JP2024090991A - 赤外線撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】解像度に優れた、望遠レンズを実現する。
【解決手段】赤外線撮像レンズ（１）は、複数のレンズからなる第１群（Ｇ１）、複数のレンズからなる第２群（Ｇ２）が配置され、各レンズは波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、第１群及び第２群のそれぞれは、アッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、全系焦点距離が、イメージサークルの径の５倍以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は赤外線撮像レンズに関する。

遠赤外領域、特に生体検知に適した１０μｍ帯の波長領域の赤外線で被写体を撮影する赤外線カメラが、監視カメラや防犯カメラ、車載用ナイトビジョン等に応用されている。具体的には、これらの赤外線カメラは、施設等への侵入者監視、密漁者監視、交通網監視、進路上の障害物監視、森林火災火元検知、海上監視など様々な分野に適用可能であり、需要の拡大が期待されている。このような赤外線カメラに適用される赤外線撮像レンズが知られている。

特開２０１９－８２７１号公報

夜間の遠方監視に代表されるような用途には、焦点距離の比較的長い、いわゆる望遠レンズが要求される。例えば半画角が５度程度以下となるような焦点距離の非常に長い撮像レンズも設置箇所に応じて必要となる。このような望遠レンズとしての、特に、波長程度の画素ピッチを備えた小型のイメージセンサに対応できる優れた解像度を有し、かつ波長帯域が広く、民生品として利用可能な低コストの赤外線撮像レンズの実現が求められている。

本発明の一態様は、上記課題に着目したものであり、波長程度の画素ピッチを備えたイメージセンサに対応できる、優れた解像度を有する、民生用途に利用可能な望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、全系焦点距離が、イメージサークルの径の５倍以上である。

また上記の課題を解決するために、本開示の別の一態様は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、半画角が５°以下である。

本発明の上記態様によれば、波長程度の画素ピッチを備えたイメージセンサに対応でき、優れた解像度を有する、民生用途に利用可能な望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本発明の実施形態に係る赤外線撮像レンズの、主要部の構成を示す断面図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、球面収差、非点収差、ディストーションを示す収差図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、コマ収差を示す収差図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、相対照度の像高依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、波長範囲８～１４μｍのＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、波長範囲８～１４μｍのＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、ＭＴＦの焦点移動依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、ＭＴＦの焦点移動依存性への温度による影響を示すグラフである。

〔実施形態〕
＜赤外線撮像レンズの概要＞
実施形態に係る赤外線撮像レンズ１は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域に対応したイメージセンサ等の像面Ｓに被写体の像を結像するレンズ系である。このような波長領域は、遠赤外の波長領域とも称される波長領域でもある。

本実施形態に係る赤外線撮像レンズ１は、全系焦点距離ｆＬが、イメージサークルの径φｓの５倍以上であるような、望遠レンズを対象とする。つまり本実施形態に係る赤外線撮像レンズ１は、当該赤外線撮像レンズ１を備えることによって、遠距離の物体を拡大して観察することが可能な撮像装置を実現できるようにする、赤外線撮像レンズを対象とする。なお、イメージサークルの径は、使用するイメージセンサの対角長とほぼ同等か、やや大きめに設計する。具体的には、イメージサークルの径は、使用するイメージセンサの対角長の１～１．１倍と設計する。

図１は、赤外線撮像レンズ１の主要部の構成を示す、光軸に沿った断面図である。図１は無限遠距離の物体に合焦した状態の赤外線撮像レンズ１の構成及び光束を表す。赤外線撮像レンズ１は、物体側から像面Ｓ側に向かって順に、複数のレンズからなるレンズ群である第１群Ｇ１、複数のレンズからなるレンズ群である第２群Ｇ２が配置されて構成される。

第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなる。ここで符号Ｎ１０は、特に波長１０μｍにおける屈折率であることを表す。また、第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる上記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含む。フォーカシングの際には、第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２を構成するレンズが、一律に光軸方向に移動する。

第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２のそれぞれは、正のパワー（屈折力）を持つレンズ（凸レンズ）と、負のパワー（屈折力）を持つレンズ（凹レンズ）を含み、正のパワーを持つように構成されている。より具体的には、第１群Ｇ１は、物体側から像面Ｓ側に向かって順に、正のパワーを持つ第１レンズＬ１と、負のパワーを持つ第２レンズＬ２とから構成される。第２群Ｇ２は、物体側から像面Ｓ側に向かって順に、正のパワーを持つ第３レンズＬ３と、負のパワーを持つ第４レンズＬ４とから構成される。

図１に示されるように、第４レンズＬ４と像面Ｓとの間には、平行平板Ｐが配置されている。平行平板Ｐはイメージセンサにハーメチックシーリングで装荷される光学ウィンドーであり、シリコン、低酸素シリコンまたはゲルマニウムが使用されている。

図１に記号ＡＰで示されているように、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）の有効径が、赤外線撮像レンズ１の開口絞りに相当する。第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び、平行平板Ｐの表面には、反射防止（ＡＲ：Anti-Reflection）コーティングが施される。このような遠赤外領域における反射防止コーティングには適宜の公知技術が適用され得る。

＜各レンズの構成の詳細＞
本実施形態の赤外線撮像レンズ１は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用され得る赤外線撮像レンズである。各レンズの硝材として、波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスを適用することで、８～１４μｍの広い波長範囲に亘って優れた特性を得ることが可能となる。赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスの詳細については後述する。

遠距離の物体を拡大して観察することが可能な撮像装置を実現できるようにするために、本実施形態の赤外線撮像レンズ１は、全系焦点距離ｆＬが、イメージサークルの径φｓの５倍以上であるように構成される。このことは、半画角が５°以下であるとして定義されてもよい。特に本実施形態の赤外線撮像レンズ１では、全系焦点距離ｆＬが、イメージサークルの径φｓの５～１０倍の範囲内であるように構成されることが好ましい。全系焦点距離ｆＬの値としては、２０～１００ｍｍであることが好ましい。

本実施形態によれば、このような望遠レンズにおいて、Ｆナンバーが０．９～１．１の範囲内であるような、明るい撮像レンズが実現可能となる。また、少なくとも８～１４μｍの広い波長範囲に亘って、レンズの硝材による光吸収が小さい撮像レンズを実現することができる。よって、Ｆナンバーが１程度と小さいことと相まって、明るい望遠レンズである撮像レンズが実現できる。

更に、本実施形態の赤外線撮像レンズ１は、各部の詳細を以下のように構成することが可能である。赤外線撮像レンズ１では、第１群の焦点距離ｆ１よりも第２群の焦点距離ｆ２を小さくすることが望ましい。赤外線撮像レンズ１がこのように構成されることで、収差特性を良好に保ちつつ、波長程度の画素ピッチを有するイメージセンサに対応可能な、高い解像度が得られるようになる。

特に、第１群の焦点距離ｆＧ１と、全系焦点距離ｆＬとが、
２．０≦ｆＧ１／ｆＬ≦３．０
の関係式を満たし、第２群の焦点距離ｆＧ２と、全系焦点距離ｆＬとが、
０＜ｆＧ２／ｆＬ≦１．０
の関係式を満たすように構成されることが好ましい。

また、各レンズが次の構成を具備することが望ましい。第１レンズＬ１は正のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第２レンズＬ２は、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第３レンズＬ３は、正のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第４レンズＬ４は、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。このように各レンズが構成、配置されることで、ペッツバール和の増大を抑制でき、像面湾曲が抑制され、結像面の平面性を保つようにできる。

第１レンズの焦点距離ｆ１、前記第２レンズの焦点距離ｆ２、前記第３レンズの焦点距離ｆ３、前記第４レンズの焦点距離ｆ４が、
１．１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦２．０
１．１≦｜ｆ４／ｆ３｜≦２．０
の関係式を満たすように構成されることが好ましい。このように構成することで、良好な色消し特性を得ることができ、解像度の優れた望遠レンズが実現できる。

特に８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数について、第１群Ｇ１において、正のパワーを有する第１レンズＬ１よりも、負のパワーを有する第２レンズＬ２が小さいことが好ましい。より具体的には、負のパワーを有する第２レンズＬ２が、正のパワーを有する第１レンズＬ１に対して、５％以上小さいアッベ数を有していることが望ましい。また、波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０について、正のパワーを有する第１レンズＬ１よりも、負のパワーを有する第２レンズＬ２が小さいことが好ましい。

同様に８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数について、第２群Ｇ２において、正のパワーを有する第３レンズＬ３よりも負のパワーを有する第４レンズＬ４が小さいことが好ましい。より具体的には、負のパワーを有する第４レンズＬ４が、正のパワーを有する第３レンズＬ３に対して５％以上小さいアッベ数を有していることが望ましい。また、波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０について、正のパワーを有する第３レンズＬ３よりも、負のパワーを有する第４レンズＬ４が小さいことが好ましい。このように構成することで、特に良好な色消し特性を得ることができる。

ここで、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数は、例えば、設計主要波長を１０μｍとした赤外線撮像レンズ１の場合には、波長１０μｍ前後で定義されるアッベ数を用いることが適切である。このように、アッベ数を定義する所定の波長域は、赤外線撮像レンズ１が適用する設計主要波長に応じて選択されることが適切である。所定の波長域を８～１２μｍとして定義されるアッベ数ν１０はその一例である。アッベ数ν１０の定義の詳細は、後述の数値実施例１に示されている。

赤外線撮像レンズ１では、第１レンズＬ１の物体側の面（第１面）の有効径を開口絞りとすることが好ましい。このように構成されることで、イメージサークル内の全体において１００％近い相対照度を確保することが可能となる。また、開口絞りをレンズ間に挿入するよりも赤外線撮像レンズ１の外径と体積を小さくすることが可能となる。

第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４のそれぞれは球面レンズであってもよい。このことにより、赤外線撮像レンズ１の球面収差及び非点収差は、各波長において像高による変動が小さいものとなる。そのため、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function：変調伝達関数）の像高依存性が小さい、実用的な解像特性の赤外線撮像レンズ１が実現できる。しかしながら、いずれかのレンズが非球面レンズであってもよく、また、回折面を備えた非球面レンズであってもよい。

遠赤外領域のイメージセンサの小型化が進展し、画素ピッチが波長程度の狭ピッチ限界に達するようになった。このように小型化されたイメージセンサは、大面積のものと比較してイメージセンサ自体が低コストで生産可能である。しかも、イメージセンサに適用される撮像レンズもイメージセンサの面積に合せて小口径化することができ、低コスト化できる。

よって、このようなイメージセンサ及び撮像レンズを赤外線カメラに適用することで、民生用途に適した低コスト化を実現することができ、赤外線カメラを様々な分野に展開することができるようになる。波長１０μｍ帯の領域の狭ピッチのイメージセンサとしては、画素ピッチ１２～１７μｍのものが市販されるようになっている。本実施形態の赤外線撮像レンズ１は、波長８～１４μｍ程度の波長領域の、画素ピッチ１２～１７μｍ程度のイメージセンサが適用された赤外線カメラにも十分に対応できる解像度を備えた望遠レンズである。

＜各レンズの硝材＞
以下に、赤外線撮像レンズ１の各レンズを構成するカルコゲナイドガラスについて説明する。赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスである。

このような遠赤外領域において屈折率の高いカルコゲナイドガラスは、本出願人によって開発された（国際公開公報ＷＯ２０２０／１０５７１９Ａ１参照）。本硝材の波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０としては、より具体的には２．７４～３．９２の範囲が実現されている。例えば、波長１０μｍにおける屈折率Ｎ１０が、２．７４～３．９２、２．８～３．８、特に２．９～３．７であることが好ましい。屈折率Ｎ１０が低すぎると、赤外線撮像レンズの焦点距離が長くなりすぎやすい。

本硝材は、少なくとも波長７～１４μｍといった、遠赤外領域の広い波長範囲に亘って光吸収が極めて小さい。特に本硝材は、波長１０～２６μｍの遠赤外領域においても光吸収が小さいという特徴を持つ。カルコゲナイドガラスにおいて、遠赤外領域で光透過性が優れていることを示す指標として、「赤外吸収端波長」と「内部透過率」を用いることができる。

ここで赤外吸収端波長とは、波長８μｍ以上の領域における吸収端波長をいい、材料の厚み２ｍｍにおける光透過率が２０％となる波長で定義される。なお、内部透過率とは材料内部での透過率をいい、材料表面での反射損失は含まない。各レンズを構成する硝材としてのカルコゲナイドガラスは、赤外吸収端波長が１８μｍ以上である。

従って、上記カルコゲナイドガラスは、波長１０μｍを超えるような赤外線をも透過し、少なくとも波長７～１４μｍの範囲に亘って透過率が良好である。また上記カルコゲナイドガラスの厚さ２ｍｍでの内部透過率は、波長１０μｍにおいて９０％以上である。こうして本実施形態の赤外線撮像レンズ１では、少なくとも７～１４μｍもの広い波長範囲に亘って、レンズの硝材による光吸収が小さい撮像レンズを実現することができる。

更に上記カルコゲナイドガラスを用いることで、プレス成型によるレンズの大量生産が容易である。またプレス成型により、非球面レンズの大量生産を行うことも可能となる。なお、本明細書において、非球面とは回折面を含む。好ましくは、硝材のガラス転移温度が２００℃以下と低く、プレス成型がより容易であるとよい。遠赤外領域を透過する材料として用いられている、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）のような結晶系の材料では、プレス成型が不可能である。そのためレンズの生産効率には限界がある。

本実施形態の赤外線撮像レンズ１の各群において、屈折率Ｎ１０及びアッベ数が大きい方のレンズ（以下、レンズＡ）を構成するのに適したカルコゲナイドガラスは、例えば、屈折率Ｎ１０が３．４５以上、かつアッベ数ν１０が２５０以上のカルコゲナイドガラスであることが好ましい。具体的には、モル％で、テルル（Ｔｅ）２０～９０％を含有するカルコゲナイドガラスであることが好ましい。より詳細には、モル％で、Ｔｅ ２０～９０％、Ｇｅ＋Ｇａ ０～５０％を含有するカルコゲナイドガラスであることが好ましい。

なお、本明細書において、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を意味する。なお、本明細書において、「Ａ１＋Ａ２＋・・・」は該当する各成分の合量を意味する。ただし、当該記載は、該当する各成分からなる群から選択される少なくとも１種以上の成分を含む含有量を意味するものであり、上記群のうち、特定成分を含まない構成としてもよい。例えば、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５ ｐ～ｑ％が好ましい」構成であるとき、「Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４ ｐ～ｑ％（ただしＡ５は含まない）」という構成にしてもよい。

以下、レンズＡに好適なカルコゲナイドガラスの好ましい組成について説明する。

Ｔｅはガラス骨格を形成し、１０μｍ以上の波長域における内部透過率を高めやすい成分である。また、Ｔｅは屈折率を高めやすい成分でもある。Ｔｅの含有量は、２０～９０％、３０～８８％、４０～８４％、５０～８２％、特に６０～８０％であることが好ましい。Ｔｅの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。Ｔｅの含有量が多すぎると、Ｔｅ系の結晶が析出しやすくなる。なお、他のカルコゲン元素Ｓｅ、Ｓは、Ｔｅより１０μｍ以上の波長域における内部透過率が低下しやすい。そのため、Ｓｅ、Ｓの含有量は、それぞれ０～１０％、０～５％、０～３％、特に０～１％であることが好ましい。

レンズＡに好適なカルコゲナイドガラスは、Ｔｅに加えて、Ｇｅ及びＧａの少なくともいずれかを含有することが好ましい。すなわち、Ｇｅ＋Ｇａ（Ｇｅ及びＧａの合量）が、０～５０％、１～４０％、３～３５％、５～３０％、特に１０～３０％であることが好ましい。これらの成分を含有することにより、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高めることができる。なお、Ｇｅ及びＧａの各成分の好ましい範囲は以下の通りである。

Ｇｅはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｇｅの含有量は、０～５０％、１～４０％、３～３５％、５～３０％、８～２５％、特に１０～２０％であることが好ましい。Ｇｅの含有量が多すぎると、Ｇｅ系の結晶が析出しやすくなるとともに、原料コストが高くなる傾向がある。

Ｇａはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｇａの含有量は、０～５０％、１～３０％、２～２０％、３～１５％、特に４～１０％であることが好ましい。Ｇａの含有量が多すぎると、Ｇａ系の結晶が析出しやすくなるとともに、原料コストが高くなる傾向がある。

なお、ガラス化の安定性を高める観点からは、Ｇｅ、Ｇａ及びＴｅの含有量の合量が多いことが好ましい。具体的には、Ｇｅ＋Ｇａ＋Ｔｅが５０％以上、６０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。ただし、他成分を導入するために、Ｇｅ＋Ｇａ＋Ｔｅの上限値については９８％以下、９６％以下、９５％以下、特に９０％以下としてもよい。

レンズＡに好適なカルコゲナイドガラスは、上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。

Ａｇは、ガラスの熱的安定性と屈折率を高める成分である。Ａｇの含有量は０～５０％、０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ａｇの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

Ｓｉは、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｓｉの含有量は０～５０％、０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ｓｉの含有量が多すぎると、Ｓｉ起因の赤外吸収が発生しやすくなり、赤外線が透過しにくくなる。ただし、Ｓｉはアッベ数を小さくしやすい成分であるため、アッベ数を大きくする観点からは、Ｓｉの含有量は５％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％未満であることが好ましい。

Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｍｎは赤外線透過特性を低下させることなく、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量（Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ及びＭｎの合量）は０～４０％、２～３５％、４～３０％、特に５～２５％であることが好ましい。Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

なお、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｍｎの各成分の含有量は、各々０～４０％、１～４０％、１～３０％、１～２５％、特に１～２０％であることが好ましい。なかでもガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点でＡｌ、Ｃｕ、及び／又はＳｎを使用することが好ましい。ただし、Ａｌ及びＳｎはアッベ数を小さくしやすい成分であるため、アッベ数を大きくする観点からは、Ａｌ及びＳｎの含有量は、各々５％以下、１％以下、０．５％、特に０．１％未満であることが好ましい。

Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉもガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの合量）は０～４０％、２～３５％、４～３０％、特に５～２５％であることが好ましい。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなるとともに、耐候性が低下しやすくなる。なお、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの各成分の含有量は、各々０～４０％、１～４０％、１～３０％、１～２５％、特に１～２０％であることが好ましい。なかでもＩは、元素原料を使用可能であり、ガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点で好ましい。

なお、環境への負荷を特に低減するという観点からは、Ｓｅ及びＡｓを実質的に含有しないことが特に好ましい。本発明において、「実質的に含有しない」とは、その含有量が０．１モル％未満であることを指す。Ｃｄ、Ｔｌ及びＰｂは実質的に含有しないことが好ましい。このようにすれば、環境面への影響を最小限に抑えることができる。

このように、レンズＡに好適なカルコゲナイドガラスは、後述するレンズＢに好適なカルコゲナイドガラスと比較して、屈折率Ｎ１０が大きく、アッベ数が大きい。本発明では、上記カルコゲナイドガラスの具体例として、屈折率Ｎ１０が３．４６５であり、アッベ数ν１０が２５３である、カルコゲナイドガラスＣＧ１を用いる。

更に、本実施形態の赤外線撮像レンズ１の各群において、屈折率Ｎ１０及びアッベ数が小さい方のレンズ（以下、レンズＢ）を構成するのに適したカルコゲナイドガラスは、例えば、屈折率Ｎ１０が３．４５未満、かつアッベ数ν１０が２５０未満のカルコゲナイドガラスであることが好ましい。具体的には、モル％で、Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ ２５～９０％、Ｓｎ ０．１～３０％、Ａｇ ０．１～１５％、及びＧｅ＋Ｓｎ １～３０％を含有し、（Ｇｅ＋Ｓｎ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）が０．３以下であることが好ましい。なお、本発明において、「ｘ／ｙ」は成分ｘの含有量を成分ｙの含有量で除した値を指す。

以下、レンズＢに好適なカルコゲナイドガラスの好ましい組成について説明する。

Ｓ、Ｓｅ及びＴｅはガラス骨格を形成する成分である。Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅの含有量（Ｓ、Ｓｅ及びＴｅの合量）は、２５～９０％、３０～８９％、４０～８９％、５０～８５％、５０～８２％、特に５０～８０％であることが好ましい。Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅの含有量が多すぎると、Ｓ系、Ｓｅ系またはＴｅ系の結晶が析出して、内部透過率が低下しやすくなる。なお、各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。

Ｓの含有量は、０～９０％、１０～９０％、２０～８９％、３０～８９％、４０～８８％、５０～８８％、５０～８０％、特に５０～７５％であることが好ましい。ただし、Ｓは波長１０μｍ以上における内部透過率を低下させやすい成分である。そのため、赤外域における内部透過率を向上させるという観点からは、Ｓの含有量は３０％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、特に１％以下であることが好ましい。

Ｓｅの含有量は、０～９０％、１０～９０％、２０～８９％、３０～８９％、４０～８８％、５０～８８％、５０～８０％、特に５０～７５％であることが好ましい。ただし、Ｓｅは毒性成分である。そのため、環境への負荷を低減するという観点からは、Ｓｅの含有量は４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、１％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。

Ｔｅの含有量は、０～９０％、１～９０％、１０～９０％、２０～８９％、３０～８９％、４０～８８％、５０～８８％、５０～８０％、特に５０～７５％であることが好ましい。また、Ｔｅは屈折率を高めやすい成分である。Ｔｅの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、Ｔｅ系結晶が析出して内部透過率が低下しやすくなる。

なお、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅのうち、少なくとも一種の成分を含有していればよいが、１０μｍ以上の波長域における内部透過率を高めるという点では、少なくともＴｅを含有していることが特に好ましい。Ｔｅを含有することにより、赤外吸収端波長を２０μｍ以上にしやすくなる。

Ｓｎはガラス材のアッベ数を小さくしやすい成分である。また、屈折率を高めやすい効果もある。Ｓｎの含有量は、０．１～３０％、０．１～２８％、０．１～２６％、０．３～２６％、０．３～２４％、特に０．５～２２％であることが好ましい。Ｓｎの含有量が少なすぎると、アッベ数が大きくなりやすい。Ｓｎの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、内部透過率を特に高めるという点では、Ｓｎの含有量は、２０％以下、１５％以下、１２％以下、１０％以下、８％以下、特に５％以下であることが好ましい。

Ｔｅ＋Ｓｎの含有量（Ｔｅ及びＳｎの合量）は、０．１～９９％、１～９９％、１０～９９％、２０～９９％、３０～９９％、３０～９５％、特に３０～９０％であることが好ましい。Ｔｅ＋Ｓｎが少なすぎるとガラス化しづらくなる。Ｔｅ＋Ｓｎが多すぎると内部透過率が低下しやすくなる。

Ａｇはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。また、ガラスの内部透過率と屈折率を高めやすい成分でもある。Ａｇの含有量は、０．１～１５％、０．１～１４％、０．３～１４％、特に０．５～１４％であることが好ましい。Ａｇの含有量が少なすぎると、ガラスの内部透過率が低下しやすくなる。Ａｇの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

Ｓｎ＋Ａｇの含有量（Ｓｎ及びＡｇの合量）は、１～３０％、１～２８％、１～２５％、３～２５％、特に３～２３％であることが好ましい。Ｓｎ＋Ａｇが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。Ｓｎ＋Ａｇの含有量が少なすぎると、ガラス化範囲が狭くなりやすく、かつアッベ数が大きくなりやすくなる。Ｓｎ＋Ａｇの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、内部透過率を特に高めるという点では、Ｓｎ＋Ａｇの含有量の上限は、２０％以下、１５％以下、１２％以下、１０％以下、８％以下、特に５％以下であることが好ましい。

特にアッベ数を小さくする観点からは、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ａｇ）が０．０１以上、０．１以上、０．２以上、特に０．３以上であることが好ましい。一方、Ｓｎ／（Ｓｎ＋Ａｇ）が大きすぎるとガラス化しづらくなる。また、内部透過率が低下しやすい。そのため、その上限は０．９９以下、特に０．９８以下であることが好ましい。

ガラス材の内部透過率を高める観点からは、Ａｇ／（Ｓｎ＋Ａｇ）が０．０１以上、０．１以上、０．２以上、特に０．２５以上であることが好ましい。一方、Ａｇ／（Ｓｎ＋Ａｇ）が大きすぎるとアッベ数が大きくなりやすい。そのため、その上限は０．９９以下、０．９以下、０．８以下、特に０．７５以下であることが好ましい。

Ｇｅはガラス骨格を形成する成分である。また、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。Ｇｅの含有量は、０～３０％、０．１～３０％、０．１～２５％、０．３～２５％、０．３～２４％、特に０．５～２２％であることが好ましい。Ｇｅの含有量が多すぎると、内部透過率が低下しやすくなる。また、原料コストが高くなりやすくなる。

Ｇｅ＋Ｓｎの含有量（Ｇｅ及びＳｎの合量）は、１～３０％、１～２８％、１～２６％、３～２５％、３～２４％、５～２４％、特に８～２３％であることが好ましい。Ｇｅ＋Ｓｎが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。なお、ガラス化を安定させる観点からは、ＧｅとＳｎの両成分を０．１％以上、０．３％以上、特に０．５％以上含有することが好ましい。

（Ｇｅ＋Ｓｎ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）は、０．３以下、０．２９以下、０．２８以下、特に０．２５以下であることが好ましい。（Ｇｅ＋Ｓｎ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）が上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。（Ｇｅ＋Ｓｎ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）の下限は、例えば０．０４以上である。

なお、Ｔｅを必須成分として含有する場合、（Ｇｅ＋Ｓｎ）／Ｔｅが、０．３以下、０．２９以下、０．２８以下、特に０．２５以下であることが好ましい。（Ｇｅ＋Ｓｎ）／Ｔｅが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。（Ｇｅ＋Ｓｎ）／Ｔｅの下限は、例えば０．０４以上である。

レンズＢに好適なカルコゲナイドガラスは、上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。

Ｇａ、Ｓｂ及びＢｉはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。Ｇａ＋Ｓｂ＋Ｂｉ（Ｇａ、Ｓｂ及びＢｉの合量）の含有量は、０～５０％、０．１～５０％、０．３～４０％、０．５～３０％、特に１～３０％であることが好ましい。Ｇａ＋Ｓｂ＋Ｂｉの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Ｇａ、Ｓｂ、Ｂｉの各成分の含有量は、０～５０％、０．１～５０％、０．１～４０％、０．１～３０％、０．１～２５％、０．３～２５％、０．５～２５％、特に１～２５％であることが好ましい。また、ガラス化を容易にするという点では、Ｇａを含有していることが特に好ましい。

Ｇａ／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）は２以下、１．９以下、１．８以下、１．５以下、１以下、０．７以下、特に０．５以下であることが好ましい。また、０以上、０．０４以上、０．０５以上、特に０．１以上であることが好ましい。Ｇａ／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）が上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。

なお、Ｔｅを必須成分として含有する場合、Ｇａ／Ｔｅは２以下、１．９以下、１．８以下、１．５以下、１以下、０．７以下、特に０．５以下であることが好ましい。また、０以上、０．０４以上、０．０５以上、特に０．１以上であることが好ましい。Ｇａ／Ｔｅが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。

Ｇｅ＋Ｇａの含有量（Ｇｅ及びＧａの合量）は、０～６０％、０．１～６０％、０．１～５５％、特に０．５～５５％であることが好ましい。Ｇｅ＋Ｇａが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなり、ガラスの熱的安定性を高めやすくなる。Ｇｅ＋Ｇａの含有量が多すぎると、Ｇｅ系またはＧａ系の結晶が析出して、内部透過率が低下しやすくなる。なお、ガラス化を安定させる観点からは、ＧｅとＧａの両成分を０．１％以上含有することが好ましい。

（Ｇｅ＋Ｇａ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）は２以下、１．９以下、１．８以下、１．５以下、１．２以下、特に１以下であることが好ましい。また、（Ｇｅ＋Ｇａ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）は０．０４以上、０．０５以上、特に０．１以上であることが好ましい。（Ｇｅ＋Ｇａ）／（Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ）が上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。

なお、Ｔｅを必須成分として含有する場合、（Ｇｅ＋Ｇａ）／Ｔｅは２以下、１．９以下、１．８以下、１．５以下、１．２以下、特に１以下であることが好ましい。また、０．０４以上、０．０５以上、特に０．１以上であることが好ましい。（Ｇｅ＋Ｇａ）／Ｔｅが上記値を満たすことにより、ガラス化しやすくなる。

内部透過率を特に高めるという観点では、Ｂｉ／（Ｇａ＋Ｓｂ＋Ｂｉ）が１未満、０．５以下、０．３以下、特に０．１以下であることが好ましい。

Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。また、内部透過率を高めやすい成分でもある。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの合量）は０～２０％、０～１５％、０～１０％、０～５％、０～４％、０～３％、０～２％、０～１％、特に０．１～１％であることが好ましい。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、耐候性が低下しやすくなる。

また、Ｃｌ＋Ｉの含有量（Ｃｌ及びＩの合量）は０～２０％、０～１５％、０～１０％、０～５％、０～４％、０～３％、０～２％、０～１％、特に０．１～１％であることが好ましい。なお、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの各成分の含有量は、０～２０％、０～１５％、０～１０％、０～５％、０～４％、０～３％、０～２％、０～１％、特に０．１～１％であることが好ましい。

Ａｌ及びＳｉはガラス骨格を形成し、アッベ数を小さくしてガラスの分散を高めやすい成分である。Ａｌ＋Ｓｉの含有量（Ａｌ及びＳｉの合量）は、０～５０％、０～４０％、０～３０％、０～２０％、０～１５％、特に０～１０％であることが好ましい。Ａｌ＋Ｓｉの含有量が多すぎると、内部透過率が低下しやすくなる。なお、Ａｌ及びＳｉの各成分の含有量は、０～５０％、０～４０％、０～３０％、０～２０％、０～１５％、特に０～１０％であることが好ましい。

Ｚｎ、Ｉｎ及びＣｕはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｃｕの含有量（Ｚｎ、Ｉｎ及びＣｕの合量）は、０～５０％、０～４０％、０～３０％、０～２５％、０～２０％、０～１５％、０～１２％、０～１０％、特に０～５％であることが好ましい。Ｚｎ＋Ｉｎ＋Ｃｕの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なお、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｕの各成分の含有量は、０～５０％、０～４０％、０～３０％、０～２５％、０～２０％、０～１５％、０～１２％、０～１０％、特に０～５％であることが好ましい。

Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｆｅ等を含有してもよい。Ｂ＋Ｃ＋Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｔｉ＋Ｆｅの含有量（Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＦｅの合量）は、０～４０％、０～３０％、０～２０％、０～１０％、０～５％、０～１％、特に０～１％未満であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、所望の光学特性が得づらくなる恐れがある。なお、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｆｅの各成分の含有量は、０～１０％、０～５％、０～１％、特に０～１％未満であることが好ましい。

Ａｓは、ガラスの熱的安定性を高める成分である。ただし、Ａｓは毒性成分であるため、環境への負荷を低減するという観点からは、Ａｓの含有量は３０％以下、２５％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下、１％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。なお、環境への負荷を特に低減するという観点からは、Ｓｅを実質的に含有しないことが特に好ましい。Ｃｄ、Ｔｌ及びＰｂは実質的に含有しないことが好ましい。このようにすれば、環境面への影響を最小限に抑えることができる。

このように、レンズＢに好適なカルコゲナイドガラスは、レンズＡを構成するのに適したカルコゲナイドガラスと比較して、屈折率Ｎ１０が小さく、アッベ数が小さい。本発明では、上記カルコゲナイドガラスの具体例として、屈折率Ｎ１０が３．４１９であり、アッベ数ν１０が２２６である、カルコゲナイドガラスＣＧ２を用いる。カルコゲナイドガラスＣＧ２は、上記特性を有することにより、赤外線撮像レンズ１の第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２に適用することで、十分な色消し特性を得ることが可能である。

次に、屈折率Ｎ１０の温度依存性について検討した。カルコゲナイドガラスＣＧ１の屈折率Ｎ１０の温度依存性ｄＮ１０／ｄＴは、２９４×１０^－６／Ｋであり、カルコゲナイドガラスＣＧ２の屈折率Ｎ１０の温度依存性ｄＮ１０／ｄＴは、２４４×１０^－６／Ｋであった。これらの値は似通っている。そのため、カルコゲナイドガラスＣＧ１からなるレンズとカルコゲナイドガラスＣＧ２からなるレンズとを組み合わせて赤外線撮像レンズ１を構成しても、焦点位置の像高によるばらつきが、温度によって大きくなることが無く、焦点特性の温度依存性が良好となる。

＜数値実施例１＞
赤外線撮像レンズ１の数値実施例を示す。数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの断面図は、図１に示された通りである。数値実施例１において、ｒは曲率半径、ｄは光軸上のレンズ厚、または、面間の距離、ＥＤは有効径（直径）を表す。長さの単位は（ｍｍ）である。以下に、基本レンズデータ、各種データを示す。

屈折率及びアッベ数ν１０の定義は以下の通りである：
Ｎ８：波長８μｍにおける屈折率
Ｎ１０：波長１０μｍにおける屈折率
Ｎ１２：波長１２μｍにおける屈折率
ν１０＝(Ｎ１０－１)／(Ｎ８－Ｎ１２)

第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３には、屈折率Ｎ１０が３．４６５であり、アッベ数ν１０が２５３である、上述のカルコゲナイドガラスＣＧ１を用いている。第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４には、屈折率Ｎ１０が３．４１９であり、アッベ数ν１０が２２６である、上述のカルコゲナイドガラスＣＧ２を用いている。赤外線撮像レンズ１は、４枚のレンズ構成であり軽量にできる。各レンズが球面レンズでシンプルであり、プレス成型で製造できることと相まって、赤外線撮像レンズ１は、民生用途に適用し得る低コストで製造できる。

平行平板Ｐには、シリコン（Ｓｉ）を用いている。シリコンの屈折率の波長分散としては公知の文献値を用いて光学特性のシミュレーションを行った。平行平板Ｐはイメージセンサの保護用に設けられている。バックフォーカスＢＦＬ＝１２．５ｍｍは、実距離であり、十分な距離を確保している。

像面Ｓでの最大像高は、４．１ｍｍであり、よって、イメージサークルの径φｓは８．２ｍｍである。従って赤外線撮像レンズ１は、対角長が８．１６ｍｍとなる、画素ピッチ１７μｍの３８４×２８８画素といったＱＶＧＡクラスのイメージセンサに適用可能である。また赤外線撮像レンズ１は、画素ピッチ１７μｍのＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）、ＱＶＧＡ＋（３４５×２４０画素）を含む、ＱＶＧＡクラスのイメージセンサの画素領域をカバーできる。

赤外線撮像レンズ１が、３２０×２５６画素を含む、画素ピッチ１２μｍのＱＶＧＡクラスのイメージセンサの画素領域をカバーできることは言うまでもない。なお画素ピッチ１２μｍの、３８４×２８８画素、３２０×２５６画素等の構成は、レンズの光軸中心が、仮にイメージセンサの中心に完全一致しなくても、有効画素数がＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）を確保することができる。

赤外線撮像レンズ１の全系焦点距離ｆＬとイメージサークルの径φｓとの比は、
ｆＬ／φｓ＝６．１
である。すなわち、赤外線撮像レンズ１は望遠レンズである。また、最大半画角は４．７°であり、長焦点の望遠レンズといえる５°以下の範囲内である。赤外線撮像レンズ１はこのような画角が狭い望遠レンズでありつつ、Ｆナンバー１．０と、極めて明るい撮像レンズである。

焦点距離は、第１レンズがｆ１＝４２．４４（ｍｍ）、第２レンズがｆ２＝－５７．０３（ｍｍ）、第３レンズがｆ３＝２２．７３（ｍｍ）、第４レンズがｆ４＝－４４．４７（ｍｍ）である。よって赤外線撮像レンズ１は、第１レンズＬ１のパワーよりも第３レンズＬ３のパワーが強いように構成されている。また、赤外線撮像レンズ１は、第２レンズＬ２のパワーよりも第４レンズＬ４のパワーが強いように構成されている。

第１群において第２レンズＬ２の第１レンズＬ１に対する焦点距離の比は、
｜ｆ２／ｆ１｜＝１．３４
であり、１．１以上２．０以下の範囲内である。第２群において第４レンズＬ４の第３レンズＬ３に対する焦点距離の比は、
｜ｆ４／ｆ３｜＝１．９６
であり、１．１以上２．０以下の範囲内である。これらの比率により、赤外線撮像レンズ１の色消しが良好になるように構成されている。

各群の焦点距離は、第１群がｆＧ１＝１２６．８４（ｍｍ）、第２群がｆＧ２＝３４．０７（ｍｍ）である。各群の焦点距離の全系の焦点距離ｆＬに対する比率は、
ｆＧ１／ｆＬ＝２．５４
ｆＧ２／ｆＬ＝０．６８
である。全系の焦点距離ｆＬに対してこのように各群の焦点距離を割り当てることで、赤外線撮像レンズ１では、全体としてバランスの取れた良好な光学特性が得られている。このことは後述のＭＴＦ特性（図５及び図６）に表れている。

赤外線撮像レンズ１の数値実施例１の諸性能を図２から図７に示す。図２及び図３は、赤外線撮像レンズ１の収差図である。図２は、球面収差、非点収差、ディストーションを示す。それぞれにおいて、８～１４μｍの範囲の各波長に対するグラフが示されている。図３は、像高０ｍｍから最大像高までの各像高Ｙにおけるコマ収差を、タンジェンシャル（メリジオナル）方向とサジタル（ラジカル）方向に分けて示す収差図である。図２及び図３に示されるように、数値実施例１に係る赤外線撮像レンズ１では、８～１４μｍの広い波長領域に亘って諸収差が良好に補正されている。

全系焦点距離ｆＬが、イメージサークルの径φｓの５倍以上である、あるいは、半画角が５度以下であるような長焦点の望遠レンズでは、解像度を高める上で、色収差が大きな問題となる。撮像レンズを構成する全てのレンズが同一の材料で構成されている場合、当該材料のアッベ数の逆数に全系焦点距離ｆＬを乗じた距離が、残留近軸色収差量の限界値Δｆに相当する。仮に、赤外線撮像レンズ１を構成する全てのレンズを波長８～１２μｍにおける屈折率差を用いて定義されているアッベ数ν１０が２５３の、単一の材料で構成したとすると、残留近軸色収差量の限界値Δｆが約０．２ｍｍと見積もられる。

図２の球面収差図によれば、波長８μｍと波長１２μｍの間での近軸色収差の差異は、光軸付近において０．１ｍｍであり、これが近軸色収差量に相当する。このように、適切な設計に基づいて、各群においてアッベ数ν１０の異なるカルコゲナイドガラスを組み合わせて構成される赤外線撮像レンズ１では、単一のカルコゲナイドガラスによる赤外線撮像レンズにおいて期待される値と比較すると残留近軸色収差量が大幅に改善され、色収差全体が改善されている。

図４は、赤外線撮像レンズ１の数値実施例１の、像高Ｙに対する相対照度を示したグラフである。ここで相対照度とは、像面Ｓにおける最大照度に対する、照度の比をいう。図４に示されるように、最大像高までの範囲において、波長１０μｍにおける相対照度は０．９５以上であってほぼ１といえ、イメージサークル内において極めて均一な光量分布が得られている。

図５は、波長範囲８～１４μｍのＭＴＦの空間周波数依存性を示したグラフである。画素ピッチ１７μｍ、３８４×２８８画素のイメージセンサのナイキスト周波数ｆ_Ｎは２９．４ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍであり、最大像高は４．０８ｍｍである。図５は、空間周波数０から３０ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍの範囲と、像高０から４．０８ｍｍの範囲の結果を示す。

波長範囲８～１４μｍの広い波長範囲に亘るＭＴＦ特性において、ナイキスト周波数ｆ_Ｎ＝２９．４（ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ）での、像中央のＭＴＦが０．２８であり、当該イメージセンサの領域内においてＭＴＦ＞０．２５（タンジェンシャル方向、サジタル方向の単純平均）が確保されている。また赤外線撮像レンズ１は、このようなイメージセンサに適用したときの、ＭＴＦ特性の像高依存性が極めて小さく、実用的な特性を備えている。

図６もまた、波長範囲８～１４μｍのＭＴＦの空間周波数依存性を示したグラフである。画素ピッチ１２μｍ、３２０×２５６画素のイメージセンサのナイキスト周波数ｆ_Ｎは４１．７ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍであり、最大像高は２．４６ｍｍである。図６は、空間周波数０から５０ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍの範囲と、像高０から２．４６ｍｍの範囲の結果を示す。

波長範囲８～１４μｍの広い波長範囲に亘るＭＴＦ特性において、ナイキスト周波数ｆ_Ｎ＝４１．７（ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ）での、像中央のＭＴＦが０．１９であり、当該イメージセンサの領域内においてＭＴＦ＞０．１７７（タンジェンシャル方向、サジタル方向の単純平均）が確保されている。また赤外線撮像レンズ１は、このようなイメージセンサに適用したときのＭＴＦ特性の像高依存性が極めて小さく、実用的な特性を備えている。

このように赤外線撮像レンズ１は、画素ピッチ１２～１７μｍ程度のＱＶＧＡクラスのイメージセンサの領域内で良好な解像度が得ることができる。こうして赤外線撮像レンズ１は、波長範囲８～１４μｍの範囲内において良好な解像度を得ることができる。

赤外線撮像レンズ１においては、第１群、第２群を共に、正のパワーを持つレンズ（凸レンズ）と負のパワーを持つレンズ（凹レンズ）の組み合わせとし、更に比率ｆＧ１／ｆＬ、ｆＧ２／ｆＬを上記の程度とするように設計している。これにより、ペッツバール和の増加が抑制されており、各像高でバランスの取れたＭＴＦ特性が実現されている。

図７は、焦点移動に対する、空間周波数１５ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍにおける波長範囲８～１４μｍのＭＴＦの変化を示したグラフである。また、図８は、焦点移動に対する、空間周波数１５ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍにおける波長１０μｍのＭＴＦの変化の温度依存性を示すためのグラフである。図８に示されるように、－４０℃から８０℃までの広い温度範囲に亘って、各像高の焦点位置がばらつかず、極めて良好な焦点特性の温度依存性を示している。具体的には、ベストフォーカス位置の温度依存性ｄｐ´／ｄＴが－３．９５μｍ／℃となった。加えて、ベストフォーカス位置が温度変化に対して非常によく線形性を保っているので、金属や樹脂の熱膨張などを利用して機械的にピント位置がズレないような機構を設けることが可能になる。

以上のように数値実施例１の赤外線撮像レンズ１は、波長範囲８～１４μｍにおいて、画素ピッチ１２～１７μｍ程度のＱＶＧＡクラスのイメージセンサに十分対応する良好な解像度を有する。また赤外線撮像レンズ１は、長焦点（ｆＬ／φｓ：５～１０）の望遠レンズであるにも係らず、Ｆナンバーが１．０と極めて明るいため。このような画素ピッチの小さいイメージセンサに十分対応する性能を備えている。このように本実施形態によれば、従来に無い、優れた特性の望遠レンズである赤外線撮像レンズが実現できる。

〔まとめ〕
本開示の態様１は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、全系焦点距離が、イメージサークルの径の５倍以上である。

上記構成によれば、波長程度の画素ピッチを備えたイメージセンサに対応できる、優れた解像度を有する、望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様２に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１において、前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、正のパワーを持つレンズと、負のパワーを持つレンズを含み、正のパワーを持つように構成されていることを特徴とする。上記構成によれば、波長程度の画素ピッチを備えたイメージセンサに対応できる、特に優れた解像度を有する、望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様３に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１において、前記第１群は正のパワーを持ち、物体側から像面側に向かって順に、正のパワーを持つ第１レンズと、負のパワーを持つ第２レンズとから構成され、前記第２群は正のパワーを持ち、物体側から像面側に向かって順に、正のパワーを持つ第３レンズと、負のパワーを持つ第４レンズとから構成されていることを特徴とする。上記構成によれば、温度変化に対しても優れた解像度を保てる、望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様４に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３において、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのいずれもが、物体側に凸のメニスカスレンズであることを特徴とする。上記構成によれば、ペッツバール和の増大を抑制でき、像面湾曲が抑制され、結像面の平面性を保つようにできる。

本開示の態様５に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３または４において、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのいずれもが、球面レンズであることを特徴とする。上記構成によれば、ＭＴＦの像高依存性が小さい、実用的な解像特性の赤外線撮像レンズ１が実現できる。

本開示の態様６に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３から５において、前記第２レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第１レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスよりも前記屈折率及び前記アッベ数が小さく、前記第４レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第３レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスよりも前記屈折率及び前記アッベ数が小さいことを特徴とする。上記構成によれば、良好な色消し特性を得ることができ、解像度の優れた望遠レンズが実現できる。

本開示の態様７に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３から６において、前記第２レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第１レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスに対して、波長８～１２μｍの範囲内の波長域で定義される前記アッベ数が５％以上小さく、前記第４レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第３レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスに対して、波長８～１２μｍの範囲内の波長域で定義される前記アッベ数が５％以上小さいことを特徴とする。上記構成によれば、特に良好な色消し特性を得ることができ、解像度の優れた望遠レンズが実現できる。

本開示の態様８に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３から７において、前記第１レンズの焦点距離ｆ１、前記第２レンズの焦点距離ｆ２、前記第３レンズの焦点距離ｆ３、前記第４レンズの焦点距離ｆ４が、
１．１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦２．０
１．１≦｜ｆ４／ｆ３｜≦２．０
の関係式を満たすことを特徴とする。上記構成によれば、特に良好な色消し特性を得ることができ、解像度の優れた望遠レンズが実現できる。

本開示の態様９に係る赤外線撮像レンズは、上記態様３から８において、前記第１レンズの像面側の面の有効径を開口絞りとすることを特徴とする。上記構成によれば、開口絞りをレンズ間に挿入するよりも赤外線撮像レンズの外径と体積を小さくすることが可能となる。

本開示の態様１０は、８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、半画角が５°以下である。

上記構成によれば、波長程度の画素ピッチを備えたイメージセンサに対応できる、優れた解像度を有する、望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様１１に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１０において、前記全系焦点距離ｆＬ、前記第１群の焦点距離ｆＧ１が、
２．０≦ｆＧ１／ｆＬ≦３．０
の関係式を満たすことを特徴とする。上記構成によれば、ＭＴＦの像高依存性が小さい、実用的に優れた解像特性の赤外線撮像レンズ１が実現できる。

本開示の態様１２に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１１において、前記全系焦点距離ｆＬ、前記第２群の焦点距離ｆＧ２が、
０＜ｆＧ２／ｆＬ≦１．０
の関係式を満たすことを特徴とする。上記構成によれば、ＭＴＦの像高依存性が小さい、実用的に優れた解像特性の赤外線撮像レンズ１が実現できる。

本開示の態様１３に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１２において、前記全系焦点距離が、イメージサークルの径の５～１０倍の範囲内であることを特徴とする。上記構成によれば、収差特性、解像度に優れた望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様１４に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１３において、Ｆナンバーが、０．９～１．１の範囲内であることを特徴とする。上記構成によれば、収差特性、解像度に優れた望遠レンズである、Ｆナンバーが小さい明るい赤外線撮像レンズを実現することができる。

本開示の態様１５に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１４において、前記カルコゲナイドガラスは、厚み２ｍｍでの光透過率が２０％となる赤外吸収端波長が１８μｍ以上であることを特徴とする。上記構成によれば、少なくとも８～１４μｍの波長の範囲において、光吸収が非常に小さい赤外線撮像レンズを構成できるようになる。

本発明の態様１６に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１５において、前記カルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈性率の温度依存性が２００×１０^－６～３５０×１０^－６／Ｋであることを特徴とする。上記構成によれば、温度変化に対しても特に優れた解像度を保てる、望遠レンズである赤外線撮像レンズを実現することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、明細書中にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、明細書中にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ 赤外線撮像レンズ
Ｇ１ 第１群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｇ２ 第２群
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｐ 平行平板
Ｓ 像面
ＡＰ 開口絞り

Claims (16)

1. ８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、
   物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、
   前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、
   前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、
   全系焦点距離が、イメージサークルの径の５倍以上である、赤外線撮像レンズ。
2. 前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、正のパワーを持つレンズと、負のパワーを持つレンズを含み、正のパワーを持つように構成されている、請求項１に記載の赤外線撮像レンズ。
3. 前記第１群は正のパワーを持ち、
   物体側から像面側に向かって順に、正のパワーを持つ第１レンズと、負のパワーを持つ第２レンズとから構成され、
   前記第２群は正のパワーを持ち、
   物体側から像面側に向かって順に、正のパワーを持つ第３レンズと、負のパワーを持つ第４レンズとから構成されている、請求項１に記載の赤外線撮像レンズ。
4. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのいずれもが、物体側に凸のメニスカスレンズである、請求項３に記載の赤外線撮像レンズ。
5. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズのいずれもが、球面レンズである、請求項３に記載の赤外線撮像レンズ。
6. 前記第２レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第１レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスよりも前記屈折率及び前記アッベ数が小さく、
   前記第４レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第３レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスよりも前記屈折率及び前記アッベ数が小さい、請求項３に記載の赤外線撮像レンズ。
7. 前記第２レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第１レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスに対して、波長８～１２μｍの範囲内の波長域で定義される前記アッベ数が５％以上小さく、
   前記第４レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスは、前記第３レンズを構成する前記カルコゲナイドガラスに対して、波長８～１２μｍの範囲内の波長域で定義される前記アッベ数が５％以上小さい、請求項６に記載の赤外線撮像レンズ。
8. 前記第１レンズの焦点距離ｆ１、前記第２レンズの焦点距離ｆ２、前記第３レンズの焦点距離ｆ３、前記第４レンズの焦点距離ｆ４が、
   １．１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦２．０
   １．１≦｜ｆ４／ｆ３｜≦２．０
   の関係式を満たす、請求項３に記載の赤外線撮像レンズ。
9. 前記第１レンズの像面側の面の有効径を開口絞りとする、請求項３に記載の赤外線撮像レンズ。
10. ８～１４μｍの範囲内の少なくともいずれかの波長を含む赤外線領域で使用される赤外線撮像レンズであって、
    物体側から像面側に向かって順に、複数のレンズからなる第１群、複数のレンズからなる第２群が配置され、
    前記第１群及び前記第２群を構成するレンズのそれぞれは、波長１０μｍにおける屈折率が２．５～４．０のカルコゲナイドガラスからなり、
    前記第１群及び前記第２群のそれぞれは、８～１４μｍの範囲内の所定の波長域で定義されるアッベ数が互いに異なる前記カルコゲナイドガラスからなるレンズを含んでおり、
    半画角が５°以下である、赤外線撮像レンズ。
11. 前記全系焦点距離ｆＬ、前記第１群の焦点距離ｆＧ１が、
    ２．０≦ｆＧ１／ｆＬ≦３．０
    の関係式を満たす、請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
12. 前記全系焦点距離ｆＬ、前記第２群の焦点距離ｆＧ２が、
    ０＜ｆＧ２／ｆＬ≦１．０
    の関係式を満たす、請求項１１に記載の赤外線撮像レンズ。
13. 前記全系焦点距離が、イメージサークルの径の５～１０倍の範囲内である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
14. Ｆナンバーが、０．９～１．１の範囲内である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
15. 前記カルコゲナイドガラスは、厚み２ｍｍでの光透過率が２０％となる赤外吸収端波長が１８μｍ以上である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
16. 前記カルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈性率の温度依存性が２００×１０^－６～３５０×１０^－６／Ｋである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。

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