JP5512457B2

JP5512457B2 - 赤外線用結像レンズおよび撮像装置

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Publication number: JP5512457B2
Application number: JP2010177063A
Authority: JP
Inventors: 昇小泉
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2014-06-04
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Description

本発明は、赤外線用結像レンズおよび撮像装置に関し、例えば３μｍ以上１３μｍ以下の波長帯での使用に好適な赤外線用結像レンズおよび該赤外線用結像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、暗所での撮影や物体の温度分布の観測等を行うために、赤外線を利用した撮像装置が用いられている。このような装置に用いられる赤外線レンズは、２枚または３枚という少ないレンズ枚数で良好な光学性能を得るために、非球面や回折光学面を用いることが有効である。例えば、下記特許文献１〜３には、非球面または回折光学面を用いた３枚構成の赤外線用レンズが記載されている。

現在の赤外線センサは画素サイズが２５μｍのものが主流となっており、本発明者はそれに対応した全画角が３４°程度の２枚構成の赤外線用結像レンズを下記特許文献４において提供している。

特表２００６−５２５５５５号公報特開２００７−２４１０３２号公報特開２００９−０６３９４２号公報特願２００９−２８９３５３号

ところで、近年では赤外線センサの画素サイズがさらに小さい１７μｍのものが開発されている。そのため、このセンサに対応する光学性能を有し、十分な結像性能が確保された赤外線用結像レンズが要望されるようになってきている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、近年開発された画素サイズが小さな赤外線センサに対応可能で、十分良好な結像性能を有する赤外線用結像レンズ、および該赤外線用結像レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の赤外線用結像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の単レンズである第１レンズと、物体側に凹面を向けた負の単レンズである第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の単レンズである第３レンズとが配列されてなる３枚構成であり、第１レンズおよび第２レンズのそれぞれの両面が非球面であり、第１レンズの物体側の非球面は中心に比べて有効径端における曲率半径の絶対値が大きい形状であり、下記条件式（１）、（２−２）、（３−２）を満足することを特徴とするものである。
１．２＜ｆ×（ｎ−１）／（Ｆｎｏ×ｒ）＜３．０ … （１）
２．４０≦ｆ１２／ｆ＜６．５ … （２−２）
０．３９≦ｄ１２／ｆ≦０．５３ … （３−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｎ１：第１レンズの設計基準波長に対する屈折率
Ｆｎｏ：全系のＦ値
Ｒ１：第１レンズの物体側の面の光軸上の曲率半径
ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｄ１２：第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔

なお、上記の第１レンズに関する「物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の単レンズ」、第２レンズに関する「物体側に凹面を向けた負の単レンズ」は近軸領域におけるものである。また、上記の第３レンズに関する「物体側に凸面を向けた正の単レンズ」は、第３レンズが非球面レンズの場合は近軸領域におけるものとする。

なお、有効径端とは、レンズの仕様や開口絞り径に基づき光線を入射させ、結像に寄与する全光線とレンズ面とが交わる点を考えたときの、各径方向における最も外側（光軸から最も離れた位置）の点を意味する。

本発明の赤外線用結像レンズにおいては、第１レンズまたは第３レンズが回折光学面を有し、第２レンズの像側の非球面は、該面の中心付近の点における該面の法線と光軸との交点が該面より物体側にあり、中心付近以外で該面の法線と光軸との交点が該面より像側となる点を有するような形状であることが好ましい。なお、ここでいう「中心付近」とは、近軸領域である。

また、本発明の赤外線用結像レンズにおいては、下記条件式（４）〜（６）のうちのいずれか１つ、または任意の組合せを満たすことが好ましい。
１．２＜ｆ１／ｆ＜２．３ … （４）
１．２＜｜ｆ２｜／ｆ＜１０．０ … （５）
０．６＜ｆ３／ｆ＜１．４ … （６）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離

また、本発明の赤外線用結像レンズにおいては、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズの材料がカルコゲナイドガラスまたは硫化亜鉛であり、波長が３μｍ以上１３μｍ以下の範囲内で使用されるものであることが好ましい。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の赤外線用結像レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、レンズ系を３群３枚構成とし、各レンズの屈折力や形状を好適に設定し、少なくとも４面を非球面として非球面を効果的に配置し、最も物体側の非球面の形状を好適に設定し、条件式（１）、（２−２）、（３−２）を満たすように構成しているため、近年開発された画素サイズが小さな赤外線センサに対応可能で、十分良好な結像性能を有する赤外線用結像レンズ、および該赤外線用結像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１の赤外線用結像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例２の赤外線用結像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例３の赤外線用結像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例４の赤外線用結像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例５の赤外線用結像レンズのレンズ構成を示す断面図図６（Ａ）〜図６（Ｊ）は本発明の実施例１の赤外線用結像レンズの各収差図図７（Ａ）〜図７（Ｊ）は本発明の実施例２の赤外線用結像レンズの各収差図図８（Ａ）〜図８（Ｊ）は本発明の実施例３の赤外線用結像レンズの各収差図図９（Ａ）〜図９（Ｊ）は本発明の実施例４の赤外線用結像レンズの各収差図図１０（Ａ）〜図１０（Ｊ）は本発明の実施例５の赤外線用結像レンズの各収差図第２レンズの像側の非球面形状を説明するための図本発明の実施形態にかかる撮像装置を含む撮像システムの概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態にかかる赤外線用結像レンズの構成を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜実施例５に対応している。図１〜図５において、左側が物体側、右側が像側である。図１〜図５に示す符号Ｒｉ（ｉは整数）、符号Ｄｉ（ｉは整数）はそれぞれ、曲率半径、面間隔を示すものであり、これらについては、後述の実施例の説明において詳述する。

本実施形態の赤外線用結像レンズは、物体側から順に配列された、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３の３枚の単レンズからなる３群３枚構成である。

なお、図１〜図５には、赤外線用結像レンズが撮像装置に適用される場合を考慮して、赤外線用結像レンズの結像位置を含む像面Ｓｉｍに配置された撮像素子５も図示している。また、図１〜図５では、第３レンズＬ３と撮像素子５の間に、カバーガラスや各種フィルタ等を想定した平行平面板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。

第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の単レンズである。第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けた負の単レンズである。第３レンズＬ３は、物体側に凸面を向けた正の単レンズである第３レンズＬ３である。

開口絞りＳｔは、例えば第１レンズＬ１の像側の面と光軸Ｚとの交点より像側、あるいはこの交点と第１レンズＬ１の物体側の面頂点との間に配置することができる。なお、図１〜図５に示す開口絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく、光軸方向における位置を示すものであり、図１〜図５では光軸上および第１レンズＬ１より外側の位置に図示している。

第１レンズＬ１の物体側の面および像側の面は非球面である。第２レンズＬ２の物体側の面および像側の面は非球面である。第１レンズＬ１の物体側の非球面は、レンズの中心における曲率半径の絶対値に比べて、有効径端における曲率半径の絶対値の方が大きくなるような形状とされている。

また、この赤外線用結像レンズは、下記条件式（１）を満足するように構成されている。
１．２＜ｆ×（ｎ−１）／（Ｆｎｏ×ｒ）＜３．０ … （１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｎ：第１レンズＬ１の設計基準波長に対する屈折率
Ｆｎｏ：全系のＦ値
ｒ：第１レンズＬ１の物体側の面の光軸上の曲率半径

赤外線用のセンサは、入射した赤外線の熱エネルギーを電子変換するため、可視光用のセンサとは異なり、センサ周辺の熱ノイズを受けやすい。このため、Ｓ／Ｎ比を良くするには光学系は小さいＦ値が必要とされ、その小さいＦ値に対応した球面収差補正が必要となる。

上記構成の赤外線用結像レンズによれば、３枚構成で、そのうち物体側の２枚のレンズの両面を非球面として効果的に非球面を用い、各レンズのパワーや形状、最も物体側の非球面の形状を好適に設定して、構成の最適化を図るようにしているため、小さなＦ値の光学系においても良好な球面収差補正が可能となり、また諸収差を良好に補正でき、良好な結像性能を実現することができる。

上記条件式（１）は、良好な球面収差補正を行うための条件である。条件式（１）の下限を下回っても、条件式（１）の上限を上回っても、第１レンズＬ１での適切な屈折が得られないため、小さいＦ値に対して十分な球面収差補正を行うことができない。

この赤外線用結像レンズにおいては、第１レンズＬ１または第３レンズＬ３が回折光学面を有することが好ましい。正レンズである第１レンズＬ１または第３レンズＬ３に回折光学面を設けることで、良好な収差補正が可能になり、高い結像性能を実現することができる。

例えば、第１レンズＬ１の像側の面に回折光学面を設けることにより、軸上色収差の補正に有利となり、第３レンズＬ３の像側の面に設けることにより、倍率色収差の補正に有利となる。回折光学面は第１レンズＬ１の像側の面のみに設けてもよく、第３レンズＬ３の像側の面のみに設けてもよく、あるいは第１レンズＬ１の像側の面と第３レンズＬ３の像側の面両方に設けてもよい。凹面を回折光学面とした場合には、加工性の点で有利となる。

第２レンズＬ２の像側の非球面は、該面の中心付近における該面の法線と光軸Ｚとの交点が該面より物体側にあり、該面の中心付近以外で該面の法線と光軸Ｚとの交点が該面より像側となる点を有するような形状であることが好ましい。例えば、図１１に示すように、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ５の中心近傍の点Ｐ１におけるこの面Ｓ５の法線Ｈ１が光軸Ｚと交わる点Ｋ１は、面Ｓ５より物体側に位置し、第２レンズＬ２の像側の面Ｓ５の周辺近傍の点Ｐ２におけるこの面Ｓ５の法線Ｈ２が光軸Ｚと交わる点Ｋ２は、面Ｓ５より像側に位置するように構成することが好ましい。

すなわち、第２レンズＬ２の像側の面は、中心およびその付近で凸形状となり、中心付近以外で凹形状となる部分を有することが好ましい。このように構成することにより、結像領域の中心だけでなく周辺部についても諸収差を良好に補正でき、高い解像力を得ることができ、良好な結像性能を有することができる。

なお、第３レンズＬ３も非球面を有するように構成してもよい。第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３の全ての面を非球面とした場合には、より良好な結像性能を得ることができる。

さらに、この赤外線用結像レンズは下記条件式（２）〜（６）のいずれか１つ、または任意の２つ以上の組合せを適宜選択的に満足するように構成されていることが好ましい。
２．０＜ｆ１２／ｆ＜６．５ … （２）
０．３＜ｄ１２／ｆ＜０．６５ … （３）
１．２＜ｆ１／ｆ＜２．３ … （４）
１．２＜｜ｆ２｜／ｆ＜１０．０ … （５）
０．６＜ｆ３／ｆ＜１．４ … （６）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｄ１２：第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離

条件式（２）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離の適切な範囲を規定するものである。条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成パワーが強くなり、十分な球面収差・コマ収差の補正が困難となる。条件式（２）の上限を上回ると、第３レンズＬ３へパワーの負荷がかかり、像面湾曲・非点収差の補正が困難となる。

条件式（３）は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の適切な間隔を規定するものである。条件式（３）の下限を下回ると、十分な像面湾曲補正を行うことができなくなる。条件式（３）の上限を上回ると、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３での十分なコマ収差補正が出来なくなるとともに、バックフォーカスが短くなる。赤外用の撮像装置のうち、冷却タイプのものは、撮像素子付近にコールドシールドと呼ばれる冷却部材を配置するため、ある程度の長さのバックフォーカスが要求される。

条件式（４）は第１レンズＬ１の適切な焦点距離の範囲を規定するものである。条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズＬ１のパワーが大きくなり、球面収差・コマ収差の補正が困難となるとともに、バックフォーカスを長くすることが出来なくなる。条件式（４）の上限を上回ると、第３レンズＬ３のパワーが強くなり、像面湾曲の補正が困難となる。

条件式（５）は第２レンズＬ２の適切な焦点距離の範囲を規定するものである。条件式（５）の下限を下回っても、条件式（５）の上限を上回っても、像面湾曲の補正が困難となるとともに、色収差のバランスが悪くなる。

条件式（６）は第３レンズＬ３の適切な焦点距離の範囲を規定するものである。条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズＬ３のパワーが強くなり、十分な像面湾曲補正ができなくなる。条件式（６）の上限を上回ると、逆に第３レンズＬ３のパワーが弱くなり、非点収差・コマ収差のバランスが悪くなる。

さらにまた、この赤外線用結像レンズは、下記条件式（１−１）〜（６−１）のいずれか１つ、あるいは任意の組合せを満たすことがより好ましい。上述した条件式（１）〜（６）それぞれに代わり、条件式（１−１）〜（６−１）それぞれを満たすように構成することで、条件式（１）〜（６）それぞれにより得られる効果をさらに高めることができる。

１．３＜ｆ×（ｎ−１）／（Ｆｎｏ×ｒ）＜２．５ … （１−１）
２．２＜ｆ１２／ｆ＜６．０ … （２−１）
０．３５＜ｄ１２／ｆ＜０．６ … （３−１）
１．３５＜ｆ１／ｆ＜２．０ … （４−１）
１．３＜｜ｆ２｜／ｆ＜９．０ … （５−１）
０．７＜ｆ３／ｆ＜１．２ … （６−１）

この赤外線用結像レンズは、例えば３μｍ以上１３μｍ以下の波長範囲で使用されるものとしてもよい。この波長域において良好な光学性能を得るためには、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３の材料がカルコゲナイドガラスまたは硫化亜鉛であることが好ましい。カルコゲナイドガラスとは、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）という、一般にカルコゲン元素と呼ばれる互いに性質の似通った一連の元素のいずれかを、成分として含むガラスである。

カルコゲナイドガラスは、赤外光に対する透過率が高く、ゲルマニウムよりも安価であり、ゲルマニウムに比べ加工しやすいという特長を有する。ただし、カルコゲナイドガラスは、ゲルマニウムよりも分散が大きいため、カルコゲナイドガラスを材質とし、かつ色収差の補正を良好に行いたい場合は、少なくとも１面の回折光学面を有するように構成し、色収差補正を行うことが好ましい。

次に、本発明にかかる赤外線用結像レンズの具体的な数値実施例について説明する。本発明の実施例１〜５の赤外線用結像レンズのレンズ断面図は、それぞれ図１〜図５に示したものである。実施例１の赤外線用結像レンズの基本レンズデータ、非球面データ、回折光学面データをそれぞれ表１〜表３に示す。同様に、実施例２〜５の赤外線用結像レンズの基本レンズデータ、非球面データ、回折光学面データをそれぞれ表４〜表１５に示す。以下では、表中の記号の意味について、まとめて説明する。

基本レンズデータの各表では、開口絞りＳｔを１番目の構成要素とし、２番目以降は物体側から像側に向かって順に配列されている開口絞りＳｔ以外の構成要素を順に記載している。例えば、Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、…）の欄には、開口絞りＳｔを第１面、第１レンズＬ１の物体側の面を第２面、第１レンズＬ１の像側の面を第３面、第２レンズＬ２の物体側の面を第４面として、物体側から像側に向かって順次増加するように符号を付したｉ番目の面番号を示している。最終面である第１０面は像面Ｓｉｍである。

同様に、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。Ｎｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面の間の媒質の設計基準波長に対する屈折率を示している。実施例１〜５の設計基準波長は１０μｍである。なお、基本レンズデータに記載の曲率半径の値は、光軸近傍の曲率半径である。また、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としており、面間隔の符号は物体側から像側へ向かう方向を正、逆方向は負としている。

基本レンズデータの各表の面番号の右の欄において「ＡＳ」を付した面は非球面であり、「ＤＯＥ」を付した面は回折光学面である。例えば実施例１の第３面は「ＡＳ・ＤＯＥ」と付されており、この面は非球面形状を基本形状として回折光学面となっている。

基本レンズデータの各表の材料の欄には、各構成要素の材料名を記している。ここに示す実施例では屈折率の異なる２種類のカルコゲナイドガラスを用いており、区別するためにカルコゲナイド１、カルコゲナイド２と表記している。カルコゲナイド１、カルコゲナイド２、およびその他材料として用いられている硫化亜鉛、ゲルマニウムの波長８μｍ、１０μｍ、１２μｍに対する屈折率のデータを表１６に示す。

基本レンズデータにおける長さの単位としてはここではｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため、単位はｍｍに限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

非球面データの各表には、非球面の面番号と、各非球面に関する非球面係数ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）を示す。非球面係数の数値の「Ｅ−ｊ」（ｊ：整数）は、「×１０^−ｊ」を意味し、「Ｅ＋ｊ」（ｎ：整数）は、「×１０^＋ｊ」を意味する。非球面係数ｋ、Ａｍは、下記非球面式におけるものである。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／［１＋｛１−（ｋ＋１）・Ｃ^２・ｈ^２｝^１/２］＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面
に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）

回折光学面データの各表には、回折光学面の面番号と、各回折光学面に関する回折面係数Ｐｋ（ｋ＝２、３、４）を示す。各レンズに施された回折光学面は、基本形状となる巨視的なレンズ形状と、回折光学面が持つべき光路長の付加量を光軸Ｚからの高さｈの関数で示した光路差関数Φ（ｈ）とにより表される。光路差関数Φ（ｈ）は以下の式で表される。
Φ（ｈ）＝λ／（２π）×ΣＰｋ・ｈ^ｋ
ここで、λは波長であり、回折光学面によって付加される光路長の範囲は０〜−λとする。

上記実施例１〜５の赤外線用結像レンズにおける各種データおよび上記条件式（１）〜（６）に対応する値を表１７に示す。条件式（１）のｎ、ｒ、条件式（３）のｄ１２がそれぞれ、上記実施例の基本レンズデータの表のＮ２、Ｒ２、Ｄ３に対応する。
表１７において、長さの単位にはｍｍを用い、角度の単位には度を用いている。表１７に示す値は波長１０μｍにおけるものである。

上記実施例１〜５の赤外線用結像レンズの各収差図をそれぞれ、図６（Ａ）〜図６（Ｊ）、図７（Ａ）〜図７（Ｊ）、図８（Ａ）〜図８（Ｊ）、図９（Ａ）〜図８（Ｊ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｊ）に示す。以下に実施例１の収差図を例にとり説明するが、他の実施例の収差図についても同様である。

実施例１の赤外線用結像レンズの収差図として、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）には球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）の各収差図を示し、図６（Ｄ）〜図６（Ｇ）にはタンジェンシャル方向の横収差の収差図を示し、図６（Ｈ）〜図６（Ｊ）にはサジタル方向の横収差の収差図を示す。各収差図には波長１０μｍを基準とした収差を示すが、球面収差図には波長８μｍ、波長１２μｍのものも示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。横収差図では、同じ画角のタンジェンシャル方向の収差とサジタル方向の収差を左右方向に並べて示しているが、ω＝０のものについてはタンジェンシャル方向とサジタル方向の横収差は同じであるためタンジェンシャル方向についてのみ示す。

以上のデータからわかるように、実施例１〜５の赤外線用結像レンズは、３群３枚構成のレンズ系において、約１．０の小さなＦ値を達成しながら、全画角が３５〜４０°程度と当該分野においては比較的広い画角を有し、各収差が良好に補正されて、良好な結像性能を有する光学系を実現している。

次に、本発明の一実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１２に、本発明の実施形態にかかる赤外線用結像レンズを適用した赤外線撮像システム１００を示す。赤外線撮像システム１００は、赤外線カメラ１１０と演算・表示装置１２０とを含んで構成される。図１２に示す例では、赤外線カメラ１１０と演算・表示装置１２０とは、コード１１５により電気的に接続されているが、コード１１５を用いず、無線通信等により接続するようにしてもよい。

赤外線カメラ１１０は、本発明の一実施形態にかかる撮像装置であり、本発明の実施形態にかかる赤外線用結像レンズ１と、撮像素子５と、筐体６とを含んで構成される。なお、図１２では、赤外線用結像レンズ１は概略的に示している。撮像素子５は、赤外線用結像レンズ１により形成された光学像を撮像して電気信号に変換する素子である。赤外線用の撮像素子としては例えば、熱型の赤外センサや量子型の赤外センサを用いることができる。熱型の赤外センサとしては例えば、ボロメータ、マイクロボロメータがある。量子型の赤外センサとしては例えば、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＳｂのような光導電セルを用いたものがある。

赤外線用結像レンズ１により得られた像は撮像素子５により電気信号に変換され、赤外線カメラ１１０に接続された演算部１２１へ伝送される。演算・表示装置１２０は、演算部１２１と、表示部１２２と、入力部１２３とからなる。撮像素子５から伝送された画像信号は、使用者が入力部１２３を用いて入力した指示に基づき演算部１２１により演算処理された後、この演算処理で得られた画像が表示部１２２に表示される。例えば、赤外線カメラ１１０で撮像された被写体の像および被写体の温度分布が、演算部１２１での演算処理を経た後、表示部１２２でカラー表示される。

図１２には示されていないが、赤外線用結像レンズ１の最も像側のレンズと撮像素子５との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、撮像素子を保護するためのカバーガラスや、被写体以外からの熱放射の影響を低減するためのコールドシールドや、各種フィルタ等の光学部材を配置してもよい。また、撮像用のシャッタ機構が設けられていてもよい。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、非球面係数、回折面係数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

１赤外線用結像レンズ
５撮像素子
１００赤外線撮像システム
１１０赤外線カメラ
１２０演算・表示装置
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ
ＰＰ光学部材
Ｓｉｍ像面
Ｓｔ開口絞り
Ｚ光軸

Claims

物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の単レンズである第１レンズと、物体側に凹面を向けた負の単レンズである第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の単レンズである第３レンズとが配列されてなる３枚構成であり、
前記第１レンズおよび前記第２レンズのそれぞれの両面が非球面であり、前記第１レンズの物体側の非球面は中心に比べて有効径端における曲率半径の絶対値が大きい形状であり、
下記条件式（１）、（２−２）、（３−２）を満足することを特徴とする赤外線用結像レンズ。
１．２＜ｆ×（ｎ−１）／（Ｆｎｏ×ｒ）＜３．０ … （１）
２．４０≦ｆ１２／ｆ＜６．５ … （２−２）
０．３９≦ｄ１２／ｆ≦０．５３ … （３−２）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｎ：第１レンズの設計基準波長に対する屈折率
Ｆｎｏ：全系のＦ値
ｒ：第１レンズの物体側の面の光軸上の曲率半径
ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｄ１２：第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔
前記第１レンズまたは前記第３レンズが回折光学面を有し、
前記第２レンズの像側の非球面は、該面の中心付近の点における該面の法線と光軸との交点が該面より物体側にあり、中心付近以外で該面の法線と光軸との交点が該面より像側となる点を有するような形状であることを特徴とする請求項１記載の赤外線用結像レンズ。
下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線用結像レンズ。
１．２＜ｆ１／ｆ＜２．３ … （４）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の赤外線用結像レンズ。
１．２＜｜ｆ２｜／ｆ＜１０．０ … （５）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離
下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の赤外線用結像レンズ。
０．６＜ｆ３／ｆ＜１．４ … （６）
ただし、
ｆ３：第３レンズの焦点距離
前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズの材料がカルコゲナイドガラスまたは硫化亜鉛であり、波長が３μｍ以上１３μｍ以下の範囲内で使用されるものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の赤外線用結像レンズ。
請求項１から６のいずれか１項記載の赤外線用結像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。