JP2016080774A - 赤外線受光光学系および赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広角で、高性能で、しかもコンパクトな赤外線受光光学系を提供する。【解決手段】 赤外線受光光学系は、物体側から受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を配置している。赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、両面に非球面を形成している。開口絞りＡＤを挟んで第１のレンズＬ１と対峙する第２のレンズＬ２は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、両面に非球面を形成している。これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像して、受光素子に赤外線を検出させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線センサおよび赤外線カメラ等に用いられる赤外線用の受光光学系、すなわち、物体からの赤外線を導き且つ結像させて受光素子で受光検出させる赤外線受光光学系およびその赤外線受光光学系を搭載する赤外線検出装置に関するものである。

近年、赤外領域の波長の光である赤外線を利用して赤外線画像を撮像する赤外線カメラおよび赤外線を検出する赤外線検出用のセンサやモジュールは、主として防犯や監視等を目的として需要が高まりつつある。また、センシング技術として、赤外線を利用するものが増えてきており、例えばゲーム業界等においても、赤外線を用いて人の動きを感知する技術の需要が高まってきている。
そのような状況にあって、赤外領域の波長の光である赤外線を検出する、いわゆる赤外線検出用センサの受光部に用いる光学系は、一般に１枚〜２枚のレンズで構成されている。このような装置では、赤外線を放射する物体がセンサにて検出できればよいため、レンズ枚数は１枚〜２枚で充分である。具体的には、例えば特許文献１（特開平８−２０４６５３号公報）および特許文献２（特開２００７−２６４１１６号公報）等に開示されている。
また、赤外領域の波長の光である赤外線により形成される赤外線画像を結像させるための撮像用の赤外線レンズとしては、材料にゲルマニウムやシリコンなどを用いたレンズを２枚〜５枚用いた光学系が使用されることが多い。この種の光学系の例は、例えば、特許文献３（特開２０００−７５２０３号公報）、特許文献４（特開２００８−２６８２８１号公報）、特許文献５（特開２０１２−２７３５号公報）および特許文献６（特許第４６３１７５３号公報）等に開示されている。

すなわち、特許文献１には、１枚のレンズを用いた光学系が、そして特許文献２には、２枚のレンズを用いた光学系がそれぞれ示されている。また、特許文献３には、例えばゲルマニウムレンズまたはシリコンレンズ等の２枚のレンズを用いた光学系が示されている。特許文献４には、硫化亜鉛を用いて形成したレンズを含む３枚のレンズを用いた光学系が示されている。特許文献５には、４枚のレンズを用いた光学系が、そして特許文献６には、硫化亜鉛を用いて形成したレンズを含む２枚〜３枚のレンズを用いた光学系が、それぞれ示されている。

上述した特許文献１および特許文献２に開示された光学系は、光学系の視野角、すなわち画角が狭く、対象物体までの距離が短い場合に広い範囲にわたって対象物体を検出しようとする目的には適していない。さらに、対象物体の検出位置精度、すなわち位置分解能を高めようとしても、特許文献１および特許文献２の構成では充分な精度を得ることはできない。
また、特許文献３、特許文献４、特許文献５および特許文献６に開示された光学系は、明るいＦ値も得ることができ、レンズ性能としては充分であるが、画角ωは２０°以下と狭く、光学系を構成する各レンズのサイズも大きくなってしまい、小型で携帯性を重視した製品装置に搭載するのには適していない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、広角で、高性能で、しかもコンパクトな赤外線受光光学系を提供することを目的としている。

本発明に係る赤外線受光光学系は、上述した目的を達成するために、
赤外線受光光学系において、
パワーを有する３枚以下の複数の光学部材で構成し、画角が９０°以上であり、
前記複数の光学部材のうちの最も物体側の負のパワーを有する光学部材は、物体側に凸形状をなし、且つ
前記複数の光学部材のうちの最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材は、受光素子側に凸形状をなして形成し、
前記負のパワーを有する光学部材と、前記正のパワーを有する光学部材との間に開口絞りを配置してなることを特徴としている。

本発明に係る赤外線受光光学系によれば、
赤外線受光光学系において、
パワーを有する３枚以下の複数の光学部材で構成し、画角が９０°以上であり、
前記複数の光学部材のうちの最も物体側の負のパワーを有する光学部材は、物体側に凸形状をなし、且つ
前記複数の光学部材のうちの最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材は、受光素子側に凸形状をなして形成し、
前記負のパワーを有する光学部材と、前記正のパワーを有する光学部材との間に開口絞りを配置してなることにより、
画角が９０°以上と広角で、高性能で、しかもコンパクトな赤外線受光光学系を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る赤外線受光光学系の実施例である実施例１の要部の構成を示す断面図である。 図１の実施例１に係る赤外線受光光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差を示す収差曲線図である。 本発明の第２の実施の形態に係る赤外線受光光学系の実施例である実施例２の要部の構成を示す断面図である。 図３の実施例２に係る赤外線受光光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差を示す収差曲線図である。 本発明の第３の実施の形態に係る赤外線受光光学系の実施例である実施例３の要部の構成を示す断面図である。 図５の実施例３に係る赤外線受光光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差を示す収差曲線図である。 本発明の第４の実施の形態に係る赤外線受光光学系の実施例である実施例４の要部の構成を示す断面図である。 図７の実施例４に係る赤外線受光光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差を示す収差曲線図である。 本発明の第５の実施の形態に係る赤外線受光光学系の実施例である実施例５の要部の構成を示す断面図である。 図９の実施例５に係る赤外線受光光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差を示す収差曲線図である。

以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る赤外線受光光学系および赤外線検出装置を詳細に説明する。実施の形態および具体的な実施例について説明する前に、まず、本発明に係る赤外線受光光学系および赤外線検出装置の特徴について説明する。
本発明に係る赤外線受光光学系においては、赤外線受光光学系を、以下のように構成する（請求項１に対応する）。
本発明に係る赤外線受光光学系は、パワーを有する３枚以下の複数の光学部材を用いて、画角が９０°以上を呈すべく構成する。そして、前記複数の光学部材のうちの最も物体側の負のパワーを有する光学部材は、物体側に凸形状をなし、且つ前記複数の光学部材のうちの最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材は、受光素子側に凸形状をなして形成する。さらに、前記負のパワーを有する光学部材と、前記正のパワーを有する光学部材との間に、開口絞りを配置する。
まず、赤外線受光光学系の画角を９０°以上として、しかも高性能とすることを検討する。

パワーを有する単一の光学部材を用いて、このような赤外線受光光学系を構成するためには、光学系の全長を大きくする以外には手立てが無い。赤外線センサ等の赤外線検出装置は、サイズが大きいと、製品に搭載する上で、携帯性や設置性の点で不便なことが多くなるので望ましくない。
それに対して、コンパクトで、画角が９０°以上で、しかも高性能な光学系を成立させるためには、少なくとも２枚以上のパワーを有する光学部材（一般的にはレンズ）が必要である。実施の形態および実施例に関連して後に述べるように、少なくとも１枚の負レンズと１枚の正レンズとを用いる必要があり、より高性能にするためには、さらに１枚の正レンズを追加して２枚の正レンズを用いることが望ましい。
そして、開口絞りは、負のパワーを有する光学部材と、正のパワーを有する光学部材との間に配置する。なお、開口絞りを、最も物体側または最も受光素子側に配置しても高性能化を達成することが可能ではあるが、そのようにすると、レンズの外径が大きくなる傾向となり、小型化の点で望ましくない。
すなわち、赤外線受光光学系を上述したように構成することによって、少ない光学部材の枚数で良好に収差を補正して、高い画像品質を得ることが可能となる。
また、本発明に係る赤外線受光光学系は、次の条件式〔１〕を満足することが望ましい（請求項２に対応する）。

条件式：
〔１〕 １．０ ＜ OAL／Ｙ′ ＜ ２．４
ここで、OALは、最も物体側のパワーを有する光学部材の最も物体側の面から受光素子の受光面までの距離を表し、そしてＹ′は、当該受光光学系の像高を表している。
OAL／Ｙ′が、条件式〔１〕の下限に満たない場合には、光学性能が悪くなる傾向となり、受光光学系として望ましくない。また、OAL／Ｙ′が、条件式〔１〕の上限を超える場合には、当該受光光学系の全長が大きくなるため、受光光学系の小型化の点で望ましくない。
さらに、本発明に係る赤外線受光光学系は、次の条件式〔２〕を満足することによって、より良好な光学性能を得ることができる（請求項３に対応する）。
条件式：
〔２〕 １．４ ＜ ｜ｆｎs／ｆｐe｜ ＜ ４．２
ここで、ｆｎsは、最も物体側の負のパワーを有する光学部材の焦点距離を表し、そしてｆｐeは、最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材の焦点距離を表している。
｜ｆｎs／ｆｐe｜が、条件式〔２〕の範囲外となる場合には、負レンズと正レンズのパワー配置が崩れて、大きな像面湾曲が発生するため、望ましくない。したがって、受光光学系が良好な光学性能を得るためには、条件式〔２〕の範囲内とすることが望ましい。

さらに、本発明に係る赤外線受光光学系は、
物体側から、順次、
物体側に凸形状をなす負メニスカスレンズと、
開口絞りと、
受光素子側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
を配置して構成することができる（請求項４に対応する）。
また、本発明に係る赤外線受光光学系は、
物体側から、順次、
物体側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
物体側に凸形状をなす負メニスカスレンズと、
開口絞りと、
受光素子側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
を配置して構成することができる（請求項５に対応する）。

本発明に係る赤外線検出装置は、
赤外線受光用の受光素子の受光光路上に、
上述したいずれかの赤外線受光光学系と、赤外線バンドパスフィルタと、可視光線を減衰させるフィルタとを配置して構成することができる（請求項６に対応する）。
なお、赤外線バンドパスフィルタと、可視光線を減衰（またはカット）させるフィルタは、典型的には最も物体側に配置するが、最も受光素子側に配置してもよく、赤外線受光用の受光素子の受光光路上であればどこでも構わない。
また、赤外線バンドパスフィルタは、赤外域の波長の光線を透過させ、それ以外の可視光域および必要ならば紫外域の光線を減衰させる光学フィルタで構成すれば良いが、光路上の他の光学素子および受光素子の特性を考慮し、フィルタ特性の異なる複数種の光学フィルタを組み合わせて、実質的に主として赤外域の波長の光線を受光素子に感応させるように構成しても良い。

〔具体的な実施の形態および実施例〕
次に、本発明に係る赤外線受光光学系および赤外線検出装置のさらに具体的な実施の形態およびその実施例について説明する。
最初に、本発明に係る赤外線受光光学系の具体的な実施の形態としての第１の実施の形態〜第５の実施の形態について、それぞれ具体的な実施例としての実施例１〜実施例５により説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態としての実施例１に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。図３および図４は、本発明の第２の実施の形態としての実施例２に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。図５および図６は、本発明の第３の実施の形態としての実施例３に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。図７および図８は、本発明の第４の実施の形態としての実施例４に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。そして図９および図１０は、本発明の第５の実施の形態としての実施例５に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。

第１の実施の形態〜第３の実施の形態、すなわち実施例１〜実施例３の赤外線受光光学系は、いずれも、物体側から、順次、赤外線バンドパスフィルタ（可視光線を減衰させるフィルタを含む光学フィルタ。以下同じ。）第１のレンズ、開口絞り、そして第２のレンズをそれぞれ配置してなり、前記第１のレンズは、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズとして構成し、前記第２のレンズは、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズとして構成している。前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、いずれも両面に非球面を形成してなる非球面レンズとしている。
第４の実施の形態および第５の実施の形態、すなわち実施例４および実施例５の赤外線受光光学系は、いずれも、物体側から、順次、第１のレンズ、第２のレンズ、開口絞り、そして第３のレンズをそれぞれ配置してなる。前記第１のレンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズとして構成し、前記第２のレンズは、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズとして構成している。そして前記第３のレンズは、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズとして構成している。前記第１のレンズ、前記第２のレンズおよび前記第３のレンズは、いずれも両面に非球面を形成してなる非球面レンズとしている。

これら実施例１〜実施例５の各実施例の赤外線受光光学系における収差は、充分に補正されている。すなわち、本発明に係る第１〜第５の実施の形態のように赤外線受光光学系を構成することによって、非常に良好な性能を確保し得ることは、これら実施例１〜実施例５の各実施例から明らかである。
これら実施例１〜実施例５の各実施例に共通の記号の意味は、次の通りである。
ｆ：焦点距離（赤外線受光光学系全体の焦点距離）
Ｆ：Ｆ値（Ｆナンバ）
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎd：屈折率
νd：アッベ数
Ｙ′：像高

また、非球面に関しての記号は、次の通りである。
ｋ：非球面の円錐定数
ｒ：曲率半径
Ｈ：光軸からの像高
Ｃ_４：４次の非球面係数
Ｃ_６：６次の非球面係数
Ｃ_８：８次の非球面係数
Ｃ_１０：１０次の非球面係数
Ｃ_１２：１２次の非球面係数
Ｃ_１４：１４次の非球面係数
Ｃ_１６：１６次の非球面係数
ここで用いられる非球面形状は、光軸からの高さをＨ、円錐定数をｋとし、各次数の非球面係数Ｃ_４〜Ｃ_１６を用いて表される。
面の原点を基準としたときの光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘ、すなわち、光軸方向における非球面量Ｘが、次式〔３〕で定義され、近軸における曲率半径ｒ、円錐定数ｋおよび非球面係数Ｃ_４〜Ｃ_１６を与えて非球面形状を特定する。

次に、上述した本発明に基づく、実施の形態および具体的な実施例を詳細に説明する。
以下に述べる本発明の第１の実施の形態の実施例１〜第５の実施の形態の実施例５は、本発明に係る赤外線受光光学系の数値例による具体的な構成の実施例である。
〔第１の実施の形態〕

まず、上述した本発明の第１の実施の形態としての具体的な実施例１に係る赤外線受光光学系を詳細に説明する。
実施例１は、本発明の第１の実施の形態に係る赤外線受光光学系の具体的な構成の実施例であり、図１および図２は、本発明の第１の実施の形態としての実施例１に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る実施例１の赤外線受光光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図１に示す赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタ（可視光線を減衰させるフィルタを含む。以下同じ）ＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２および開口絞りＡＤを具備している。図１において、赤外線受光光学系を構成する各光学要素は、対象である物体側から結像面である受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を配置している。
赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する通常の場合平行平板状の光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負のパワーを持つ負レンズを形成し、両面に非球面を形成している。開口絞りＡＤを挟んで第１のレンズＬ１と対峙する第２のレンズＬ２は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正のパワーを持つ正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、物体からの赤外線を導き且つ集光して、具体的には示していないが受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像する。

すなわち、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を有して構成した当該赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴを介して物体側から入射する赤外光を集光し、当該赤外線受光光学系の受光素子側の結像面ＩＰに結像して、受光素子に入射させ赤外線を検出させる。
図１には、各光学面の面番号も示している。なお、図１における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例２〜実施例５についても共通に用いている。そのため、図３、図５、図７および図９と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例２〜実施例５とはかならずしも同一の構成ではない。
この実施例１においては、焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）Ｆおよび半画角ωが、それぞれ、ｆ＝３．６ｍｍ、Ｆ値＝Ｆ３．２およびω＝４７°である。また、各光学要素の光学特性は、次表１の通りである。なお次表１において、赤外線バンドパスフィルタをＦＴ、第１のレンズをＬ１、開口絞りをＡＤ、第２のレンズをＬ２として示しており、これらは実施例２（の表４）および実施例３（の表７）においても同様である。

表１において、面番号に「＊（アスタリスク）」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。すなわち、表１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第６面および第７面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表２の通りである。

この場合、各条件式における変数に対応する値は、次表３の通りとなり、それぞれ条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足している。

また、図２に、実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差の各収差曲線図を示している。これらの収差曲線図において、評価波長は、８５０ｎｍとしており、これら各図から、各収差が明らかに小さく抑制されていることがわかる。なお、これらの収差曲線図において、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれ表している。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
〔第２の実施の形態〕

次に、上述した本発明の第２の実施の形態としての具体的な実施例２に係る赤外線受光光学系を詳細に説明する。
実施例２は、本発明の第２の実施の形態に係る赤外線受光光学系の具体的な構成の実施例であり、図３および図４は、本発明の第２の実施の形態としての実施例２に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る実施例２の赤外線受光光学系の光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図３に示す赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２および開口絞りＡＤを具備している。図３において、赤外線受光光学系を構成する各光学要素は、対象である物体側から結像面である受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を配置している。
赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する通常の場合平行平板状の光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズを形成し、両面に非球面を形成している。

開口絞りＡＤを挟んで第１のレンズＬ１と対峙する第２のレンズＬ２は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、物体からの赤外線を導き且つ集光して、具体的には示していないが受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像する。
すなわち、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を有して構成した当該赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴを介して物体側から入射する赤外光を集光し、当該赤外線受光光学系の受光素子側の結像面ＩＰに結像して、受光素子に入射させ赤外線を検出させる。
図３には、各光学面の面番号も示している。なお、図３における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例１および実施例３〜実施例５についても共通に用いている。そのため、図１、図５、図７および図９と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例１および実施例３〜実施例５とはかならずしも同一の構成ではない。

この実施例２においては、焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）Ｆおよび半画角ωが、それぞれ、ｆ＝３．６ｍｍ、Ｆ値＝Ｆ３．２およびω＝４５°である。また、各光学要素の光学特性は、次表４の通りである。なお次表４において、赤外線バンドパスフィルタをＦＴ、第１のレンズをＬ１、開口絞りをＡＤ、第２のレンズをＬ２として示しており、これらは実施例１（の表１）および実施例３（の表７）においても同様である。

表４においても、面番号に「＊」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。すなわち、表４においては、「＊」が付された第３面、第４面、第６面および第７面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表５の通りである。

この場合、各条件式における変数に対応する値は、次表６の通りとなり、それぞれ条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足している。

また、図４に、実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差の各収差曲線図を示している。これらの収差曲線図においても、評価波長は８５０ｎｍとしており、これら各図から、各収差が明らかに小さく抑制されていることがわかる。なお、これらの収差曲線図において、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルを、それぞれ表している。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
〔第３の実施の形態〕

次に、上述した本発明の第３の実施の形態としての具体的な実施例３に係る赤外線受光光学系を詳細に説明する。
実施例３は、本発明の第３の実施の形態に係る赤外線受光光学系の具体的な構成の実施例であり、図５および図６は、本発明の第３の実施の形態としての実施例３に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る実施例３の赤外線受光光学系の光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図５に示す赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２および開口絞りＡＤを具備している。図５において、赤外線受光光学系を構成する各光学要素は、対象である物体側から結像面である受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を配置している。
赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する通常の場合平行平板状の光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズを形成し、両面に非球面を形成している。開口絞りＡＤを挟んで第１のレンズＬ１と対峙する第２のレンズＬ２は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。

これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、物体からの赤外線を導き且つ集光して、具体的には示していないが受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像する。
すなわち、第１のレンズＬ１、開口絞りＡＤおよび第２のレンズＬ２を有して構成した当該赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴを介して物体側から入射する赤外光を集光し、当該赤外線受光光学系の受光素子側の結像面ＩＰに結像して、受光素子に入射させ赤外線を検出させる。
図５には、各光学面の面番号も示している。
この実施例３においては、焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）Ｆおよび半画角ωが、それぞれ、ｆ＝３．６ｍｍ、Ｆ値＝Ｆ３．２およびω＝５０°である。また、各光学要素の光学特性は、次表７の通りである。なお次表において、赤外線バンドパスフィルタをＦＴ、第１のレンズをＬ１、開口絞りをＡＤ、第２のレンズをＬ２として示しており、これらは実施例１（の表１）および実施例２（の表４）においても同様である。

表７においても、面番号に「＊」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。すなわち、表７においても、「＊」が付された第３面、第４面、第６面および第７面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表８の通りである。

この場合、各条件式における変数に対応する値は、次表９の通りとなり、それぞれ条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足している。

また、図６に、実施例３における球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差の各収差曲線図を示している。これらの収差曲線図においても、評価波長は８５０ｎｍとしており、これら各図から、各収差が明らかに小さく抑制されていることがわかる。なお、これらの収差曲線図において、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれ表している。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
〔第４の実施の形態〕

次に、上述した本発明の第４の実施の形態としての具体的な実施例４に係る赤外線受光光学系を詳細に説明する。
実施例４は、本発明の第４の実施の形態に係る赤外線受光光学系の具体的な構成の実施例であり、図７および図８は、本発明の第４の実施の形態としての実施例４に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る実施例４の赤外線受光光学系の光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図７に示す赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３および開口絞りＡＤを具備している。図７において、赤外線受光光学系を構成する各光学要素は、対象である物体側から結像面である受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、開口絞りＡＤおよび第３のレンズＬ３を配置している。
赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する通常の場合平行平板状の光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。

第２のレンズＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズを形成し、両面に非球面を形成している。開口絞りＡＤを挟んで第２のレンズＬ２と対峙する第３のレンズＬ３は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、物体からの赤外線を導き且つ集光して、具体的には示していないが受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像する。
すなわち、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、開口絞りＡＤおよび第３のレンズＬ３を有して構成した当該赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴを介して物体側から入射する赤外光を集光し、当該赤外線受光光学系の受光素子側の結像面ＩＰに結像して、受光素子に入射させ赤外線を検出させる。
図７には、各光学面の面番号も示している。
この実施例４においては、焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）Ｆおよび半画角ωが、それぞれ、ｆ＝３．６ｍｍ、Ｆ値＝Ｆ３．２およびω＝４７°である。また、各光学要素の光学特性は、次表１０の通りである。なお次表１０において、赤外線バンドパスフィルタをＦＴ、第１のレンズをＬ１、第２のレンズをＬ２、開口絞りをＡＤ、第３のレンズをＬ３として示しており、これらは実施例５（の表１３）においても同様である。

表１０においても、面番号に「＊」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。すなわち、表１０においても、「＊」が付された第３面、第４面、第５面、第６面、第８面および第９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表１１の通りである。なお、非球面係数において、「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」すなわち「×１０^ｎ」を表し、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０^−５」を表している。これらは、他の実施例についても同様である。

この場合、各条件式における変数に対応する値は、次表１２の通りとなり、それぞれ条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足している。

また、図８に、実施例４における球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差の各収差曲線図を示している。これらの収差曲線図においても、評価波長は８５０ｎｍとしており、これら各図から、各収差が明らかに小さく抑制されていることがわかる。なお、これらの収差曲線図において、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれ表している。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
〔第５の実施の形態〕

次に、上述した本発明の第５の実施の形態としての具体的な実施例５に係る赤外線受光光学系を詳細に説明する。
実施例５は、本発明の第５の実施の形態に係る赤外線受光光学系の具体的な構成の実施例であり、図９および図１０は、本発明の第５の実施の形態としての実施例５に係る赤外線受光光学系を説明するためのものである。
図９は、本発明の第５の実施の形態に係る実施例５の赤外線受光光学系の光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図９に示す赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３および開口絞りＡＤを具備している。図９において、赤外線受光光学系を構成する各光学要素は、対象である物体側から結像面である受光素子側へ向かって、順次、赤外線バンドパスフィルタＦＴ、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、開口絞りＡＤおよび第３のレンズＬ３を配置している。
赤外線バンドパスフィルタＦＴは、赤外光以外、すなわち可視光等、の光線を抑制し、主として赤外光を透過する通常の場合平行平板状の光学フィルタである。第１のレンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。

第２のレンズＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状をなす負レンズを形成し、両面に非球面を形成している。開口絞りＡＤを挟んで第２のレンズＬ２と対峙する第３のレンズＬ３は、受光素子側に凸面を向けた正メニスカス形状をなす正レンズを形成し、両面に非球面を形成している。これらの光学要素からなる赤外線受光光学系は、物体からの赤外線を導き且つ集光して、具体的には示していないが受光素子の表面に相当する結像面ＩＰに結像する。
すなわち、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、開口絞りＡＤおよび第３のレンズＬ３を有して構成した当該赤外線受光光学系は、赤外線バンドパスフィルタＦＴを介して物体側から入射する赤外光を集光し、当該赤外線受光光学系の受光素子側の結像面ＩＰに結像して、受光素子に入射させ赤外線を検出させる。
図９には、各光学面の面番号も示している。
この実施例５においては、焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆナンバ）Ｆおよび半画角ωが、それぞれ、ｆ＝２．２ｍｍ、Ｆ値＝Ｆ３．２およびω＝４７°である。また、各光学要素の光学特性は、次表１３の通りである。なお次表１３において、赤外線バンドパスフィルタをＦＴ、第１のレンズをＬ１、第２のレンズをＬ２、開口絞りをＡＤ、第３のレンズをＬ３として示しており、これらは実施例４（の表１０）においても同様である。

表１３においても、面番号に「＊」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。すなわち、表１３においても、「＊」が付された第３面、第４面、第５面、第６面、第８面および第９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表１４の通りである。また、非球面係数において、「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」すなわち「×１０^ｎ」を表し、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０^−５」を表している。これらは、他の実施例についても同様である。

この場合、各条件式における変数に対応する値は、次表１５の通りとなり、それぞれ条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足している。

また、図１０に、実施例５における球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差の各収差曲線図を示している。これらの収差曲線図においても、評価波長は、８５０ｎｍとしており、これら各図から、各収差が明らかに小さく抑制されていることがわかる。なお、これらの収差曲線図において、非点収差図における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれ表している。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
以上詳述したように、本発明に係る赤外線受光光学系の第１〜第５の実施の形態について、具体的な実施例１〜実施例５を参照して説明した。
各実施例の収差は、高いレベルで補正されており、球面収差、非点収差、像面湾曲および横収差も充分に補正されている。本発明に係る赤外線受光光学系によって、良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。
また、上述した赤外線受光光学系の第１〜第５の実施の形態に係る実施例１〜実施例５の図１、図３、図５、図７および図９には、赤外線受光用の受光素子の受光光路上に、実施例１〜実施例５に係る赤外線受光光学系と、赤外線を透過し且つ可視光線を減衰させる赤外線バンドパスフィルタとを配置した赤外線検出装置の構成をも示しており、このような構成によって本発明に係る赤外線検出装置を実施することができる。

Ｌ１ 第１のレンズ
Ｌ２ 第２のレンズ
Ｌ３ 第３のレンズ
ＡＤ 開口絞り
ＦＴ 赤外線バンドパスフィルタ

特開平８−２０４６５３号公報 特開２００７−２６４１１６号公報 特開２０００−７５２０３号公報 特開２００８−２６８２８１号公報 特開２０１２−２７３５号公報 特許第４６３１７５３号公報

Claims (6)

1. 赤外線受光光学系において、
   パワーを有する３枚以下の複数の光学部材で構成し、画角が９０°以上であり、
   前記複数の光学部材のうちの最も物体側の負のパワーを有する光学部材は、物体側に凸形状をなし、且つ
   前記複数の光学部材のうちの最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材は、受光素子側に凸形状をなして形成し、
   前記負のパワーを有する光学部材と、前記正のパワーを有する光学部材との間に開口絞りを配置してなることを特徴とする赤外線受光光学系。
2. 最も物体側のパワーを有する光学部材の最も物体側の面から受光素子の受光面までの距離をOALとし、そして当該受光光学系の像高をＹ′として、
   条件式：
   〔１〕 １．０ ＜ OAL／Ｙ′ ＜ ２．４
   を満足することを特徴とする請求項１に記載の赤外線受光光学系。
3. 最も物体側の負のパワーを有する光学部材の焦点距離をｆｎsとし、そして最も受光素子側の正のパワーを有する光学部材の焦点距離をｆｐeとして、
   条件式：
   〔２〕 １．４ ＜ ｜ｆｎs／ｆｐe｜ ＜ ４．２
   を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線受光光学系。
4. 物体側から、順次、
   物体側に凸形状をなす負メニスカスレンズと、
   開口絞りと、
   受光素子側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
   を配置してなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の赤外線受光光学系。
5. 物体側から、順次、
   物体側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
   物体側に凸形状をなす負メニスカスレンズと、
   開口絞りと、
   受光素子側に凸形状をなす正メニスカスレンズと、
   を配置してなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の赤外線受光光学系。
6. 前記受光素子の受光光路上に請求項１〜請求項５のいずれか１項の赤外線受光光学系と、赤外線バンドパスフィルタと可視光線を減衰させるフィルタとを搭載することを特徴とする赤外線検出装置。

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