JP4631728B2

JP4631728B2 - 赤外線レンズ、赤外線カメラ及びナイトビジョン

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Publication number: JP4631728B2
Application number: JP2006020411A
Authority: JP
Inventors: 達也泉; 千尋平岩
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2007199573A; CN101167008A; CN101167008B

Description

本発明は、赤外線レンズ（特に遠赤外線レンズ）、赤外線カメラ及びナイトビジョンに関する。

レンズ材料として硫化亜鉛を用いた赤外線レンズとしては、特許文献１に記載のものがある。

特開２００３−２９５０５２号公報

ところで、硫化亜鉛は低コストのレンズ材料であるが、ゲルマニウムに比して、一般に厚み増加による光量損失の増加が遠赤外線波長域（８〜１２μｍ）で大きいという特性がある（例えば、図５２参照）。特に、１０μｍ以上の波長域では、表面反射による光量損失よりも材料の内部吸収による光量損失の影響が大きくなり、透過率が大きく低下することが知られている。また、ナイトビジョンシステムでは、赤外線カメラで得られた像を画像処理することにより人間認識等の判断を行っており、認識性能向上のためには十分な解像度の像を得ることが必要となる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の赤外線レンズでは、レンズの厚みが大きく（レンズ全体の厚みが１４ｍｍ程度に及んでいる）、レンズを薄くすることについて何ら考慮されておらず、ナイトビジョンとして実用に耐えうるような明るさの赤外線像を得ることは困難である。また、実施例の構成で得られているＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が十分とは言えず、結像性能の点でも問題がある。

また、上記特許文献１に記載の赤外線レンズでは、切削加工によりレンズを形成しているため、レンズの加工コストが高いという問題もある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、低コストの構成で、像が明るく、結像性能の高いナイトビジョンに好適な赤外線レンズ及びその関連技術を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、物体側から順に、第１ないし第３レンズ群を備え、前記第１ないし第３レンズ群は正の屈折力を有し、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズが、硫化亜鉛により形成されている。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る赤外線レンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズによりそれぞれ構成されている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明に係る赤外線レンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされている。

また、請求項４の発明では、請求項２又は請求項３の発明に係る赤外線レンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくともいずれか一方の面は、非球面とされている。

また、請求項５の発明では、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明に係る赤外線レンズにおいて、以下の関係式：
１．０≦ｆ１／ｆ≦１．４
但し、
ｆ：第１ないし第３レンズ群全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群に備えられる正メニスカスレンズの焦点距離
を満たす。

また、請求項６では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る赤外線レンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズは、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形して形成されたものである。

また、請求項７の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る赤外線レンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径Ｒｄは、以下の関係式：
Ｒｄ＜４０ｍｍ
を満たす。

また、請求項８の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに係る赤外線レンズにおいて、前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅは、以下の関係式：
１．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ
１．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ
を満たす。

また、請求項９の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の赤外線レンズと、前記赤外線レンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、を備える赤外線カメラが構成される。

また、請求項１０の発明では、請求項９に記載の赤外線カメラと、前記赤外線カメラによって撮像された画像を表示する表示素子と、を備えるナイトビジョンが構成される。

請求項１に記載の発明によれば、全てのレンズが材料コストの安価な硫化亜鉛により形成され、正の屈折力を有する第１ないし第３のレンズ群によりレンズ全体が構成されているため、各レンズの厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るく、結像性能の高い赤外線レンズを提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、物体側に凸面を向けた３枚の正メニスカスレンズによりレンズ全体が構成されているため、レンズの厚みを小さく抑えて硫化亜鉛レンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るく、結像性能の高い赤外線レンズを提供できる。

また、従来の硫化亜鉛レンズに比してレンズ全体の厚みを抑制することにより、レンズコストの削減、及びレンズ透過時の光量ロスの抑制が図れる。

請求項３に記載の発明によれば、回折面により赤外線レンズにおいて問題となり易い色収差を効果的に改善できる。

請求項４に記載の発明によれば、口径が大きく球面収差の生じやすい第１レンズ群を構成するレンズに非球面を設けることにより、効果的に収差を改善できる。

また、第１レンズ群を構成するレンズは径が最も大きいため、第１レンズ群に非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズ群に設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で加工が容易となる。

請求項５に記載の発明によれば、コンパクトな構成を採用しつつ、この赤外線レンズの所定の視野角内の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域（例えば、８〜１２μｍ）について十分な結像性能（例えば、ＭＴＦ０．２以上）を得ることができる。

請求項６に記載の発明によれば、赤外線レンズの材料コスト及び加工コストの大幅な削減が図れる。

請求項７に記載の発明によれば、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形してレンズを形成する際に、プレス機構の圧縮力を抑制することができるため、レンズ加工のための設備コストを抑制することができる。

請求項８に記載の発明によれば、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形してレンズを形成する際に、熱間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制された赤外線レンズを実現できる。

また、レンズの厚みを抑制することにより、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じるのを防止することができる。

請求項９に記載の発明によれば、高解像度であって、明るくコントラストも高い画像が得られるとともに、小型化に有利であり、車載用として好適な赤外線カメラを提供できる。

請求項１０に記載の発明によれば、高解像度であって、明るくコントラストも高い画像が得られるとともに、小型化に有利であり、車載用として好適なナイトビジョンを提供できる。

＜基本構成＞
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線レンズの基本構成について説明する。なお、ここでは図１の赤外線レンズ１ａの基本構成についてのみ説明を行うこととし、そのより詳細な構成については実施例１として後述することとする。

この赤外線レンズ１ａは、図１に示すように、物体側から順に、硫化亜鉛により形成された第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３を備えて構成されている。第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとなっており、これらの第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３がそれぞれ本発明に係る第１ないし第３レンズ群を構成している。レンズＬ１〜Ｌ３を透過した光（赤外線）は、赤外線透過窓Ｆｉを介して撮像素子Ｉｄの受光面に入射し、その受光面上に像を形成する。なお、本実施形態では１枚のレンズＬ１〜Ｌ３によって第１ないし第３レンズ群をそれぞれ構成するようにしたが、各レンズ群を２枚以上のレンズを用いて構成するようにしてもよく、各レンズ群のレンズ枚数が互いに異なる構成としてもよい。

このように、全てのレンズＬ１〜Ｌ３が材料コストの安価な硫化亜鉛により形成され、しかも物体側に凸面を向けた３枚の正メニスカスレンズによって赤外線レンズ１ａが構成されているため、各レンズＬ１〜Ｌ３の厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るく、結像性能の高い赤外線レンズ１ａを提供できるようになっている。また、従来の硫化亜鉛レンズに比してレンズ全体の厚みを抑制することにより、レンズ透過時の光量ロスの抑制が図れるようになっている。

また、第１レンズＬ１の凹面（像側面）は、回折面とされ、これによって、赤外線レンズ１ａにおいて問題となり易い色収差を効果的に改善できるようになっている。そして、大きな屈折力が必要とされ、色収差の生じやすい第１レンズＬ１に回折面を設けることにより、回折面を設けることによる色収差改善効果を最大限に引き出すことができるようになっている。さらには、回折面を第１レンズＬ１の像側面に設けることにより、回折面が外部環境に晒されて回折面にゴミ等が付くのを防止することができるようになっている。

また、第１レンズＬ１の凸面及び凹面の少なくともいずれか一方は、非球面とされている。このように、口径が大きく球面収差の生じやすい第１レンズＬ１に非球面を設けることにより、効果的に収差を改善できるようになっている。径が最も大きい第１レンズＬ１に非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズに設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で加工が容易となる。例えば、本実施形態では、第１レンズＬ１の凹面及び第３レンズの凸面（物体側面）が非球面とされ、それ以外のレンズ面は球面とされている。

また、この赤外線レンズ１ａのＦ値は０．８〜１．２程度に設定されている。

さらに、この赤外線レンズ１ａは、所定の結像性能を実現するため、以下の関係式：
１．０≦ｆ１／ｆ≦１．４（１）
但し、
ｆ：第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
を満たすように構成されている。この条件を満たすことで、視野内の諸収差がバランス良く補正され、かつコンパクトで明るい赤外線レンズ１ａを容易に実現することができる。例えば、ｆ１／ｆを１．０より小さくしようとすると、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを近づけて配置する必要があるため、球面収差の補正が難しくなり、逆に１．４よりも大きくしようとすると、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを離して配置する必要があるため、軸外光線が第１レンズＬ１の光軸から離れたところを通過することとなり、これによって非点収差が大きくなるとともに、歪曲収差の補正も難しくなる。

その結果、上記関係式（１）を満たすことにより、コンパクトな構成を採用しつつ、赤外線レンズ１ａの視野角（例えば、１０°以上、２５°以下の値に設定される）内の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域（例えば、８〜１２μｍ）について十分な結像性能（例えば、ＭＴＦ０．２以上）を得ることができるようになっている（この点に関する詳細な説明は、実施例及び比較例に基づいて後述する）。これによって、例えば、この赤外線レンズ１ａを画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子Ｉｄと組み合わせて、解像度の高い赤外線画像を得ることができる。

このような構成の第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３は、次のようにして形成される。すなわち、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を非酸化性雰囲気中（例えば、真空、Ａｒ等の不活性ガス又はこれらの組み合わせ等）で熱間圧縮成形することにより、多結晶硫化亜鉛焼結体であるレンズＬ１〜Ｌ３を得る。このように、硫化亜鉛を用いた金型成形によりレンズＬ１〜Ｌ３を製造することにより、赤外線レンズ１ａの材料コスト及び加工コストの大幅な削減が図れるようになっている。なお、成形後のレンズＬ１〜Ｌ３に対する研磨、研削等の機械加工を行うようにしてもよい。

より詳細には、上記の硫化亜鉛原料粉末としては、平均粒径０．５〜２μｍで純度９８％以上の粉末を用いる。また、熱間圧縮成形の諸条件は、温度９００〜１１００℃、圧力１５０〜８００ｋｇ／ｃｍ²が適当である。圧力保持時間は、平均的には０．０５〜１．５時間であり、温度及び圧力条件との組み合わせに応じて適宜調節される。

ここで、所定の光学性能を有する赤外線レンズ１ａをレンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形により低コストで製造するためには、レンズＬ１〜Ｌ３の外径や厚み等の構成について、その成形に適した構成を採用する必要がある。

この多結晶硫化亜鉛レンズはその透過特性を向上させる、或いはその表面を外部影響から保護するためにコーティングを施すことも有効である。その際のコーティング層の材質や厚みはその赤外線レンズの使用方法、場所、状況を鑑みて適宜選択される。

まず、レンズＬ１〜Ｌ３の外径Ｒｄについては、レンズＬ１〜Ｌ３の外径Ｒｄを大きくするほど明るい像が得られるが、外径Ｒｄが拡大するほどレンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時に必要されるプレス機構の圧縮力が増大する。このため、加工コスト等の観点より、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、レンズＬ１〜Ｌ３の外径Ｒｄは、以下の関係式：
Ｒｄ＜４０ｍｍ（２）
を満たすように設定するのが望ましい。これによって、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時のプレス機構の圧縮力を抑制することができるため、レンズ加工のための設備コストを抑制することができるようになっている。

また、レンズＬ１〜Ｌ３の厚みについては、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時の成形性（機械強度、加工精度等）を確保するためにはある程度の厚みが必要である一方、厚みが大きくなるとレンズ透過時の光量ロスが大きくなるとともに、熱間圧縮成形時にレンズＬ１〜Ｌ３の厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じやすくなる。このため、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、レンズＬ１〜Ｌ３の厚みについては、中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅが以下の関係式：
１．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ（３）
１．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ（４）
を満たすように設定するのが望ましい。これによって、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制された赤外線レンズ１ａを実現できるとともに、レンズＬ１〜Ｌ３の厚みを抑制することにより、熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じるのを防止することができるようになっている。

また、撮像素子Ｉｄとしては、８〜１２μｍ帯に感度を持つ、ボロメータ、サーモパイル、ＳＯＩダイオードなどの非冷却熱型撮像素子が用いられる。通常、１６０×１２０、３２０×２４０といった画素数の撮像素子Ｉｄが利用されるが、画素ピッチが狭い（例えば、２５μｍ）撮像素子Ｉｄを用いることで、赤外線レンズ１ａは、製造上好適な最大径３０ｍｍ程度になる。

＜実施例＞
以下では、上記実施形態の具体例として３つの実施例１〜３について記載する。また、その実施例１〜３に対する２つの比較例１，２を紹介し、実施例１〜３と比較例１，２とを比較する。なお、実施例１は上記ｆ１／ｆが１．１０に設定されたものであり、実施例２は上記ｆ１／ｆが１．４０に設定されたものであり、実施例３は上記ｆ１／ｆが１．００に設定されたものである。また、比較例１は上記ｆ１／ｆが１．４５に設定されたものであり、比較例２は上記ｆ１／ｆが０．９６に設定されたものである。

［実施例１］
実施例１に係る赤外線レンズ１ａは、図１ないし図３に示す構成を有し、ｆ１／ｆは１．１０、Ｆ値は１．１、最大径は２８．４ｍｍ、視野角は１７°に設定されている（ただし、視野角は画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子と組み合わせた場合の値）。なお、図３に示す第２面及び第５面の非球面形状（回折面形状）は、そのパラメータを次式：

に代入することにより決定される（以下同様）。上式において、Ｚは非球面上の点から非球面の頂点に接する接平面に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）であり、ｙは光軸からの高さ（ｍｍ）であり、Ｋは離心率であり、Ｒは近軸曲率半径であり、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８は２次、４次、６次、８次の非球面係数である。また、Ｎは屈折率であり、λは参照波長の値であり、Ｃ２は回折面係数である。

この実施例１の構成における視野角内（０°、５．３°、６．４°、７．５°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するサジタル、タンジェンシャルのＭＴＦは、図４ないし図１０に示すような特性となっている。なお、図４ないし図１０において、Ａｖｅ．は８〜１２μｍのＭＴＦ値を平均したグラフである（以下同様）。
また、その波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する球面収差、非点収差は、図１１及び図１２に示すような特性となっており、ディストーションは図１３に示すような特性となっている。また、視野角内の各像高に対応する波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する横収差は、図１４（ａ）ないし図１４（ｅ）に示すような特性となっている（各図において左側がタンジェンシャル、右側がサジタルに対応している）。

［実施例２］
実施例２に係る赤外線レンズ１ｂは、図１５ないし図１７に示す構成を有し、ｆ１／ｆは１．４０、Ｆ値は１．０、最大径は２５．９ｍｍ、視野角は２０°に設定されている。

この実施例２の構成における視野角内（０°、６．０°、７．５°、８．５°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦは、図１８ないし図２４に示すような特性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図２５ないし図２７、図２８（ａ）ないし図２８（ｅ）に示すような特性となっている。

［実施例３］
実施例３に係る赤外線レンズ１ｃは、図２９ないし図３１に示す構成を有し、ｆ１／ｆは１．００、Ｆ値は１．１、最大径は３０．０ｍｍ、視野角は１６°に設定されている。

この実施例３の構成における視野角内（０°、５．０°、６．０°、７．０°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦは、図３２ないし図３８に示すような特性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図３９ないし図４１、図４２（ａ）ないし図４２（ｅ）に示すような特性となっている。

［比較例１］
比較例１に係る赤外線レンズ１０ａは、図４３ないし図４５に示す構成を有し、ｆ１／ｆは１．４５、Ｆ値は１．０、最大径は２５．９ｍｍ、視野角は２０°に設定されている。

この比較例１の構成においても、その視野角内（０°、６．０°、７．５°、８．５°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性を調べており、その結果は図５０（ｂ）に基づいて後述する。

［比較例２］
比較例２に係る赤外線レンズ１０ｂは、図４６ないし図４８に示す構成を有し、ｆ１／ｆは０．９６、Ｆ値は１．１、最大径は２８．４ｍｍ、視野角は１７°に設定されている。

この比較例２の構成においても、その視野角内（０°、５．３°、６．４°、７．５°）における波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対するＭＴＦ特性を調べており、その結果は図４９（ａ）に基づいて後述する。

［まとめ］
図４９（ａ）ないし図４９（ｃ）、図５０（ａ）及び図５０（ｂ）は、上記の実施例１〜３及び比較例１，２のＭＴＦ特性等を表にまとめたものであり、比較例２、実施例３、実施例１、実施例２、比較例１の順に掲載されている。各表中のＭＴＦ値は空間周波数２０lp/mmにおける値となっている。また、各表中において、その上側から下側に、波長１２μｍ、１０μｍ、８μｍの視野角内の各像高におけるＭＴＦ値、その８〜１２μｍのＭＴＦ値の平均値を記載している。

ここで、８〜１２μｍの波長帯をターゲットとした赤外線レンズの光学性能に関する評価基準としては、例えば画素ピッチ２５μｍの撮像素子Ｉｄとの組み合わせを想定した場合、空間周波数２０lp/mmにおけるＭＴＦが０．２を下回ると、著しく画像のコントラストが低下することが経験的に分かっている。

そこで、全画角及び８〜１２μｍの全波長においてＭＴＦが０．２以上となっているか否かを基準として、上記の実施例１〜３及び比較例１，２を評価することとする。すると、図４９（ａ）ないし図４９（ｃ）、図５０（ａ）及び図５０（ｂ）に示すＭＴＦ特性より、ｆ１／ｆの値が上記関係式（１）の条件を満たす実施例１〜３については、全画角及び全波長において０．２以上のＭＴＦが得られているが、ｆ１／ｆの値が上記関係式（１）の条件を満たさない比較例１，２については、画角、波長によっては０．２以上のＭＴＦが得られない部分が生じている。これより、全画角及び全波長において０．２以上のＭＴＦを得るためには、上記関係式（１）のように、ｆ１／ｆの値を１．０以上、１．４以下の範囲内に設定すればよいことが分かる。

＜適用例＞
以下では、本実施形態に係る赤外線レンズ１ａ〜１ｃが車載用のナイトビジョンに適用された場合について説明する。このナイトビジョンは、図５１に示すように、車両の前端部等に設置された赤外線カメラ２１と、車室内における運転席から視認可能な位置に設けられた液晶表示装置等によりなる表示部２３と、赤外線カメラ２１が撮像した画像に基づいて画像処理（コントラストに基づいて画像中から人間を抽出する処理等）を行い、その処理結果に基づいて警告画像等を表示部２３に表示させる制御部２５とを備えて構成されている。赤外線カメラ２１は、上述の赤外線レンズ１ａ〜１ｃ、赤外線透過窓Ｆｉ及び撮像素子Ｉｄを備えて構成されており、夜間等において車両前方の物体（人等）が発する赤外線を受光することにより、車両前方の赤外線画像を撮像する。

このように本実施形態に係る赤外線レンズ１ａ〜１ｃを用いてナイトビジョンを構成することにより、制御部２５による画像処理によって赤外線画像中から人間を抽出するのに必要な高解像度で明るくコントラストも高い画像を得ることができる。これによって、例えば、夜間であっても景色が明るい夏季の映像（夏季映像は背景と人（歩行者等）との輝度差が小さくなる）であっても、画像処理により画像中の人間を認識可能とすることができる。また、赤外線レンズ１ａ〜１ｃが小型化に適しているため、赤外線カメラの小型化をはかることができ、容易に車両に搭載可能なナイトビジョンを構成することができる。

本発明の一実施形態に係る赤外線レンズの実施例１の構成を示す図である。図１中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径を示す図である。図１中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。図１の構成における像高０°のときのＭＴＦ特性を示すグラフである。図１の構成における像高５．３°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１の構成における像高５．３°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１の構成における像高６．４°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１の構成における像高６．４°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１の構成における像高７．５°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１の構成における像高７．５°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１の構成における球面収差特性を示すグラフである。図１の構成における非点収差特性を示すグラフである。図１の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。図１４（ａ）ないし図１４（ｅ）は図１の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る赤外線レンズの実施例２の構成を示す図である。図１５中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径を示す図である。図１５中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。図１５の構成における像高０°のときのＭＴＦ特性を示すグラフである。図１５の構成における像高６．０°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１５の構成における像高６．０°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１５の構成における像高７．５°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１５の構成における像高７．５°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１５の構成における像高８．５°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図１５の構成における像高８．５°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図１５の構成における球面収差特性を示すグラフである。図１５の構成における非点収差特性を示すグラフである。図１５の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。図２８（ａ）ないし図２８（ｅ）は図１５の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る赤外線レンズの実施例３の構成を示す図である。図２９中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径を示す図である。図２９中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。図２９の構成における像高０°のときのＭＴＦ特性を示すグラフである。図２９の構成における像高５．０°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図２９の構成における像高５．０°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図２９の構成における像高６．０°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図２９の構成における像高６．０°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図２９の構成における像高７．０°のときのＭＴＦ特性（サジタル）を示すグラフである。図２９の構成における像高７．０°のときのＭＴＦ特性（タンジェンシャル）を示すグラフである。図２９の構成における球面収差特性を示すグラフである。図２９の構成における非点収差特性を示すグラフである。図２９の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。図４２（ａ）ないし図４２（ｅ）は図２９の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。比較例１の構成を示す図である。図４３中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径を示す図である。図４３中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。比較例２の構成を示す図である。図４６中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャー半径を示す図である。図４６中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。図４９（ａ）ないし図４９（ｃ）は実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。図５０（ａ）及び図５０（ｂ）は実施例及び比較例のＭＴＦ特性等をまとめた表を示す図である。ナイトビジョンの構成を概略的に示す図である。硫化亜鉛レンズ（コーティングなしの場合）の赤外線波長と透過率の関係を、いくつかのレンズ厚について示したグラフである。

符号の説明

１ａ〜１ｃ赤外線レンズ
Ｆｉ赤外線透過窓
Ｉｄ撮像素子
２１赤外線カメラ
２３表示部
２５制御部

Claims

物体側から順に、第１ないし第３レンズ群を備え、
前記第１ないし第３レンズ群は正の屈折力を有し、
前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズが、硫化亜鉛により形成されていることを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１ないし第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズによりそれぞれ構成されていることを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１又は請求項２に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされていることを特徴とする赤外線レンズ。
請求項２又は請求項３に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１レンズ群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくともいずれか一方の面は、非球面とされていることを特徴とする赤外線レンズ。
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて、
以下の関係式：
１．０≦ｆ１／ｆ≦１．４
但し、
ｆ：第１ないし第３レンズ群全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群に備えられる正メニスカスレンズの焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１ないし第３レンズ群に備えられる少なくともいずれか１つのレンズは、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形して形成されたものであることを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径Ｒｄは、以下の関係式：
Ｒｄ＜４０ｍｍ
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて、
前記第１ないし第３レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚Ｔｍ及びコバ厚Ｔｅは、以下の関係式：
１．５ｍｍ＜Ｔｍ＜８．０ｍｍ
１．０ｍｍ＜Ｔｅ＜８．０ｍｍ
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の赤外線レンズと、
前記赤外線レンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、
を備えることを特徴とする赤外線カメラ。
請求項９に記載の赤外線カメラと、
前記赤外線カメラによって撮像された画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするナイトビジョン。