JP6405757B2 - 遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、遠赤外線レンズ、さらに詳しくは、波長８０００ｎｍ（８μｍ）〜１４０００ｎｍ（１４μｍ）の遠赤外線を結像させ、コンバーターレンズ等の付加レンズも有利に組み合わせることができる遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置に関する。

遠赤外線を使用した結像装置は、近年、遠赤外線サーモグラフィ、遠赤外線監視装置、車載用撮像機器等において幅広く利用されている。

従来より、環境や人体の温度分布の測定や、暗所での侵入監視等のために、前記遠赤外線を使用する赤外線用レンズ及び遠赤外線撮像素子を組み合わせた遠赤外線撮像装置が使用されている。

撮像装置のレンズは、単焦点レンズまたはズームレンズである。撮像装置のレンズは、ユーザーによって、撮像目的、撮像範囲、撮像環境等を勘案して選択される。通常、広い画角を撮影したい場合には、焦点距離の短い広角単焦点レンズを選択する。遠方を拡大して撮影したい場合には、焦点距離の長い望遠単焦点レンズを選択する。あるいは、広角から望遠を１本のレンズで撮影したい場合には、ズームレンズが選択されている。

次に、前記撮像装置の撮影レンズの外径及びレンズ枚数について検討する。
撮像レンズにおいて、最も物体側のレンズが、所定の広い画角を取り込むためにその外径が大きくなる。ズームレンズにおいては、特に、これに加えて、望遠状態では、広角状態に比較して物体側レンズ面の入射光束が太くなることにより、構成レンズの物体側のレンズ外径がさらに大きくなる。
レンズの枚数に関して、ズームレンズにおいては、変倍用光学系、及び変倍時の結像位置補正ための光学系を含めて構成される場合が殆どである。そのため、該ズームレンズの構成枚数は非常に多い。

他方、遠赤外線レンズに使用される光学硝材は、ゲルマニウムやカルコゲナイド等の希少金属である。これらの光学硝材はまた、世界的に流通量や使用量が少なく、採掘・生産場所も限られているため、非常に高価である。そのため、遠赤外線用光学系に使用するレンズ製品自体の価格が非常に高い。

これらの状況から、環境や人体の温度分布の測定や暗所での侵入監視等のために撮像領域（画角）を頻繁に変更することが望ましい場合には、ズームレンズを採用した撮像装置を有効に使用することができる。しかし、撮像装置等を所定の画角等に一度設定してしまえば、その設定された固定的な撮像領域（画角）で必要な撮像が可能な場合には、価格面等を重視して、単焦点レンズを使用することが一般的である。

ユーザーは、上述の通り、ズームレンズもしくは単焦点レンズを任意に選択する。しかし、ユーザーは、安価な単焦点レンズを選択した上で、さらに、所望の撮像領域（画角）や設置可能な物像距離等を考慮して、大きなコストアップを伴わずに撮像領域（画角）を変更することを要望する場合がある。

一方、近年、遠赤外線撮像素子の解像度が上がり、被写体をより精密にすなわち細部を潰すことなく撮像することが可能になっている。このような技術の進歩をより有効に活用するためにも、遠赤外線カメラにおいても撮像をより高解像力化することにより一撮像画面に多くの情報を含めることが望まれている。

従来の遠赤外線用ワイドコンバーターレンズとして、マスターレンズの物体側に配置される光学系であって、物体側に配置された負の屈折力を有する第１レンズと、像側に配置された正の屈折力を有する第２レンズからアフォーカル光学系を形成する光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の他の赤外線用光学系として、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズの２枚のレンズから構成され、第１レンズは、像側に凹面を向けた形状であり、第２レンズは、物体側に凸面を向けた形状であり、
d：第1レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの光軸上の距離、
f：全系の焦点距離とするとき、
条件式2.1 ≦ d/ｆ ≦ 11を満たす赤外線用光学系が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この光学系は、レンズ構成が２枚でありながら、広画角においても収差が良好に補正され、特に、４０°から１１０°の広画角を得ても、ペッツバール和が大きくならず、像平面を確保できる効果を有する。

従来の他の赤外線用光学系として、比較的広角であっても良好な結像性能を得ることができると共に、適度なバックフォーカスを確保することができるようにした赤外線用結像レンズが提案されている（例えば、特許文献３参照）。すなわち、物体側より順に、第１レンズＧ１と第２レンズＧ１とで構成する。第１レンズＧ１は物体側に凸面を向けた正メニスカス形状、第２レンズＧ２は像側に凸面を向けた正メニスカス形状とする。第１レンズＧ１の像側の面または第２レンズＧ２の物体側の面を回折光学面とする。回折光学面以外の１以上の面を非球面とする。かつ、以下の条件式を満足するように構成する。ｆは全系の焦点距離、ｎ１は第１レンズＧ１の設計基準波長に対する屈折率、Ｆｎｏは全系のＦ値、Ｒ１は第１レンズＧ１の物体側の面の光軸上の曲率半径とする。
１．２＜ｆ＊（ｎ１−１）／（Ｆｎｏ＊Ｒ１）＜３．０ ……（１）

従来の他の赤外線用光学系として、物体側から順に、少なくとも１枚の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１を含む負の屈折力を有する第一レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第二レンズ群Ｇ２とから構成され、所定の条件式を満足するレンズの構成枚数が少なく、バックフォーカスが大きく、歪曲を含めた諸収差を良好に補正した明るい赤外光学系が提案されている（例えば、特許文献４参照）。この従来技術によれば、レンズの構成枚数が少なく、バックフォーカスが大きく、歪曲収差を含めた諸収差を良好に補正した赤外光学系を構成することができる。

特開２０１３−１９５７９６号公報 特開２０１３−１９５７９５号公報 特開２０１１−１２８５３８号公報 特開２００２−１９６２３３号公報

特許文献１に開示された遠赤外線レンズ用ワイドコンバーターレンズは、希少金属等の高価な光学硝材を使用した正負屈折力の２枚の遠赤外線用レンズを含み、製造コストが非常に高いという問題がある。また、特許文献１には、マスターレンズに、コンバーターレンズを有利に組み込むための配慮は何ら開示されていない。

特許文献２に開示された赤外線用光学系は、２枚構成で、焦点距離１６．７ｍｍ、画角（２ω）４０°〜焦点距離７．６ｍｍ、画角（２ω）１１０°の赤外線用光学系であるが、ユーザーの広角化の要望を充分に満たすものではない。また、軸上色収差の補正が困難であり、軸上色収差の補正不足により高解像度化が不可能である問題がある。

特許文献３に開示された赤外線用結像レンズは、２枚構成で、実施例では最大画角が３４°の赤外線用光学系であるが、物体側から順に、正レンズ、正レンズという構成である。そのため、３４°を超えて広角化すると、ペッツバール和が大きくなり、像面をフラットに保つことが困難である。

特許文献４に開示された赤外光学系は、負レンズ先行タイプで、二つの実施例の画角が６６°である。しかし、構成レンズは、４枚又は５枚が必要であり、高い製造コストに加え、レンズ数及びレンズ表面数の増加により、レンズ透過やレンズ表面反射による光量損失が大きいという問題がある。

（発明の目的）
本発明は、マスターレンズにおける希少金属等の高価な光学硝材を少数枚使用することにより、製造コストを低く、また、レンズ数及びレンズ表面数の増加によるレンズ透過やレンズ表面反射による光量損失を極力抑え、さらに、マスターレンズ及びコンバーターレンズを組み合わせた構成において、収差補正が容易でありかつコンバーターレンズの外径が大きくならない遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、
光学的絞りよりも物体側に少なくとも１枚の負レンズが配置され、光学的絞りよりも像側に少なくとも１枚の正レンズが配置され、構成レンズの最像側面に回折光学素子を設け、以下の条件式を満足することを特徴とする遠赤外線レンズ。
条件式（１） ０．４００ ≦ ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ≦ ６．５００
ただし、
ｆｎ：上記負レンズの波長10μmでの焦点距離
ｆｐ：上記正レンズの波長10μmでの焦点距離
である。

本発明の遠赤外線レンズによれば、マスターレンズにおける希少金属等の高価な光学硝材を少数枚使用することにより、製造コストを低く、また、レンズ数及びレンズ表面数の増加によるレンズ透過やレンズ表面反射による光量損失を極力抑え、さらに、マスターレンズ及びコンバーターレンズを組み合わせた構成において、収差補正が容易でありかつコンバーターレンズの外径が大きくならない遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置を構成することができる。

本発明の遠赤外線レンズの第１実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第１実施形態のマスターレンズ部分に第１１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 第１実施形態のマスターレンズ部分に第１２実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図１に示す光学系の縦収差図である。 図２に示す光学系の縦収差図である。 図３に示す光学系の縦収差図である。 本発明の遠赤外線レンズの第２実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第２実施形態のマスターレンズ部分に第２１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 第２実施形態のマスターレンズ部分に第２１実施形態のコンバーターレンズ部分及び第２２実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図７に示す光学系の縦収差図である。 図８に示す光学系の縦収差図である。 図９に示す光学系の縦収差図である。 本発明の遠赤外線レンズの第３実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第３実施形態のマスターレンズ部分に第３１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図１３に示す光学系の縦収差図である。 図１４に示す光学系の縦収差図である。 本発明の遠赤外線レンズの第４実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第４実施形態のマスターレンズ部分に第４１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図１７に示す光学系の縦収差図である。 図１８に示す光学系の縦収差図である。 本発明の遠赤外線レンズの第５実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第５実施形態のマスターレンズ部分に第５１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図２１に示す光学系の縦収差図である。 図２２に示す光学系の縦収差図である。 本発明の遠赤外線レンズの第６実施形態のマスターレンズ部分の物体距離無限遠状態の光学図である。 第６実施形態のマスターレンズ部分に第６１実施形態のコンバーターレンズ部分を組み合わせた構成の光学図である。 図２５に示す光学系の縦収差図である。 図２６に示す光学系の縦収差図である。

本発明の実施態様は、上述した本発明の目的に加えて以下の目的を有する。

本発明の遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置はまた、焦点距離１．９５５ｍｍ、画角（２ω）２２０．０°までも可能であって、軸上色収差の補正を容易に補正でき、高解像度化した結像が可能な遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置はさらに、焦点距離１．９５５ｍｍ、画角（２ω）２２０．０°までも可能であるにも拘わらず、ペッツバール和が大きくならず、像面をフラットに保つことができる遠赤外線レンズ及び遠赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

以下に本発明の実施態様を説明する。
（実施態様１）
本発明の実施態様１は、
光学的絞りよりも物体側に少なくとも１枚の負レンズが配置され、光学的絞りよりも像側に少なくとも１枚の正レンズが配置され、構成レンズの最像側面に回折光学素子を設け、以下の条件式を満足することを特徴とする遠赤外線レンズ。
条件式（１） ０．４００ ≦ ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ≦ ６．５００
ただし、
ｆｎ：上記負レンズの波長10μmでの焦点距離
ｆｐ：上記正レンズの波長10μmでの焦点距離
である。

条件式（１）は、遠赤外線レンズを構成するレンズの焦点距離の比を示している。本発明の遠赤外線レンズは、ある一定の広い範囲を撮影するための広角レンズである。この遠赤外線レンズでは、レンズ構成枚数を最小限にとどめるために、レトロフォーカスと呼ばれるパワー配置を取る必要性がある。そのため、光学的絞りに対して物体側には負レンズ、像側には正レンズを配置することが収差補正上望ましい。

条件式（１）の数値が下限を下回ると、正レンズのパワーが小さくなり、収差を補正するためより多くのレンズ枚数が必要となり、構成するレンズ枚数が増え望ましくない。
条件式（１）の上限を上回ると、遠赤外線レンズ全系での焦点距離が長くなり、請求項５、６に記載したコンバーターレンズ部分等の付加レンズを装着する場合、コマ収差、非点収差等の収差補正が困難となる。また、前記コンバーターレンズを装着した際のＦナンバーを維持するためには入射瞳径が大きくしなければならない。これは、前記コンバーターレンズの外径を大きくすることになり、望ましくない。

本発明の遠赤外線レンズレンズにおいて、使用している光学硝材はゲルマニウムやカルコゲナイド等の希少金属である。これらの光学硝材はまた、世界的に流通量や使用量が少なく、採掘・生産場所も限られているため、非常に高価である。さらに、選択できる光学硝材が限られている。
その中で、特に波長が８μｍ〜１４μｍという広い波長領域の遠赤外線を使用し、高解像度の画像を得るためには各波長での軸上色収差を補正しなければならない。選択可能な光学硝材が少ないために、軸上色収差を補正するため、回折光学素子を使用することが知られている。

本発明では、コンバーターレンズ部分を装着することも想定して設計がなされた遠赤外線レンズすなわちマスターレンズ部分を構成するにあたり、特に回折光学素子に入射する光線の光束位置や角度が変化しないことに注意しなければならない。
前記回折光学素子において、その効果は軸上色収差の補正のみならず、非点収差においても収差補正能力および影響がある。回折光学素子に入射する光線角度が変化すると、その非点収差の変化も大きくなる。コンバーターレンズ部分の装着、非装着状態の差によりマスターレンズを透過する光束位置や角度が変化しないように設計することは、重要な要素である。

一方、最も光線角度が変化しないレンズ面は最像側の面である。これは、使用するイメージセンサーがコンバーターレンズ部分の装着、非装着状態において不変である場合、その像高は同一であり、最像側のレンズ面への入射角度の変化が最も少ない。従って、マスターレンズ部分において軸上色収差の補正のために回折光学素子を使用する場合には、その最像側の面に使用することが望ましい。それ以外のレンズ面に回折光学素子を使用すると、コンバーターレンズ部分の有無により非点収差の変化が大きくなり、収差補正が困難となる。

条件式（１）は、発明の効果を鑑み、好ましくは、
０．５５０ ≦ ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ≦ ６．０００
である。
条件式（１）は、発明の効果を鑑み、さらに好ましくは、
０．７００ ≦ ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ≦ ５．５００
である。

（実施態様２）
本発明の実施態様２は、前記遠赤外線レンズにおいて、以下の条件式を満足することを特徴とする。
条件式（２） ４．０００ ≦ ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ
ただし、
ＥＸＰ：波長10μmでの射出瞳距離
ｆｍ：本発明の遠赤外線レンズの波長10μmでの焦点距離

条件式（２）は、遠赤外線レンズの射出瞳距離と焦点距離の比を示したものであり、入射光束のテレセントリック性を示すものである。本実施態様の遠赤外線マスターレンズ部分とコンバーターレンズ部分を含めた構成において、コンバーターレンズ部分の有無によってマスターレンズ部分を透過する光束位置や角度が不変であることが収差補正上望ましい。
もしコンバーターレンズ部分を装着した際に装着前の光束位置や角度に対して大きく異なる場合には、コンバーターレンズ部分装着前に比べて特に非点収差が増大になり、望ましくない。

条件式（２）の数値が下限を下回ると、テレセントリック性が損なわれ、像面への入射角度が増大する。射出瞳距離が条件式を下回りプラス側に小さい値を取ると、特に像側に近いレンズは、その像高に対してより外径が大きくなり、望ましくない。また、射出瞳距離が条件式を上回りマイナス側に小さい値を取ると、前述した通りコンバーターレンズを装着した際のマスターレンズ部分を透過する光束位置が変化し、収差補正が困難となり、望ましくない。なお、ｆｍはコンバーターレンズを含まないマスターレンズ部分のみの焦点距離である。

条件式（２）は、発明の効果を鑑み、好ましくは、
５．０００ ≦ ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ
である。
条件式（２）は、発明の効果を鑑み、さらに好ましくは、
５．５００ ≦ ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ
である。

（実施態様３）
本発明の実施態様３は、
前記遠赤外線レンズの物体側に、物体側に凸を向けた負メニスカスレンズであって、以下の条件式を満足するレンズを配置したことを特徴とする。
条件式（３） １．２００ ≦ Ｒ１ ／ Ｒ２ ≦ ６．０００
ただし、
Ｒ１：前記負メニスカスレンズの物体側の曲率半径
Ｒ２：前記負メニスカスレンズの像側の曲率半径
である。

条件式（３）は、前記負メニスカスレンズが対応する遠赤外線コンバーターレンズ部分の物体側と像側の近軸曲率半径を規定している。本発明は、ワイドコンバーターレンズ部分に関するものであり、装着することによりマスターレンズ部分のみに比べてより広角の画像が得られるように構成されている。本実施態様では、ズームレンズ等のレンズ枚数が多い、そして高価なレンズ構成を避けつつ、簡易かつ安価に画角変更をすることが狙いである。
ワイドコンバーターレンズ部分を極力少ない構成枚数で配置するためには、物体側に凸を向けた負メニスカスレンズをマスターレンズの物体側に配置することが、レトロフォーカス化を進める上で望ましい。

条件式（３）数値が下限を下回ると、コンバーターレンズ部分の負のパワーが小さくなり、画角変更効果が小さくなるため望ましくない。また、この数値が上限を上回ると、コンバーターレンズ部分の負のパワーが大きくなり、収差補正のためにレンズ枚数が増え、望ましくない。

条件式（３）は、発明の効果を鑑み、好ましくは、
１．４００ ≦ Ｒ１ ／ Ｒ２ ≦ ５．０００
である。
条件式（３）は、発明の効果を鑑み、さらに好ましくは、
１．６００ ≦ Ｒ１ ／ Ｒ２ ≦ ４．５００
である。

（実施態様４）
本発明の実施態様４は、
前記遠赤外線レンズの物体側に、物体側に凸を向けた負メニスカスレンズであって、以下の条件式を満足するレンズを配置したことを特徴とする。
条件式（４） １．５００ ≦ ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ≦ １８．０００
ただし、
ｆｃ：前記負メニスカスレンズの波長10μmでの焦点距離
ｆｍ：本発明の遠赤外線レンズの波長10μmでの焦点距離
である。

条件式（４）は、遠赤外線マスターレンズ部分と前記負メニスカスレンズが対応するコンバーターレンズ部分との焦点距離の比を示している。条件式（４）の数値が上限を上回るとコンバーターレンズ部分の負のパワーが小さくなり、画角変更効果が小さくなり、望ましくない。また、条件式（４）の数値が下限を下回ると、コンバーターレンズの負のパワーが大きくなり、収差補正のためにレンズ枚数が増え、望ましくない。なお、ｆｍは遠赤外線レンズの内、コンバーターレンズ部分を含まない遠赤外線マスターレンズ部分のみの焦点距離である。

条件式（４）は、発明の効果を鑑み、好ましくは、
２．０００ ≦ ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ≦ １４．０００
である。
条件式（４）は、発明の効果を鑑み、さらに好ましくは、
２．５００ ≦ ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ≦ １２．５００
である。

（実施態様５）
本発明の実施態様５は、
前記少なくとも１枚の負レンズ及び前記少なくとも１枚の正レンズの光学硝材が、以下の条件式を満足することを特徴とする。
条件式（５） ８０．０００ ≦ ν ≦ ２０００．０００
ただし、
ν：各レンズのアッベ数（８−１４μm）
ν＝｛（波長10μmでの屈折率）−１｝／｛（波長8μmでの屈折率｝−（波長14μmでの屈折率）｝
である。

条件式（５）は、遠赤外線における軸上色収差、倍率色収差、軸外色収差等の光学性能を良好にするための条件である。該当光学ガラスとしては、Ｇｅ（ν＝９４２）、カルコゲナイド（ν＝８４．６〜１５０）、ＺｎＳ（ν＝２２．８），ＺｎＳｅ（ν＝５７．８）等が挙げられる。

条件式（５）の範囲を超えた場合、軸上色収差、倍率色収差、軸外色収差等の光学性能が悪化し、解像力の悪いレンズ光学系になる。

条件式（５）は、発明の効果を鑑み、好ましくは、
１００．０００ ≦ ν ≦ １５００．０００
である。
条件式（５）は、発明の効果を鑑み、さらに好ましくは、
１２０．０００ ≦ ν ≦ １２００．０００
である。

（実施態様６）
本発明の実施態様６は、
前記遠赤外線レンズの最物体側面が、光軸上では物体側に凹形状、周辺部では物体側に凸形状をなす非球面を有することを特徴とする。

実施態様６は、任意の画角を得ること、周辺光量の低下を抑えること、コマ収差を補正することを実現するために望ましい形状を規定する。
この条件から逸脱した場合、特に周辺光量の低下やコマ収差による光学性能の悪化が顕著となり、望ましくない。

（実施態様７）
本発明の実施態様７は、
前記遠赤外線レンズにおいて、前記遠赤外線レンズの最像側レンズ面頂と像面の間隔を調整するバックフォーカス調整機構を有することを特徴とする。

本発明の遠赤外線コンバーターレンズ部分は、安価に画角変更が可能なように最小構成枚数で実現されている。そのため、よりレンズ枚数を必要とする従来のアフォーカルな光学系を形成するコンバーターレンズを実現することが困難である。そこで、コンバーターレンズ部分の着脱時に像面が許容範囲を超えてずれるおそれがある。その場合、マスターレンズ部分にコンバーターレンズ部分を装着する際、マスターレンズ部分の最像側レンズ面頂と像面の間隔を調整する機構によって前記ずれを解消させる。

前記マスターレンズ部分の最像側レンズ面頂と像面の間隔を調整する機構は、例えば、固定レンズ鏡筒とレンズ支持鏡筒をカム機構やネジ機構によって係合させる公知の構成が使用される。

（実施態様８）
本発明の実施態様８は、
前記遠赤外線レンズと、該遠赤外線レンズの結像位置に配置された光電変換素子とを有することを特徴とする遠赤外線撮像装置である。
このように構成された遠赤外線撮像装置は、上述した本発明の遠赤外線レンズの効果を有効に得ることができる。

本発明の遠赤外線レンズによれば、前記した効果に加えて、マスターレンズ及びコンバーターレンズの組み合わせとして構成するとき、収差補正が容易でコンバーターレンズの外径が大きくならない効果を得ることができることもある。

本発明の遠赤外線レンズによればさらに、焦点距離１．９５５ｍｍ、画角（２ω）２２０．０°までも可能であって、軸上色収差の補正を容易に補正でき、高解像度化した結像を形成できる効果を得ることができることもある。
本発明の遠赤外線レンズによればさらに、焦点距離１．９５５ｍｍ、画角（２ω）２２０．０°までも可能であるにも拘わらず、ペッツバール和が大きくならず、像面をフラットに保つことができる効果を得ることができることもある。

以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
以下の表中のｆは、全光学系の波長１０μmでの焦点距離（ｍｍ）、ＦＮｏ．はFナンバー、Ｗは半画角（°）、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔（ｍｍ）、Ｎは波長１０μmの屈折率、νは
｛（波長１０μmでの屈折率）−１｝／｛（波長８μmでの屈折率）−（波長14μmでの屈折率）｝
を示す。
なお、コンバーターレンズ部分の数値データに記載のｆ、ＦＮｏ．、Ｗは，マスターレンズ部分を含む合成値を示している。

非球面は、次式で定義されるものとする。
z=ch²/[1+{1-(1+k)c²h²}^1/2]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰・・・
（但し、cは曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数である。）

回折面の位相差は、次式で定義される。
Φ（H）＝α2H²＋α4H⁴＋α6H⁶＋α8H⁸＋α10H¹⁰
（但し、α2〜α10は回折次数）

各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。
球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦNOで示す）を表し、実線は波長１０μm、短破線は波長８μm、長破線は波長１４μmの特性である。
非点収差図において、縦軸は半画角（図中、Wで示す）を表し、実線は波長１０μmのサジタル平面（図中、Ｓで示す）、破線は波長１０μmのメリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。
歪曲収差図において、縦軸は半画角（図中、Ｗで示す）を表す。

（第１実施形態）
第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１の光学図は、図１の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１の光学データは、表１の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１の非球面係数は、表２の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１の回折次数は、表３の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１を組み合わせた光学系の光学図は、図２の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.640 ＦＮｏ．＝1.400 W＝85.500

第１実施形態の第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１の光学データは、表４の通りである。

第１実施形態の第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１の非球面係数は、表５の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.032 ＦＮｏ．＝1.400 W＝95.000

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２を組み合わせた光学系の光学図は、図３の通りである。

第１実施形態の第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２の光学データは、表６の通りである。

第１実施形態の第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２の非球面係数は、表７の通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１の各種収差は、図４に示す通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１を組み合わせた光学系の各種収差は、図５に示す通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１と第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２を組み合わせた光学系の各種収差は、図６に示す通りである。

第１実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ１，第１１コンバーターレンズ部分ＣＬ１１，第１２コンバーターレンズ部分ＣＬ１２の関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ １．６９２
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ ２２．２７０
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ １．８５７、２．９０２
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ７．８３４、３．９６２
条件式（５） ν ＝ １３０．７１３

（第２実施形態）
第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２の光学図は、図７の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２の光学データは、表８の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２の非球面係数は、表９の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２の回折次数は、表１０の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２と第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１を組み合わせた光学系の光学図は、図８の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２と第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.618 ＦＮｏ．＝1.400 W＝81.240

第２実施形態の第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１の光学データは、表１１の通りである。

第２実施形態の第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１の非球面係数は、表１２の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２、第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１，及び第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２２を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝1.955 ＦＮｏ．＝1.400 W＝110.000

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２，第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１，及び第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２２を組み合わせた光学系の光学図は、図９の通りである。

第２実施形態の第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２２の光学データは、表１３の通りである。

第２実施形態の第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２１の非球面係数は、表１４の通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２の各種収差は、図１０に示す通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２と第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１を組み合わせた光学系の各種収差は、図１１に示す通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２，第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１，及び第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２２を組み合わせた光学系の各種収差は、図１２に示す通りである。

第２実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ２，第２１コンバーターレンズ部分ＣＬ２１，第２２コンバーターレンズ部分ＣＬ２２の関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ １．６６６、４．７７１
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ ８２．９５０、１１０．６８４
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ ４．１７９、２．０５７
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ６．９０８、１１．７４９
条件式（５） ν ＝ １３０．７１３

（第３実施形態）
第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３の光学図は、図１３の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３の光学データは、表１５の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３の非球面係数は、表１６の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３の回折次数は、表１７の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３と第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１を組み合わせた光学系の光学図は、図１４の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３と第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.592 ＦＮｏ．＝1.400 W＝85.000

第３実施形態の第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１の光学データは、表１８の通りである。

第３実施形態の第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１の非球面係数は、表１９の通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３の各種収差は、図１５に示す通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３と第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１を組み合わせた光学系の各種収差は、図１６に示す通りである。

第３実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ３及び第３１コンバーターレンズ部分ＣＬ３１に関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ １．７８４
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ １４．２０９
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ １．８３６
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ７．３４６
条件式（５） ν ＝ １３０．７１３

（第４実施形態）
第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４の光学図は、図１７の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４の光学データは、表２０の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４の非球面係数は、表２１の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４の回折次数は、表２２の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４と第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１を組み合わせた光学系の光学図は、図１８の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４と第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.169 ＦＮｏ．＝1.400 W＝85.000

第４実施形態の第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１の光学データは、表２３の通りである。

第４実施形態の第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１の非球面係数は、表２４の通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４の各種収差は、図１９に示す通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４と第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１を組み合わせた光学系の各種収差は、図２０に示す通りである。

第４実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ４及び第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ４１に関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ １．６５２
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ ６．０３７
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ １．８１５
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ５．８０９
条件式（５） ν ＝ １３０．７１３
（第５実施形態）
第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５の光学図は、図２１の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５の光学データは、表２５の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５の非球面係数は、表２６の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５の回折次数は、表２７の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５と第５１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１を組み合わせた光学系の光学図は、図２２の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５と第５１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝2.223 ＦＮｏ．＝1.400 W＝85.000

第５実施形態の第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１の光学データは、表２８の通りである。

第５実施形態の第５１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１の非球面係数は、表２９の通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５の各種収差は、図２３に示す通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５と第５１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１を組み合わせた光学系の各種収差は、図２４に示す通りである。

第５実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ５及び第５１コンバーターレンズ部分ＣＬ５１に関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ ０．７７６、１．２１６
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ ４６０．１３５
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ １．７２３
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ８．３２３
条件式（５） ν ＝ １３０．７１３
（第６実施形態）
第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６の光学図は、図２５の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６の光学データは、表３０の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６の非球面係数は、表３１の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６の回折次数は、表３２の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６と第６１コンバーターレンズ部分ＣＬ６１を組み合わせた光学系の光学図は、図２５の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６と第６１コンバーターレンズ部分ＣＬ６１を組み合わせた光学系の光学データは、以下の通りである。
ｆ＝1.832 ＦＮｏ．＝1.400 W＝85.000

第６実施形態の第４１コンバーターレンズ部分ＣＬ６１の光学データは、表３３の通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６の各種収差は、図２７に示す通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６と第６１コンバーターレンズ部分ＣＬ６１を組み合わせた光学系の各種収差は、図２８に示す通りである。

第６実施形態のマスターレンズ部分ＭＬ６及び第６１コンバーターレンズ部分ＣＬ６１に関する本発明の条件式の値は、以下の通りである。
条件式（１） ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ＝ １．７４５
条件式（２） ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ ＝ ２８．４３４
条件式（３） Ｒ１ ／ Ｒ２ ＝ １．７１８
条件式（４） ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ＝ ２．８４６
条件式（５） ν ＝ １００８．８３３、８３５．５８０

Ｓ 光学絞り
ＣＧ 光学フィルター
ＭＬ マスターレンズ部分
ＣＬ コンバーターレンズ部分

Claims (6)

1. マスターレンズと、
   前記マスターレンズの物体側に配置されるコンバータレンズと、
   を備えた遠赤外線レンズにおいて、
   前記マスターレンズは、光学的絞りよりも物体側に配置された１枚の負レンズと、光学的絞りよりも像側に配置された１又は２枚の正レンズとから構成され、前記マスターレンズの最像側面に回折光学素子を設け、
   前記コンバータレンズは、物体側に凸を向けた１枚の負メニスカスレンズから構成され、
   以下の条件式（１）、（３）、（５）を満足することを特徴とする遠赤外線レンズ。
   条件式（１） ０．４００ ≦ ｜ｆｎ｜ ／ ｆｐ ≦ ６．５００
   条件式（３） １．２００ ≦ Ｒ１ ／ Ｒ２ ≦ ６．０００
   条件式（５） ８０．０００ ≦ ν ≦ ２０００．０００
   ただし、
   ｆｎ：前記負レンズの波長10μmでの焦点距離
   ｆｐ：前記１又は２枚の正レンズの各レンズの波長10μmでの焦点距離
   Ｒ１：前記負メニスカスレンズの物体側の曲率半径
   Ｒ２：前記負メニスカスレンズの像側の曲率半径
   ν：前記負レンズ及び前記１又は２枚の正レンズの各レンズのアッベ数（８−１４μm）
   ν＝｛（波長10μmでの屈折率）−１｝／｛（波長8μmでの屈折率）−（波長14μmでの屈折率）｝
2. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線レンズ。
   条件式（２） ４．０００ ≦ ｜ＥＸＰ｜ ／ ｆｍ
   ただし、
   ＥＸＰ：前記マスターレンズの波長10μmでの射出瞳距離
   ｆｍ：前記マスターレンズの波長10μmでの焦点距離
3. 前記負メニスカスレンズは、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠赤外線レンズ。
   条件式（４） １．５００ ≦ ｜ｆｃ｜ ／ ｆｍ ≦ １８．０００
   ただし、
   ｆｃ：前記負メニスカスレンズの波長10μmでの焦点距離
   ｆｍ：前記マスターレンズの波長10μmでの焦点距離
4. 前記マスターレンズの最物体側面が、光軸上では物体側に凹形状、周辺部では物体側に凸形状をなす非球面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠赤外線レンズ。
5. 前記遠赤外線レンズにおいて、前記遠赤外線レンズの最像側レンズ面頂と像面の間隔を調整するバックフォーカス調整機構を有することを特徴とする請求項１又は４に記載の遠赤外線レンズ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の遠赤外線レンズと、該遠赤外線レンズの結像位置に配置された光電変換素子とを有することを特徴とする遠赤外線撮像装置。

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