自由曲面であることを特徴とする、
請求項１または２のいずれかに記載の結像光学系。
中間結像はしないことを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の結像光学系。
前記反射面は、遠赤外線のうち８〜１４μｍの波長に対して十分な反射率を有することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の結像光学系。
被写体から放射される遠赤外線を反射して像面に結像する複数の反射面を有し、
光軸は、１枚の平面内に収まり、かつ交差しない折線であり、
前記反射面のうち、前記被写体側から奇数番目の前記反射面の形状は凹形状であり、偶数回目の前記反射面の形状は凸形状である、結像光学系を備える撮像装置。