JP6014723B2 - 撮像レンズ、撮像装置および撮像ユニット - Google Patents

Description

本発明は、可視光線下の撮像および赤外線下の撮像の双方に用いる撮像レンズ、撮像装置および撮像ユニットに関する。

監視カメラや車載カメラの中には、昼間の可視光線下における通常の撮像に加え、夜間の赤外線照明装置を利用した特定波長の赤外線下における撮像が可能なものがある。このような撮像装置では、可視光線と赤外線の波長の相違に起因して、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時で撮像レンズの焦点位置が変化し、ピントずれが発生する。特許文献１には、撮像レンズの焦点位置の変化に合わせて撮像素子を移動させることにより、このピントずれを解消する撮像装置が記載されている。

特開２００６−１４８４２１号公報

撮像素子を移動させてピント合わせを行なって可視光線と赤外線の波長の相違に起因するピントずれを解消する構成では、撮像装置内に撮像素子を移動させるための機構を備えなければならないので、撮像装置の構成が複雑化するという問題がある。

このような問題点に鑑みて、本発明の課題は、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない撮像レンズを提供することにある。また、このような撮像レンズを搭載する撮像装置および撮像ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の撮像レンズは、
赤外域の特定波長の光線が焦点を結ぶ位置を、可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させるホログラムを備えることを特徴とする。

本発明の撮像レンズは、ホログラムによって赤外域の特定波長の光線を屈折させて、この特定波長の光線が焦点を結ぶ位置を可視光域の光線の焦点位置に一致させているので、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。ここで、本発明において、可視光域の光線とは、波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の範囲の光線であり、赤外域の光線とは７００ｎｍ以上の波長の光線である。

本発明において、前記ホログラムは、前記特定波長に最大回折効率を備え、前記特定波長をＷ２、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ、前記特定波長に対する前記ホログラムの焦点距離をｆＨとしたときに、下式を満たすことが望ましい。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４

撮像レンズは、条件式の値が下限を下回る場合には、赤外域の特定波長の光線の焦点位置が過剰補正され、像面がマイナス方向にずれる。一方、条件式の値が上限から外れる場合には、赤外域の特定波長の光線の焦点位置が補正不足となり、像面がプラス方向にずれて、ピントが甘くなる。

本発明において、前記特定波長は、８００ｎｍ以上であることが望ましい。

本発明において、撮像レンズは、物体側より順に、負のパワーを持つ前群レンズと正のパワーを持つ後群レンズとから構成され、前記後群レンズは、複数枚のレンズを備えており、前記ホログラムは、前記複数枚のレンズの間に配置されているか、または、前記複数枚のレンズのうちのいずれかのレンズのレンズ面に形成されていることが望ましい。このような位置にホログラムを配置すれば、ホログラムを小さくすることができる。また、赤外域の特定波長の光線の軸方向の収差を、画面全体に補正することが可能となる。

この場合において、前記前群レンズは、１枚または２枚の凹レンズからなり、前記後群レンズは、前側レンズと後側レンズとからなり、前記ホログラムは、前記前側レンズと前記後側レンズとの間に配置されているものとすることができる。このようにすれば、３枚または４枚のレンズで、車載カメラや監視カメラに適した広角レンズを構成することができる。また、ホログラムとレンズを別体としているので、レンズ設計の自由度が高い。

また、この場合において、前記前群レンズは、１枚または２枚の凹レンズからなり、前記後群レンズは、前側レンズと後側レンズとからなり、前記ホログラムは、前記前側レンズの後側レンズ面、または、前記後側レンズの前側レンズ面のいずれか一方に形成されているものとすることができる。このようにすれば、３枚または４枚のレンズで、車載カメラや監視カメラに適した広角レンズを構成することができる。

次に、本発明の撮像装置は、
上記の撮像レンズと、
前記焦点位置に配置された撮像素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子は、赤外域の特定波長の光線が焦点を結ぶ位置であり、かつ、可視光域の光線の焦点位置に配置されている。従って、本発明の撮像装置によれば、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。

また、本発明の撮像装置は、
上記の撮像レンズと、
前記焦点位置に配置された撮像素子と、
可視光域の光線を透過し、可視光域よりも長波長側に隣接する赤外域の第１の波長帯域の光線を遮断する特性を有するとともに、前記第１の波長帯域の内側の一部分である第２の波長帯域の光線を透過する特性を有する光学フィルタとを有し、
前記光学フィルタは、前記撮像レンズの物体側に配置されており、前記第２の波長帯域に前記特定波長を含んでいることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子は、赤外域の特定波長の光線が焦点を結ぶ位置であり、かつ、可視光域の光線の焦点位置に配置されている。従って、本発明の撮像装置によれば、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。また、撮像装置は、光学フィルタによって、撮像に適した波長の光線のみを利用することができるので、ピントぼけを抑制できる。さらに、光学フィルタが第２の波長帯域として、人や物体が放射する特定波長の赤外域の光線（電磁波）を透過させるようにすれば、撮像ユニットを、所謂、遠赤外線（パッシブ赤外線）撮像装置とすることができる。

次に、本発明の撮像ユニットは、
上記の撮像装置と、
撮像対象となる対象物に前記特定波長の光線を照射する照明装置とを有することを特徴とする。

このようにすれば、撮像装置は、赤外線下の撮像に際して、撮像に適した特定波長の光線の反射光で対象物を撮像できる。また、撮像ユニットを、撮像対象となる対象物に可視光域に比較的近い波長の赤外域の光線を照射してその反射光で対象物の撮像を行う、所謂、近赤外線（アクティブ赤外線）撮像ユニットとすることができる。

本発明の撮像レンズは、ホログラムによって、赤外域の特定波長の光線だけを屈折させて、この特定波長の光線が焦点を結ぶ位置を可視光域の光線の焦点位置に一致させているので、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。また、本発明の撮像装置および撮像ユニットは、撮像素子が赤外域の特定波長の光線が焦点を結ぶ位置であり、かつ、可視光域の第２波長の光線の焦点位置に配置されているので、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。

実施例１の撮像レンズの構成図である。 実施例１の撮像レンズの収差図およびＭＴＦグラフである。 比較例の撮像レンズの構成図である。 比較例の撮像レンズの収差図およびＭＴＦグラフである。 実施例２の撮像レンズの構成図である。 実施例２の撮像レンズの収差図およびＭＴＦグラフである。 実施例２の撮像レンズの光学特性を示すグラフである。 撮像レンズの条件式の値が下限を下回る場合の光学特性を示すグラフである。 撮像レンズの条件式の値が下限に近い場合の光学特性を示すグラフである。 撮像レンズの条件式の値が上限を上回る場合の光学特性を示すグラフである。 撮像レンズの条件式の値が上限の場合の光学特性を示すグラフである。 変形例１の撮像レンズのＭＴＦグラフである。 変形例２の撮像レンズのＭＴＦグラフである。 変形例３の撮像レンズのＭＴＦグラフである。 実施例３の撮像レンズの構成図である。 実施例３の撮像レンズの収差図およびＭＴＦグラフである。 本発明の撮像レンズを搭載する撮像装置の説明図である。 本発明の撮像レンズを搭載する撮像ユニットの説明図である。

以下に図面を参照して、本発明を適用した撮像レンズの各実施例を説明する。

（実施例１）
図１は実施例１の撮像レンズの構成図である。本例の撮像レンズ１０は、８５０ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム１１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と８５０ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要としたものである。

撮像レンズ１０は画角が１７２．６°の広角レンズであり、物体側から結像面１２に向かって負のパワーを有する前群レンズＩと正のパワーを有する後群レンズＩＩがこの順序に配列された構成となっている。前群レンズＩと後群レンズＩＩは、それぞれ２枚のレンズから構成されている。より具体的には、前群レンズＩは第１凹レンズ１３と第２凹レンズ１４から構成され、これらは物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとなっている。後群レンズＩＩは１枚の前側レンズ１５と１枚の後側レンズ１６から構成されている。前側レンズ１５と後側レンズ１６の間には絞り１７が配置され、絞り１７の結像側近傍にはホログラム１１が配置されている。なお、本発明では、物体側から連続して２枚以上の凹レンズが配置されている場合に、物体側から２枚のレンズを前群レンズＩとして把握する。物体側から１枚の凹レンズがあり、２枚目は凹レンズではない場合には、この１枚の凹レンズを前群レンズＩとして把握する。

ホログラム１１は、正のパワーを有し、８５０ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム１１としては、体積ホログラムおよびレリーフ型ホログラムのいずれを用いることもできる。後側レンズ１６と結像面１２の間にはカバーガラス１８が配置されている。第１レンズ群Ｉの第２凹レンズ１４の両側のレンズ面１４ａ、１４ｂ、第２レンズ群ＩＩの前側レンズ１５の両側のレンズ面１５ａ、１５ｂ、および、後側レンズ１６の両側のレンズ面１６ａ、１６ｂは非球面とされている。

撮像レンズ１０の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：２．４
焦点距離
ｆ ：１．４５５ｍｍ（全系）
ｆＨ ：２２ｍｍ（ホログラム１１）
ｆ１ ：−５．７７ｍｍ（第１凹レンズ１３）
ｆ２ ：−２．５０ｍｍ（第２凹レンズ１４）
ｆ３ ：２．５０ｍｍ（前側レンズ１５）
ｆ３ ：３．１０ｍｍ（後側レンズ１６）
ｆ１２：−１．４１ｍｍ（前群レンズＩ）
ｆ２３：３．０７ｍｍ（後群レンズＩＩ）
画角 ：１７２．６°
本例では、可視光域の光線の基準波長Ｗ１を５４６ｎｍとしており、撮像レンズ１０の全系の焦点距離は、基準波長Ｗ１に対するものである。また、ホログラム１１の焦点距離ｆＨは、８５０ｎｍの特定波長Ｗ２の赤外域の光線に対するものである。

表１Ａは撮像レンズ１０の各レンズ面のレンズデータを示し、表１Ｂは非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表１Ａにおいて、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の曲率を表し、Ｄはレンズ面の距離を表し、Ｎｄは各レンズの屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。また、Ｓは絞り面、Ｈはホログラム面、＊印はレンズ面が非球面であることを示す。

ここで、レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとすると、次式により表すことができる。なお、各記号の意味および非球面形状を表す式は、後述の実施例においても同様である。

撮像レンズ１０は、特定波長をＷ２（８５０ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（１．４５５ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（２２ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
すなわち、撮像レンズ１０では、条件式の値は８．９となっている。

図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ撮像レンズ１０における球面収差図、横収差図、白色ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）グラフ、赤外ＭＴＦグラフである。図２（ａ）
の球面収差図は、横軸が光線が光軸と交わる位置であり、縦軸が光線が光学系に入射する高さである。図２（ａ）には赤外域の波長８５０ｎｍの光線に対する球面収差が補正されていることが示されている。図２（ｂ）は各画角におけるメリジオナル面およびサジタル面における横収差図である。横軸は入射瞳座標であり、縦軸は横収差を示す。図２（ａ）には各画角において赤外域の波長８５０ｎｍの光線に対する横収差が補正されていることが示されている。図２（ｃ）、（ｄ）の各ＭＴＦグラフは、横軸が空間周波数であり、縦軸がコントラストを示している。図２（ｄ）には赤外域の光線下の撮像時において空間周波数の増加に伴うコントラストの低下が抑制されていることが示されている。

ここで、図３は比較例の撮像レンズ１０Ａの構成図である。比較例の撮像レンズ１０Ａは、実施例１の撮像レンズ１０Ａからホログラム１１を省略したものであり、撮像レンズ１０Ａと同様の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、撮像レンズ１０Ａの全光学系のレンズデータ、各レンズ面のレンズデータおよび非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数は、ホログラム１１を省略したことに伴い、変更されている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、比較例の撮像レンズ１０Ａにおける球面収差図、横収差図、白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。図２および図４の収差図に示されるように、実施例１の撮像レンズ１０では、比較例の撮像レンズ１０Ａと比べて、赤外域の光線に対する球面収差および横収差が補正されており、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。また、図２および図４の各赤外ＭＴＦグラフに示されるように、実施例１の撮像レンズ１０では、比較例の撮像レンズ１０Ａと比べて、赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

本例の撮像レンズ１０は、前群レンズＩおよび後群レンズＩＩのそれぞれが２枚のレンズから構成された広角レンズであるが、前群レンズＩおよび後群レンズＩＩのそれぞれを３枚以上のレンズを用いて構成してもよい。この場合には、ホログラム１１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、小さなホログラムを用いることができる。また、ホログラム１１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の軸方向の収差を、画面全体に補正することが可能となる。

また、本例の撮像レンズ１０において、下式を満たす場合には、赤外域の特定波長の光線の焦点位置がより適切に補正された状態で、かつ、コントラスト低下が抑制された状態となり、好ましい。
６≦｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４

（実施例２）
図５は実施例２の撮像レンズ２０の構成図である。本例の撮像レンズ２０は、８５０ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム２１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と８５０ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要としたものである。

撮像レンズ２０は画角が８８．８°の広角レンズであり、物体側から結像面２２に向かって負のパワーを有する前群レンズＩと正のパワーを有する後群レンズＩＩがこの順序に配列された構成となっている。前群レンズＩは１枚の凹レンズ２３から構成され、後群レンズＩＩは前側レンズ２４と後側レンズ２５の２枚のレンズから構成されている。前側レンズ２４と後側レンズ２５の間には絞り２６が配置され、絞り２６の結像側近傍にはホログラム２１が配置されている。ホログラム２１は正のパワーを有し、８５０ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム２１としては、体積ホログラムおよびレリーフ型ホログラムのいずれを用いることもできる。後側レンズ２５と結像面２２の間にはカバーガラス２７が配置されている。第１レンズ群Ｉの凹レンズ２３の両側のレンズ面２３ａ、２３ｂ、第２レンズ群ＩＩの前側レンズ２４の両側のレンズ面２４ａ、２４ｂ、および、後側レンズ２５の両側のレンズ面２５ａ、２５ｂは非球面とされている。

撮像レンズ２０の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：２．８
焦点距離
ｆ ：０．９６４ｍｍ（全系）
ｆＨ ：１３．９３ｍｍ（ホログラム２１）
ｆ１ ：−２．１３ｍｍ（凹レンズ２３）
ｆ２ ：２．４４ｍｍ（前側レンズ２４
ｆ３ ：１．３６ｍｍ（後側レンズ２５）
ｆ１ ：−２．１３ｍｍ（前群レンズＩ）
ｆ２３：１．３４ｍｍ（後群レンズＩＩ）
画角 ：８８．８°
本例では、可視光域の光線の基準波長Ｗ１を５４６ｎｍとしており、撮像レンズ２０の全系の焦点距離は、基準波長Ｗ１に対するものである。また、ホログラム２１の焦点距離ｆＨは、８５０ｎｍの特定波長Ｗ２の赤外域の光線に対するものである。

表２Ａは撮像レンズ２０の各レンズ面のレンズデータを示し、表２Ｂは非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。

撮像レンズ２０は、特定波長をＷ２（８５０ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（０．９６４ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（１３．９３ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
すなわち、撮像レンズ２０では、条件式の値は８．５となっている。

図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ撮像レンズ２０における球面収差図、横収差図、白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。図６に示されるように、本例の撮像レンズ２０では、赤外域の光線に対する球面収差および横収差が補正されているので、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。また、図６の赤外ＭＴＦグラフに示されるように、本例の撮像レンズ２０では赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

なお、本例の撮像レンズ２０は、後群レンズＩＩが２枚のレンズから構成された広角レンズであるが、後群レンズＩＩを３枚以上のレンズを用いて構成することもできる。この場合には、ホログラム２１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、小さなホログラムを用いることができる。また、ホログラム２１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の軸方向の収差を、画面全体に補正することが可能となる。

ここで、図７〜図１１を参照して、実施例２の撮像レンズ２０のホログラム３１の焦点距離をｆＨを変更して、条件式の値の範囲について検証したデータを説明する。図７〜図１１の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、撮像レンズ２０における球面収差図、横収差図、赤外域の特定波長の光線の像面湾曲収差図、白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。像面湾曲収差図は、横軸が光線が光軸と交わる位置であり、縦軸が光線が光学系に入射する高さである。また、図７〜図１１の各グラフは、波長の表示のレンジが±２０μｍであり、基準波長Ｗ１が５４６ｎｍ、特定波長Ｗ２が８５０ｎｍである。なお、図６および後述する図１２〜図１４、図１６は、波長の表示のレンジが±４０μｍであり、基準波長Ｗ１が５４６ｎｍ、特定波長Ｗ２が８５０ｎｍである。図７は条件式の値が８．５の場合であり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）は、図６（ａ）〜（ｄ）と同一の特性を示している。図６（ｃ）には、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の像面湾曲収差の発生が抑えられていることが示されている。

図８は条件式の値が５．５の場合である。条件式の値が下限を下回る場合には、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の焦点位置が過剰補正されており、ピントずれが大きく、像面がマイナス方向に大きくずれている。また、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の像面湾曲収差が発生しており、赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が発生している。図９は、条件式の値が６．７の場合である。条件式の値が６を超える場合には、像面がマイナス方向にずれているが、撮像レンズとして用いることができる許容範囲内となっており、ピントずれも少ない。また、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の像面湾曲収差は抑制されており、赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

図１０は、条件式の値が１５．３の場合である。条件式の値が上限を上回る場合には、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の焦点位置が補正不足となり、像面がプラス方向にずれて、ピントが甘くなっている。また、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の像面湾曲収差が発生しており、赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が発生している。図１１は、条件式の値が上限の１４の場合である。条件式の値が上限となっている場合には、像面はプラス方向にずれているが、撮像レンズとして用いることができる許容範囲内となっている。また、赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

なお、本例の撮像レンズ２０において、条件式の値の下限を７以上、上限を１０以下とした場合には、赤外域の特定波長の光線の焦点位置がより適切に補正された状態で、かつ、コントラスト低下が抑制された状態となり、好ましい。

（実施例２の変形例１）
ここで、撮像レンズ２０の変形例を説明する。変形例１の撮像レンズは、ホログラム２１の焦点距離ｆＨを除き、実施例２の撮像レンズ２０と同一の構成を備える。本例において、ホログラム２１は正のパワーを有する体積ホログラムであり、７００ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム２１の焦点距離ｆＨは、波長Ｗ２が７００ｎｍの赤外域の光線に対して、ｆＨ＝１１．５ｍｍとなっている。

従って、本例では、７００ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム２１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と７００ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要にする。

また、本例の撮像レンズは、特定波長をＷ２（７００ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（０．９６４ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（１１．５ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
すなわち、本例の撮像レンズでは、条件式の値は８．５となっている。

図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本例の撮像レンズにおける白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。本例においても、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要はなく、図１２の赤外ＭＴＦグラフに示されるように、本例の撮像レンズでは赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

（実施例２の変形例２）
変形例２の撮像レンズは、ホログラム２１の焦点距離ｆＨを除き、実施例２の撮像レンズ２０と同一の構成を備える。本例において、ホログラム２１は正のパワーを有する体積ホログラムであり、１０００ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム２１の焦点距離ｆＨは、波長Ｗ２が１０００ｎｍの赤外域の光線に対して、ｆＨ＝１６ｍｍとなっている。

従って、本例では、１０００ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム２１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と１０００ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要にする。

また、本例の撮像レンズは、特定波長をＷ２（１０００ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（０．９６４ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（１６ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
すなわち、本例の撮像レンズでは、条件式の値は８．３となっている。

図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本例の撮像レンズにおける白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。本例においても、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要はなく、図１３の赤外ＭＴＦグラフに示されるように、本例の撮像レンズでは赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

（実施例２の変形例３）
変形例２の撮像レンズは、ホログラム２１の焦点距離ｆＨを除き、実施例２の撮像レンズ２０と同一の構成を備える。本例において、ホログラム２１は正のパワーを有する体積ホログラムであり、１５００ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム２１の焦点距離ｆＨは、波長Ｗ２が１５００ｎｍの赤外域の光線に対して、ｆＨ＝１８ｍｍなっている。

従って、本例では、１５００ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム２１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と１５００ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要にする。

また、本例の撮像レンズは、特定波長をＷ２（１５００ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（０．９６４ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（１８ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
すなわち、本例の撮像レンズでは、条件式の値は６．２となっている。

図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本例の撮像レンズにおける白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。本例においても、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要はなく、図１４の赤外ＭＴＦグラフに示されるように、本例の撮像レンズでは赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

（実施例３）
図１５は実施例３の撮像レンズ３０の構成図である。本例の撮像レンズ３０は、８５０ｎｍの赤外域の波長の光線が焦点を結ぶ位置を、ホログラム３１によって可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることにより、可視光線下における通常の撮像時と８５０ｎｍの波長の赤外線下における撮像時でピント合わせを不要としたものである。

撮像レンズ３０は画角が８１．４°の広角レンズであり、物体側から結像面３２に向かって負のパワーを有する前群レンズＩと正のパワーを有する後群レンズＩＩがこの順序に配列された構成となっている。前群レンズＩは１枚の凹レンズ３３から構成され、後群レンズＩＩは前側レンズ３４と後側レンズ３５の２枚のレンズから構成されている。前側レンズ３４と後側レンズ３５の間には絞り３６が配置され、絞り３６の結像側近傍にはホログラム３１が配置されている。ホログラム３１は正のパワーを有し、８５０ｎｍの波長の光線に対して最大回折効率を備える。ホログラム３１としては、体積ホログラムおよびレリーフ型ホログラムのいずれを用いることもできる。後側レンズ３５と結像面３２の間にはカバーガラス３７が配置されている。第２レンズ群ＩＩの前側レンズ３４の両側のレンズ面３４ａ、３４ｂ、および、後側レンズ３５の両側のレンズ面３５ａ、３５ｂは非球面とされている。

撮像レンズ３０の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：２．８３
焦点距離
ｆ ：３．５６ｍｍ（全系）
ｆＨ ：３８．５ｍｍ（ホログラム３１）
ｆ１ ：−６．５４ｍｍ（凹レンズ３３）
ｆ２ ：４．０１ｍｍ（前側レンズ３４）
ｆ３ ：５．８６ｍｍ（後側レンズ３５）
ｆ１ ：−６．５４ｍｍ（前群レンズＩ）
ｆ２３：５．４ｍｍ（後群レンズＩＩ）
画角 ：８１．４°
本例では、可視光域の光線の基準波長Ｗ１を５４６ｎｍとしており、撮像レンズ３０の全系の焦点距離は、基準波長Ｗ１に対するものである。ホログラム３１の焦点距離ｆＨは、８５０ｎｍの特定波長Ｗ２の赤外域の光線に対するものである。

表３Ａは撮像レンズ３０の各レンズ面のレンズデータを示し、表３Ｂは非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。

撮像レンズ３０は、特定波長をＷ２（８５０ｎｍ）、可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（３．５６ｍｍ）、特定波長に対するホログラムの焦点距離をｆＨ（３８．５ｍｍ）としたときに、下式を満足している。
６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／Ｗ１）≦１４
すなわち、撮像レンズ３０では、条件式の値は６．４となっている。

図１６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ撮像レンズ３０における球面収差図、横収差図、白色ＭＴＦグラフ、赤外ＭＴＦグラフである。図１６に示されるように、本例の撮像レンズ３０では、赤外域の光線に対する球面収差および横収差が補正されているので、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを行う必要がない。また、図１６の赤外ＭＴＦグラフに示されるように、本例の撮像レンズ３０では赤外域の光線下の撮像時におけるコントラストの低下が抑制されている。

ここで、本例の撮像レンズ３０は後群レンズＩＩが２枚のレンズから構成された広角レンズであるが、後群レンズＩＩを３枚以上のレンズを用いて構成することもできる。この場合には、ホログラム３１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、小さなホログラムを用いることができる。また、ホログラム３１を後群レンズＩＩを構成している複数枚のレンズの間に配置することにより、赤外域の特定波長Ｗ２の光線の軸方向の収差を、画面全体に補正することが可能となる。

なお、本例の撮像レンズ３０においても、条件式の値の下限を７以上、上限を１０以下とした場合には、赤外域の特定波長の光線の焦点位置がより適切に補正された状態で、かつ、コントラスト低下が抑制された状態となり、好ましい。

（その他の実施の形態）
各実施例１〜３においてホログラムが正のパワーを有する赤外域の光線の特定波長は８５０ｎｍに限られるものではなく、実施例２の変形例１〜３に示したように撮像レンズ１０〜３０が用いられる撮像条件に基づいて特定波長を適宜に決定すればよい。特定波長を変更した場合でも、条件式を満たすことにより、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせを不要とすることができる。

また、上記の例では、ホログラム１１、２１、３１として、光により記録可能なフォトポリマー材料を利用した体積ホログラム、或いは、表面に回折段差を備えるレリーフ型ホログラムを用いているが、撮像レンズ１０〜３０を構成しているレンズのレンズ面をフルネル面などとすることにより、レンズ面にホログラムを形成しても上記の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合には、ホログラムは絞りに近いレンズ面に形成しておくことが好ましく、例えば、後群レンズＩＩの前側レンズ１５、２４、３４の後側レンズ面、または、後側レンズ１６、２５、３５の前側レンズ面のいずれか一方に形成しておくことができる。

（撮像装置）
次に、図１７を参照して、本発明の撮像レンズを搭載する撮像装置を説明する。図１７は撮像レンズを搭載した撮像装置の説明図である。図１７（ａ）に示すように、撮像レンズ１０の結像面（焦点位置）１２にＣＣＤセンサ或いはＣＭＯＳセンサなどの撮像素子４０の受光部４１を配置することにより、可視光線下の撮像および特定波長の赤外線下の撮像が可能な撮像装置５０を構成することができる。勿論、他の実施例の撮像レンズ２０、３０の結像面２２、３２にＣＣＤセンサ或いはＣＭＯＳセンサなどの撮像素子４０の受光部を配置することによっても、可視光線下の撮像および特定波長の赤外線下の撮像が可能な撮像装置を構成することができる。このような撮像装置５０によれば、可視光線下の撮像時と赤外線下の撮像時とでピント合わせの必要がない。

また、撮像装置５０を利用すれば、図１７（ｂ）に示すように、可視光線下の撮像に加えて、人や物体が放射する赤外域の電磁波（光線）を利用した撮像を行うことが可能な撮像装置６０を構成することができる。

撮像装置６０は、所謂、遠赤外線（パッシブ赤外線）撮像装置であり、例えば、人や物体が放射する波長８〜１２μｍの電磁波を映像化する。このような撮像装置６０では、撮像レンズ１０に幅広い帯域の電磁波が入射してピントずれが発生しやすくなっているので、可視光域の波長の光線、および、撮像に用いる波長８〜１２μｍの範囲内の特定波長の電磁波を中心とする一定範囲の帯域の電磁波を透過させる光学フィルタ６１を撮像レンズ１０の対物側に配置することにより、撮像に適した波長の光線のみを利用することが可能となり、撮像時のピンぼけを防止することができる。一定範囲の帯域としては、光学フィルタ６１が特定波長の電磁波を透過させる半値幅の範囲とすることができる。

ここで、本例の撮像装置６０に搭載する光学フィルタ６１は、図１７（ｃ）に示すように、可視光域Ｂ１の光線を透過し、可視光域よりも長波長側に隣接する第１の波長帯域Ｂ２の光線を遮断する特性を有するとともに、第１の波長帯域の内側の一部分である第２の波長帯域Ｂ３の光線を透過する特性を有するものとする。また、第２の波長帯域Ｂ３を、撮像を行うための特定波長Ｗ２を含む帯域とする。なお、このような光学フィルタとしては、特開２００６−１０７６４号公報に記載されているものを用いることができる。従って、このような光学フィルタを、撮像装置６０に搭載されている撮像レンズのレンズ面へのコーティングによって配置することもできる。ここで、撮像に用いる電磁波の特定波長は８〜１２μｍの範囲内に限られるものではなく、撮像対象となる対象物を撮像するのに適した波長を適宜に選択すればよい。

（撮像ユニット）
さらに、撮像装置５０を利用すれば、図１８に示すように、可視光線下の撮像に加えて、撮像対象となる対象物に可視光域に比較的近い波長の赤外域の光線を照射してその反射光で対象物の撮像を行う撮像ユニット７０を構成することができる。

撮像ユニット７０は、所謂、近赤外線（アクティブ赤外線）撮像ユニットであり、撮像装置５０と、撮像対象となる対象物に赤外域の特定波長の光線を照射する赤外線照明装置７１とから構成される。赤外線照明装置７１は、例えば、波長０．８〜１．１μｍの範囲の赤外域の特定波長の光線を照射するものとし、ホログラムが最大回折効率を備える特定波長Ｗ２と、赤外線照明装置７１が照射する赤外域の光線のピーク波長を一致させておく。このような撮像ユニット７０によれば、赤外線下の撮像に際して、撮像に適した特定波長の光線の反射光で対象物を撮像できるので、ピントぼけが発生しない。

１０・１０Ａ・２０・３０ 撮像レンズ
１１・２１・３１ ホログラム
１２・２２・３２ 結像面
１３ 第１凹レンズ
１４ 第２凹レンズ
１５・２４・３４ 前側レンズ
１６・２５・３５ 後側レンズ
１８・２７・３７ カバーガラス
２３・３３ 凹レンズ
４０ 撮像素子
４１ 受光部
５０・６０ 撮像装置
６１ 光学フィルタ
７０ 撮像ユニット
７１ 赤外線照明装置
Ｉ 前群レンズ
ＩＩ 後群レンズ

Claims (6)

1. レンズとホログラムと光学フィルタとを透過した光線を撮像素子に結像させる撮像装置において、
   前記ホログラムは、赤外域の特定波長に最大回折効率を有し、前記レンズにより前記特定波長の光線が焦点を結ぶ位置を前記レンズにより４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させるものであり、
   前記光学フィルタは、前記可視光域の光線を透過し、前記可視光域よりも長波長側に隣接する赤外域の第１の波長帯域の光線のうち、前記第１の波長帯域の内側の一部分である第２の波長帯域の光線を透過し、前記第２の波長帯域を除く光線を遮断する特性を有し、前記第２の波長帯域に前記特定波長を含んでいる
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記特定波長をＷ２（ｎｍ）、前記可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記特定波長に対する前記ホログラムの焦点距離をｆＨ（ｍｍ）としたときに、下式を満たすことを特徴とする撮像装置。
   ６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
   ただし、Ｗ２≧８００
3. 請求項１または２に記載の撮像装置において、
   前記レンズは、物体側より順に、負のパワーを持つ前群レンズと正のパワーを持つ後群レンズからなり、
   前記前群レンズは、１枚または２枚の凹レンズからなり、
   前記後群レンズは、前側レンズと後側レンズの２枚からなり、
   前記ホログラムは、前記前側レンズと前記後側レンズとの間に配置されているか、または、前記前側レンズあるいは前記後側レンズのうちのいずれかのレンズのレンズ面に形成されていることを特徴とする撮像装置。
4. レンズとホログラムと光学フィルタとを透過した光線を撮像素子に結像させる撮像装置において、
   前記ホログラムは、赤外域の特定波長に最大回折効率を有し、
   前記光学フィルタは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の可視光域の光線を透過し、前記可視光域よりも長波長側に隣接する赤外域の第１の波長帯域の光線のうち、前記第１の波長帯域の内側の一部分である第２の波長帯域の光線を透過し、前記第２の波長帯域を除く光線を遮断する特性を有し、前記第２の波長帯域に前記特定波長を含んでおり、
   前記特定波長をＷ２（ｎｍ）、前記可視光域の光線の基準波長５４６ｎｍに対する全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記特定波長に対する前記ホログラムの焦点距離をｆＨ（ｍｍ）としたときに、下式を満足することで、前記特定波長の光線が焦点を結ぶ位置を前記可視光域の光線が焦点を結ぶ焦点位置に一致させることを特徴とする撮像装置。
   ６＜｜ｆＨ／ｆ｜／（Ｗ２／５００）≦１４
   ただし、Ｗ２≧８００
5. 請求項４に記載の撮像装置において、
   前記レンズは、物体側より順に、負のパワーを持つ前群レンズと正のパワーを持つ後群レンズからなり、
   前記前群レンズは、１枚または２枚の凹レンズからなり、
   前記後群レンズは、前側レンズと後側レンズの２枚からなり、
   前記ホログラムは、前記前側レンズと前記後側レンズとの間に配置されているか、または、前記前側レンズあるいは前記後側レンズのうちのいずれかのレンズのレンズ面に形成されていることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１から５に記載のいずれかの撮像装置と、
   撮像対象となる対象物に前記特定波長の光線を照射する照明装置とを有することを特徴とする撮像ユニット。

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