JPWO2019142770A1 - 赤外線レンズユニット及び赤外線カメラ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年1月19日出願の日本出願第2018−007667号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上記公報に開示される赤外線レンズユニットでは、厚さを小さくすることによって光量損失を低減するが、このような手法は、レンズの形状が制約されることによって解像度を高くできないという不都合を有する。
本開示によれば、低コストでありながら、光量損失を小さく、且つ解像度を高くできる赤外線レンズユニットを提供することができる。
本発明の一態様に係る赤外線レンズユニットは、硫化亜鉛の焼結体から形成される少なくとも1つの硫化亜鉛レンズと、硫化亜鉛の焼結体とは異なる赤外線透過材料から形成される少なくとも1つの非硫化亜鉛レンズとを備える。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
赤外線レンズユニット1は、それ自体が本発明の一実施形態である。当該赤外線レンズユニット1は、光軸上に被写体側から順に並んで配置され、赤外線像を結像する光学系を構成する第1レンズ3及び第2レンズ4からなるレンズ群と、このレンズ群を保持する鏡筒5とを備える。
第1レンズ3は、硫化亜鉛(ZnS)の焼結体から形成される硫化亜鉛レンズである。つまり、第1レンズ3は、硫化亜鉛粉末を金型で圧粉成形したもの焼成することによって製造される。このため、第1レンズ3の表面形状は、金型のキャビティ内面形状の反転形状である。このような硫化亜鉛レンズである第1レンズ3は、比較的複雑な形状としても、金型のコストが僅かに上昇するだけであり、比較的安価に形成することができる。
第2レンズ4は、硫化亜鉛の焼結体とは異なる赤外線透過材料から形成される非硫化亜鉛レンズである。つまり、第2レンズ4は、赤外線透過材料を例えば切削、研磨等の機械加工により光学面(第3光学面4a及び第4光学面4b)を成形したものである。
鏡筒5は、第1レンズ3及び第2レンズ4(レンズ群全体)を保持する。また、この鏡筒5は、当該赤外線カメラにおいて、撮像素子2を保持する構造体に対して直接又は間接的に固定される。例として、図1に示すように、鏡筒5の像側の端部に撮像素子2を実装した基板6を固定することにより、当該レンズニット1と撮像素子2との相対位置を適切に保持することができる。
撮像素子2は、赤外線レンズユニット1が結像した像を撮像して画像データを生成する。具体的には、撮像素子2の受光面の位置(画素)毎に受光した赤外線のエネルギーを電気信号に変換し、画素毎の受光量を示すディジタル信号を生成する。
当該赤外線レンズユニット1は、光量損失が小さい非硫化亜鉛レンズである第2レンズ4を用いて光量損失を低減しつつ、複雑な形状としても比較的安価に製造できる硫化亜鉛レンズである第1レンズ3を用いて第2レンズ4により生じる像の歪みを補正することによって高い解像度を得ることができる。このため、当該赤外線レンズユニット1及び当該赤外線レンズユニット1を備える当該赤外線カメラは、比較的安価でありながら光量損失が小さく解像度が高いものすることができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明の効果を確認するために、以下に説明する赤外線レンズユニットのモデル1〜モデル5をモデリングして、遠赤外線透過率及び変調伝達関数(MTF:Modulation Transfer Function)を算出した。
赤外線レンズユニットのモデル1は、第1レンズ及び第2レンズの2つのレンズと、この2つのレンズの像側に配置される赤外線透過窓とを有する構成とした。第1レンズは、硫化亜鉛の焼結体から形成される最大径18mmの硫化亜鉛レンズとした。第1レンズの第1光学面は曲率半径約17.0mmの非球面とし、第2光学面は曲率半径約13.3mmの非球面とし、光軸上でのレンズの厚さを4.5mmとした。第1レンズの第2面には、収差を補正する回折構造を設けた。第2レンズは、硫化亜鉛の焼結体から形成される硫化亜鉛レンズとした。第2レンズの第3光学面は曲率半径約17.1mmの非球面とし、第4光学面は曲率半径約15.5mmの非球面とし、レンズの厚さを4.5mmとした。第1レンズと第2レンズとの間隔は、約12.8mmとした。赤外線透過窓としては、ゲルマニウム製の厚さ1.0mmの平板を用い、第2レンズとの間隔を約1.4mmとした。なお、曲率半径の符号は、正が結像位置から見て凸状、負が図1に示すレンズの光学面のように結像位置から見て凹状であることを意味する。
赤外線レンズユニットのモデル2は、第1レンズの厚さを4.1mmとし、第2レンズをゲルマニウムから形成される非硫化亜鉛レンズとして、第3光学面及び第4光学面を球面とした以外は、モデル1と同様の構成とした。
赤外線レンズユニットのモデル3は、第1レンズの厚さを4.0mmとし、第2レンズをゲルマニウムから形成される非硫化亜鉛レンズとした以外は、モデル1と同様の構成とした。
赤外線レンズユニットのモデル4は、第1レンズの厚さを4.0mmとし、第1光学面及び第2光学面の両方に、収差を補正する回折構造を設け、第2レンズをゲルマニウムから形成される非硫化亜鉛レンズとして、第3光学面及び第4光学面を球面とした以外は、モデル1と同様の構成とした。
赤外線レンズユニットのモデル5は、第1レンズの厚さを2.0mmとした以外は、モデル4と同様の構成とした。
遠赤外線透過率は、光量損失の小ささを示す値である。赤外線透過率は、JIS−B7107(1997)に準じた方法により、波長8μm以上12μm以下の赤外光の平均透過率として測定したレンズ形成材料の赤外線透過率を用い、レンズの設計形状に基づいて算出した。
変調伝達関数(MTF)は、解像度の高さを示す指標である。画角に対するこのMTFの値の変化は、レンズ形成材料の一般的な屈折率(波長10μmにおいて、硫化亜鉛の焼結体が2.170、ゲルマニウムが4.002)を用い、レンズの設計形状に基づいて算出した。なお、MTFの値は、20LP/mmでのタンデンシャル方向のMTFの値とサジタル方向のMTFの値との平均値とした。
2 撮像素子
3 第1レンズ
3a 第1光学面
3b 第2光学面
4 第2レンズ
4a 第3光学面
4b 第4光学面
5 鏡筒
6 基板
Claims (5)
- 硫化亜鉛の焼結体から形成される少なくとも1つの硫化亜鉛レンズと、
硫化亜鉛の焼結体とは異なる赤外線透過材料から形成される少なくとも1つの非硫化亜鉛レンズと
を備える赤外線レンズユニット。 - 上記少なくとも1つの硫化亜鉛レンズの少なくとも1つの光学面が色収差補正のための回折構造を有する請求項1に記載の赤外線レンズユニット。
- 上記硫化亜鉛レンズの数が1つであり、上記硫化亜鉛レンズの2つの光学面に上記回折構造を有し、上記非硫化亜鉛レンズの全ての光学面が球面である請求項2に記載の赤外線レンズユニット。
- 上記硫化亜鉛の焼結体とは異なる赤外線透過材料の主成分がゲルマニウム、セレン化亜鉛又はカルコゲナイドガラスである請求項1、請求項2又は請求項3に記載の赤外線レンズユニット。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の赤外線レンズユニットと、
上記赤外線レンズユニットが結像した像を撮像する撮像素子と
を備える赤外線カメラ。
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