KR100955975B1 - 적외선 렌즈, 적외선 카메라 및 나이트비전 - Google Patents
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Abstract
적외선 렌즈(1a)는, 물체 쪽으로부터 순서대로, 황화아연에 의해 형성된 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)를 구비하고, 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)는 물체 쪽으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈로 되어있고, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형함으로써 형성되어 있다. 또한, 제 1 렌즈(L1)의 오목면(이미지측 면)은 회절면으로 되어 있다.
Description
본 발명은 적외선 렌즈(특히, 원적외선 렌즈), 적외선 카메라 및 나이트비전에 관한 것이다.
렌즈 재료로서 황화아연을 이용한 적외선 렌즈로는 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 공보 제2003-295052호
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그런데, 황화아연은 저비용의 렌즈 재료이지만, 게르마늄에 비해, 일반적으로 두께 증가에 의한 광량 손실(loss)의 증가가 원적외선 파장대(8~12㎛)에서 커진다는 특성이 있다(예컨대, 도 152 참조). 특히, 10㎛ 이상의 파장 영역에서는, 표면 반사에 의한 광량 손실보다 재료의 내부 흡수에 의한 광량 손실의 영향이 커져, 투과율이 크게 저하되는 것이 알려져 있다. 또한, 나이트비전 시스템에서는, 적외선 카메라로 얻어진 이미지(像)를 화상 처리함으로써 인간 인식 등의 판단을 행하고 있어, 인식 성능 향상을 위해서는 충분한 해상도의 이미지를 얻는 것이 필요하게 된다.
그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 적외선 렌즈에서는, 렌즈의 두께가 크고(렌즈 전체의 두께가 14㎜ 정도에 이르고 있음), 렌즈를 얇게 하는 것에 대하여 조금도 고려되어 있지 않아, 나이트비전으로서 실용할 수 있는 밝기의 적외선 이미지를 얻는 것은 곤란하다. 또한, 실시예의 구성에서 얻어지고 있는 MTF(Modulation Transfer Function)가 충분하다고는 말할 수 없어, 결상 성능의 점에서도 문제가 있다.
더구나, 광각(廣角) 영역(시야각이, 예컨대, 20° 이상인 영역)에 있어서는 디스토션(distortion)이 커지는 것도 염려된다.
또한, 상기 특허 문헌 1에 기재된 적외선 렌즈에서는, 절삭 가공에 의해 렌즈를 형성하고 있기 때문에, 렌즈의 가공 비용이 높다고 하는 문제도 있다.
그래서, 본 발명이 해결해야 할 과제는, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 나이트비전에 적합한 적외선 렌즈 및 그 관련 기술을 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기의 과제를 해결하기 위해, 제 1 발명에서는, 물체 쪽으로부터 순서대로 적어도 제 1 및 제 2 렌즈군을 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 정(正)의 굴절력을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 갖고 있다.
또한, 제 2 발명에서는, 제 1 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 3 발명에서는, 제 1 또는 제 2 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈군을 구성하는 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 4 발명에서는, 제 1 내지 제 3 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 이하의 관계식:
1.25≤f1/f≤1.5
단, f : 제 1 및 제 2 렌즈군 전체의 초점 거리
f1 : 제 1 렌즈군의 초점 거리
를 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 5 발명에서는, 물체 쪽으로부터 순서대로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈군을 구비하며, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 정의 굴절력을 갖고, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 가짐과 아울러, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 물체 쪽으로 볼록면을 향한 1매의 정(正) 메니스커스(meniscus) 렌즈에 의해 각각 구성되어 있다.
또한, 제 6 발명에서는, 제 5 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 7 발명에서는, 제 5 또는 제 6 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 정 메니스커스 렌즈의 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있다.
또한, 제 8 발명에서는, 제 5 내지 제 7 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 이하의 관계식:
1.0≤f1/f≤1.4
단, f : 제 1 내지 제 3 렌즈군 전체의 초점 거리
f1 : 제 1 렌즈군에 구비되는 정 메니스커스 렌즈의 초점 거리
를 만족한다.
또한, 제 9 발명에서는, 물체 쪽으로부터 순서대로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈군을 구비하며, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 정의 굴절력을 갖고, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 가짐과 아울러, 상기 제 1 및 제 3 렌즈군은 물체 쪽으로 볼록면을 향한 1매의 정 메니스커스 렌즈에 의해 각각 구성되어 있고, 상기 제 2 렌즈군은 이미지측에 볼록면을 향한 1매의 부(負) 메니스커스 렌즈에 의해 구성되어 있다.
또한, 제 10 발명에서는, 제 9 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 11 발명에서는, 제 9 또는 제 10 발명에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 정 메니스커스 렌즈의 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있다.
또한, 제 12 발명에서는, 제 9 내지 제 11 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 이하의 관계식:
1.05≤f12/f≤1.75
단, f : 제 1 내지 제 3 렌즈군 전체의 초점 거리
f12 : 제 1 및 제 2 렌즈군의 합성 초점 거리
를 만족한다.
또한, 제 13 발명에서는, 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나의 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈는 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형하여 형성된 것이다.
또한, 제 14 발명에서는, 제 1 내지 제 13 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 외경 Rd는 이하의 관계식:
Rd<40㎜
을 만족한다.
또한, 제 15 발명에서는, 제 1 내지 제 14 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 중심 두께 Tm 및 코바(CORBA) 두께 Te는 이하의 관계식:
1.5㎜〈Tm〈8.0㎜
1.0㎜〈Te〈8.0㎜
를 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
또한, 제 16 발명에 따른 적외선 렌즈는, 제 1 내지 제 15 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈에 있어서, 특히, 상기 제 1 렌즈군 중 상기 물체 쪽에 가장 가까이 위치하는 렌즈면에는, 초경질막에 의한 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 17 발명에 따른 적외선 카메라는, 제 1 내지 제 16 발명 중 어느 하나에 기재된 적외선 렌즈와, 상기 적외선 렌즈에 의해 결상된 이미지를 촬상하는 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 18 발명에서는, 제 17 발명에 기재된 적외선 카메라와, 상기 적외선 카메라에 의해 촬상된 화상을 표시하는 표시 소자를 구비하는 나이트비전이 구성된다.
[발명의 효과]
제 1 발명에 따르면, 모든 렌즈가 재료 비용이 저렴한 황화아연에 의해 형성되고, 정의 굴절력을 갖는 적어도 제 1 및 제 2 렌즈군에 의해 렌즈 전체가 구성되어 있기 때문에, 각 렌즈의 두께를 작게 억제하여 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서 결상 성능을 향상시킬 수 있어, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈를 제공할 수 있다.
제 2 발명에 따르면, 회절면에 의해 적외선 렌즈에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있다.
제 3 발명에 따르면, 구경이 크고 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈에 비구면을 마련함으로써, 효과적으로 수차를 개선할 수 있다.
또한, 제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈는 직경이 가장 크기 때문에, 제 1 렌즈군에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈군에 마련하는 경우에 비하여 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다.
제 4 발명에 따르면, 이 조건을 만족함으로써, 시야 내의 제수차(광각 영역에서의 디스토션을 포함함)가 밸런스 좋게 보정되고, 또한 콤팩트하고 밝은 적외선 렌즈(2a)를 용이하게 실현할 수 있다.
제 5 발명에 따르면, 물체 쪽으로 볼록면을 향한 3장의 정 메니스커스 렌즈에 의해 렌즈 전체가 구성되어 있기 때문에, 렌즈의 두께를 작게 억제하여 황화아연 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서, 결상 성능을 향상시킬 수 있어, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈를 제공할 수 있다.
제 6 발명에 따르면, 회절면에 의해 적외선 렌즈에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있다.
제 7 발명에 따르면, 구경이 크고 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈에 비구면을 마련함으로써 효과적으로 수차를 개선할 수 있다.
제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈는 직경이 가장 크기 때문에, 제 1 렌즈군에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈군에 마련하는 경우에 비하여 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다.
제 8 발명에 따르면, 콤팩트한 구성을 채용하면서, 이 적외선 렌즈의 소정의 시야각 내의 전역에서, 촬상용으로 수광되는 적외선의 전(全) 파장 영역(예컨대, 8~12㎛)에 대하여 충분한 결상 성능(예컨대, MTF 0.2 이상)을 얻을 수 있다.
제 9 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 3 렌즈군은 물체 쪽으로 볼록면을 향한 1매의 정 메니스커스 렌즈에 의해 각각 구성하고, 상기 제 2 렌즈군은 이미지측에 볼록면을 향한 1매의 부 메니스커스 렌즈에 의해 렌즈 전체가 구성되어 있기 때문에, 렌즈의 두께를 작게 억제하여 황화아연 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서, 결상 성능을 향상시킬 수 있어, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈를 제공할 수 있다. 또한, 종래의 황화아연 렌즈에 비하여 렌즈 전체의 두께를 억제함으로써, 렌즈 비용의 삭감 및 렌즈 투과 시의 광량 손실의 억제를 도모할 수 있다.
제 10 발명에 따르면, 회절면에 의해 적외선 렌즈에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있다.
제 11 발명에 따르면, 구경이 크고 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈에 비구면을 마련함으로써 효과적으로 수차를 개선할 수 있다.
제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈는 직경이 가장 크기 때문에, 제 1 렌즈군에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈군에 마련하는 경우에 비하여 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다.
제 12 발명에 따르면, 콤팩트한 구성을 채용하면서, 이 적외선 렌즈의 소정의 시야각 내의 전역에서, 촬상용으로 수광되는 적외선의 전 파장 영역(예컨대, 8~12㎛)에 대하여 충분한 결상 성능(예컨대, MTF 0.2 이상)을 얻을 수 있다.
제 13 발명에 따르면, 적외선 렌즈의 재료 비용 및 가공 비용의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있다.
제 14 발명에 따르면, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형하여 렌즈를 형성할 때에, 프레스 기구의 압축력을 억제할 수 있기 때문에, 렌즈 가공을 위한 설비 비용을 억제할 수 있다.
제 15 발명에 따르면, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형해서 렌즈를 형성할 때에, 열간 압축 성형 시의 성형성을 확보하면서, 두께가 얇고 렌즈 투과 시의 광량 손실이 억제된 적외선 렌즈를 실현할 수 있다.
또한, 렌즈의 두께를 억제함으로써, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시에 렌즈의 두께 방향으로 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향으로 굴절률의 분포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제 16 발명에 따르면, 코팅을 실시함으로써, 그 투과 특성을 향상시키거나, 혹은 렌즈 표면을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
제 17 발명에 따르면, 고해상도로서, 밝고 콘트라스트도 높은 화상을 얻을 수 있음과 아울러, 소형화에 유리하며, 차량 탑재용으로서 적합한 적외선 카메라를 제공할 수 있다.
제 18 발명에 따르면, 고해상도로서, 밝고 콘트라스트도 높은 화상을 얻을 수 있음과 아울러, 소형화에 유리하며, 차량 탑재용으로서 적합한 나이트비전을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 적외선 렌즈의 실시예 1-1의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처(aperture) 반경을 나타내는 도면,
도 3은 도 1 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 4는 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 5는 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 5.3°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 6은 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 5.3°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 7은 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.4°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 8은 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.4°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 9는 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 10은 도 1의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 11은 도 1의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 12는 도 1의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 13은 도 1의 구성에 있어서의 디스토션(distortion) 특성을 나타내는 그래프,
도 14(a) 내지 도 14(e)는 도 1의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 15는 본 발명의 실시예 1에 따른 적외선 렌즈의 실시예 1-2의 구성을 나타내는 도면,
도 16은 도 15 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 17은 도 15 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 18은 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 19는 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 20은 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 21은 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 22는 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 23은 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 8.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 24는 도 15의 구성에 있어서의 이미지 높이 8.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 25는 도 15의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 26은 도 15의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 27은 도 15의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 28(a) 내지 도 28(e)는 도 15의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 29는 본 발명의 실시예 1에 따른 적외선 렌즈의 실시예 1-3의 구성을 나타내는 도면,
도 30은 도 29 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도 면,
도 31은 도 29 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 32는 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 33은 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 5.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 34는 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 5.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 35는 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 36은 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 6.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 37은 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 38은 도 29의 구성에 있어서의 이미지 높이 7.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 39는 도 29의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 40은 도 29의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 41은 도 29의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 42(a) 내지 도 42(e)는 도 29의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 43은 적외선 렌즈의 실시예 1-4의 구성을 나타내는 도면,
도 44는 도 43 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 45는 도 43 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 46은 적외선 렌즈의 실시예 1-5의 구성을 나타내는 도면,
도 47은 도 46 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 48은 도 46 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 49(a) 내지 도 49(c)는 실시예 1-5, 1-3, 1-1의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 50(a) 및 도 50(b)은 실시예 1-2, 1-4의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 51은 본 발명의 실시예 2에 따른 적외선 렌즈의 실시예 2-1의 구성을 나타내는 도면,
도 52는 도 51 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 53은 도 51 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 54는 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 55는 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.9°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 56은 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.9°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 57은 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.15°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 58은 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.15°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 59는 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.34°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 60은 도 51의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.34°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 61은 도 51의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 62는 도 51의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 63은 도 51의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 64는 도 51의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성 을 나타내는 그래프,
도 65는 본 발명의 실시예 2에 따른 적외선 렌즈의 실시예 2-2의 구성을 나타내는 도면,
도 66은 도 65 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 67은 도 65 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 68은 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 69는 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 11.1°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 70은 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 11.1°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 71은 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.7°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 72는 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.7°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 73은 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 16.2°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 74는 도 65의 구성에 있어서의 이미지 높이 16.2°일 때의 MTF 특성(탄젠 셜)을 나타내는 그래프,
도 75는 도 65의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 76은 도 65의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 77은 도 65의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 78은 도 65의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 79는 본 발명의 실시예 2에 따른 적외선 렌즈의 실시예 2-3의 구성을 나타내는 도면,
도 80은 도 79 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 81은 도 79 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 82는 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 83은 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 11.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 84는 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 11.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 85는 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 86은 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 87은 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 16.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 88은 도 79의 구성에 있어서의 이미지 높이 16.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 89는 도 79의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 90은 도 79의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 91은 도 79의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 92는 도 79의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 93은 적외선 렌즈의 실시예 2-4의 구성을 나타내는 도면,
도 94는 도 93 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 95는 도 93 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 96은 적외선 렌즈의 실시예 2-5의 구성을 나타내는 도면,
도 97은 도 96 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 98은 도 96 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도 면,
도 99는 실시예 2-5, 2-3, 2-1의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 100은 실시예 2-2 및 2-4의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 101은 본 발명의 실시예 3에 따른 적외선 렌즈의 실시예 3-1의 구성을 나타내는 도면,
도 102는 도 101 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 103은 도 101 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 104는 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 105는 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 106은 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 107은 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 108은 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 109는 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(새 지털)을 나타내는 그래프,
도 110은 도 101의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 111은 도 101의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 112는 도 101의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 113은 도 101의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 114는 도 101의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 115는 본 발명의 실시예 3에 따른 적외선 렌즈의 실시예 3-2의 구성을 나타내는 도면,
도 116은 도 115 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 117은 도 115 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 118은 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프,
도 119는 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 120은 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 121은 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 122는 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 123은 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 124는 도 115의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 125는 도 115의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 126은 도 115의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 127은 도 115의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 128은 도 115의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 129는 본 발명의 실시예 3에 따른 적외선 렌즈의 실시예 3-3의 구성을 나타내는 도면,
도 130은 도 129 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 131은 도 129 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 132는 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 0°일 때의 MTF 특성을 나 타내는 그래프,
도 133은 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 134는 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 10.5°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 135는 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 136은 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 12.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 137은 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(새지털)을 나타내는 그래프,
도 138은 도 129의 구성에 있어서의 이미지 높이 15.0°일 때의 MTF 특성(탄젠셜)을 나타내는 그래프,
도 139는 도 129의 구성에 있어서의 구면 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 140은 도 129의 구성에 있어서의 비점 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 141은 도 129의 구성에 있어서의 디스토션 특성을 나타내는 그래프,
도 142는 도 129의 구성에 있어서의 각 이미지 높이에 대응하는 횡 수차 특성을 나타내는 그래프,
도 143은 적외선 렌즈의 실시예 3-4의 구성을 나타내는 도면,
도 144는 도 143 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 145는 도 143 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 146은 적외선 렌즈의 실시예 3-5의 구성을 나타내는 도면,
도 147은 도 146 중 각 렌즈의 면 형상, 면 간격, 애퍼처 반경을 나타내는 도면,
도 148은 도 146 중 비구면 렌즈, 회절 렌즈의 형상 파라미터를 나타내는 도면,
도 149는 실시예 3-5, 3-3, 3-1의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 150은 실시예 3-2, 3-4의 MTF 특성 등을 정리한 표를 나타내는 도면,
도 151은 나이트비전의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 152는 황화아연 렌즈(AR 코팅 없는 경우)의 적외선 파장과 투과율의 관계를 몇 개의 렌즈 두께에 대하여 나타낸 그래프이다.
부호의 설명
1a~1c : 적외선 렌즈 Fi : 적외선 투과창
Id : 촬상 소자 21 : 적외선 카메라
23 : 표시부 25 : 제어부
(실시예 1)
<기본 구성>
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 적외선 렌즈의 기본 구성에 대하여 설명한다. 또, 여기서는 도 1의 적외선 렌즈(1a)의 기본 구성에 대해서만 설명을 하는 것으로 하고, 그보다 상세한 구성에 대해서는 실시예로서 후술하는 것으로 한다.
이 적외선 렌즈(1a)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 물체 쪽으로부터 순서대로, 황화아연에 의해 형성된 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)을 구비하여 구성되어 있다. 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)는 물체 쪽으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈로 되어 있고, 이들 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)가 각각 본 발명에 따른 제 1 내지 제 3 렌즈군을 구성하고 있다. 렌즈(L1~L3)을 투과한 광(적외선)은 적외선 투과창(Fi)을 거쳐 촬상 소자(Id)의 수광면에 입사하고, 그 수광면 상에 이미지를 형성한다. 또, 본 실시예에서는 1매의 렌즈(L1~L3)에 의해 제 1 내지 제 3 렌즈군을 각각 구성하도록 했지만, 각 렌즈군을 2매 이상의 렌즈를 이용하여 구성하도록 하여도 좋고, 각 렌즈군의 렌즈 매수가 서로 다른 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이, 모든 렌즈(L1~L3)가 재료 비용이 저렴한 황화아연에 의해 형성되고, 또한 물체 쪽으로 볼록면을 향한 3장의 정 메니스커스 렌즈에 의해 적외선 렌즈(1a)가 구성되어 있기 때문에, 각 렌즈(L1~L3)의 두께를 작게 억제하여 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서, 결상 성능을 향상시킬 수 있어, 저비용의 구성으 로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈(1a)를 제공할 수 있게 되어 있다. 또한, 종래의 황화아연 렌즈에 비하여 렌즈 전체의 두께를 억제함으로써, 렌즈 투과 시의 광량 손실의 억제를 도모할 수 있게 되어 있다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 오목면(이미지측면)은 회절면으로 되고, 이것에 의해, 적외선 렌즈(1a)에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있게 되어 있다. 그리고, 큰 굴절력이 필요하게 되어, 색 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 회절면을 마련함으로써, 회절면을 마련하는 것에 의한 색 수차 개선 효과를 최대한으로 끌어낼 수 있게 되어 있다. 또, 회절면을 제 1 렌즈(L1)의 이미지측 면에 마련함으로써, 회절면이 외부 환경에 노출되는 것으로 인해, 회절면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 볼록면 및 오목면(오목 렌즈) 중 적어도 어느 한쪽은, 비구면으로 되어 있다. 이와 같이, 구경이 커서 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 효과적으로 수차를 개선할 수 있게 된다. 직경이 가장 큰 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈에 마련하는 경우에 비하여 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다. 예컨대, 본 실시형태에서는, 제 1 렌즈(L1)의 오목면 및 제 3 렌즈의 볼록면(물체 쪽면)이 비구면으로 되고, 그 이외의 렌즈면은 구면으로 되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(1a)의 F값은 0.8~1.2 정도로 설정되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(1a)는 소정의 결상 성능을 실현하기 위해, 이하의 관 계식:
1.0≤f1/f≤1.4 (1)
단, f:제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3) 전체의 초점 거리
f1 : 제 1 렌즈(L1)의 초점 거리
를 만족하도록 구성되어 있다. 이 조건을 만족함으로써 시야 내의 제(諸)수차가 밸런스 좋게 보정되고, 또한 콤팩트하고 밝은 적외선 렌즈(1a)를 용이하게 실현할 수 있다. 예컨대, f1/f를 1.0보다 작게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)과 제 2 렌즈(L2)를 근접시켜 배치해야 하기 때문에, 구면 수차의 보정이 어렵게 되고, 반대로 1.4보다 크게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)과 제 2 렌즈(L2)를 떨어뜨려 배치해야 하기 때문에, 축외 광선이 제 1 렌즈(L1)의 광축으로부터 떨어진 곳을 통과하는 것으로 되며, 이것에 의해 비점 수차가 커짐과 동시에, 왜곡 수차의 보정도 어렵게 된다.
그 결과, 상기 관계식 (1)을 만족하는 것에 의해, 콤팩트한 구성을 채용하면서, 적외선 렌즈(1a)의 시야각(예컨대, 10° 이상, 25° 이하의 값으로 설정됨) 내의 전역에서, 촬상용으로 수광되는 적외선의 전파장 영역(예컨대, 8~12㎛)에 대하여 충분한 결상 성능(예컨대, MTF 0.2 이상)을 얻을 수 있게 되어 있다(이 점에 관한 상세한 설명은 실시예 및 비교예에 근거하여 후술함). 이에 따라, 예컨대, 이 적외선 렌즈(1a)를 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자(Id)와 조합하여, 해상도가 높은 적외선 화상을 얻을 수 있다.
이러한 구성의 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)는 다음과 같이 하여 형성된다. 즉, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 비산화성 분위기(예컨대, 진공, Ar 등의 불활성 가스 또는 이들의 조합 등) 중에서 열간 압축 성형함으로써, 다결정 황화아연 소결체인 렌즈(L1~L3)를 얻는다. 이와 같이, 황화아연을 이용한 금형 성형에 의해 렌즈(L1~L3)를 제조함으로써, 적외선 렌즈(1a)의 재료 비용 및 가공 비용의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있게 된다. 또, 성형 후의 렌즈(L1~L3)에 대한 연마, 연삭 등의 기계 가공을 하도록 하여도 좋다.
보다 상세하게는, 상기한 황화아연 원료 분말로는, 평균 입자 직경 0.5~2㎛에서 순도 98% 이상의 분말을 이용한다. 또한, 열간 압축 성형의 제조건은 온도 900~1100℃, 압력 150~800㎏/㎠가 적당하다. 압력 유지 시간은 평균적으로는 0.05~1.5시간이며, 온도 및 압력 조건과의 조합에 따라 적절히 조절된다.
여기서, 소정의 광학 성능을 갖는 적외선 렌즈(1a)를 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형에 의해 저비용으로 제조하기 위해서는, 렌즈(L1~L3)의 외경이나 두께 등의 구성에 대하여, 그 성형에 적합한 구성을 채용해야 한다.
이 다결정 황화아연 렌즈는 그 투과 특성을 향상시키거나 혹은 그 표면을 외부 영향으로부터 보호하기 위해 코팅을 실시하는 것도 효과적이다. 그 때의 코팅층의 재질이나 두께는 그 적외선 렌즈의 사용 방법, 장소, 상황을 감안해서 적절히 선택된다.
우선, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd에 대해서는, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd를 크게 하는 만큼 밝은 이미지를 얻을 수 있지만, 외경 Rd가 확대되는 만큼 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시에 필요해지는 프레스 기구의 압축력이 증대한다. 이 때문에, 가공 비용 등의 관점에서, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd는, 이하의 관계식:
Rd<40㎜ (2)
를 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 프레스 기구의 압축력을 억제할 수 있기 때문에, 렌즈 가공을 위한 설비 비용을 억제할 수 있게 된다.
또한, 렌즈(L1~L3)의 두께에 대해서는, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성(기계 강도, 가공 정밀도 등)을 확보하기 위해서는 어느 정도의 두께가 필요한 한편, 두께가 커지면 렌즈 투과 시의 광량 손실이 커짐과 동시에, 열간 압축 성형 시에 렌즈(L1~L3)의 두께 방향으로 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향으로 굴절률의 분포가 발생하기 쉽게 된다. 이 때문에, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1~L3)의 두께에 대해서는, 중심 두께 Tm 및 코바 두께 Te가 이하의 관계식:
1.5㎜<Tm<8.0㎜ (3)
1.0㎜<Te<8.0㎜ (4)
을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성을 확보하면서, 두께가 얇아 렌즈 투과 시의 광량 손실이 억제된 적외선 렌즈(1a)를 실현할 수 있음과 동시에, 렌즈(L1~L3)의 두께를 억제함으로써, 열간 압축 성형 시에 렌즈의 두께 방향으로 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향으로 굴절률의 분포가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 촬상 소자(Id)로는, 8~12㎛대(帶)에 감도를 가진, 바로미터, 서모파일, SOI 다이오드 등의 비냉각열형 촬상 소자가 이용된다. 통상, 160×120, 320×240과 같은 화소수의 촬상 소자(Id)가 이용되지만, 화소 피치가 좁은(예컨대, 25㎛) 촬상 소자(Id)를 이용함으로써, 적외선 렌즈(1a)는 제조상 바람직한 최대 직경이 30㎜ 정도로 된다.
<실시예>
이하에서는, 상기 실시예 1의 구체예로서 3개의 바람직한 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 대해 기재한다. 또한, 그 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 대한 2개의 비교예로서, 실시예 1-4, 1-5를 소개하고, 실시예 1-1, 1-2, 1-3과 실시예 1-4, 1-5를 비교한다. 또, 실시예 1-1은 상기 f1/f가 1.10으로 설정된 것이고, 실시예 1-2는 상기 f1/f가 1.40으로 설정된 것이며, 실시예 1-3은 상기 f1/f가 1.00으로 설정된 것이다. 또한, 실시예 1-4는 상기 f1/f가 1.45로 설정된 것이고, 실시예 1-5는 상기 f1/f가 0.96으로 설정된 것이다.
(실시예 1-1)
실시예 1-1에 관한 적외선 렌즈(1a)는, 도 1 내지 도 3에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.10, F값은 1.1, 최대 직경은 28.4㎜, 시야각은 17°로 설정되어 있다(단, 시야각은 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자와 조합한 경우의 값). 또, 도 3에 나타내는 제 2 면 및 제 5 면의 비구면 형상(회절면 형상)은 그 파라미터를 다음 식:
에 대입함으로써 결정된다(이하 마찬가지). 상기 수학식에 있어서, Z는 비구면상의 점으로부터 비구면의 정점에 접하는 접 평면에 내린 수선의 길이(㎜)이며, y는 광축으로부터의 높이(㎜)이며, K는 이심률이며, R은 근축(近軸) 곡률 반경이며, A2, A4, A6, A8은 2차, 4차, 6차, 8차 비구면 계수이다. 또한, N은 굴절률이며, λ는 참조 파장의 값이며, C1은 회절면 계수이다.
본 실시예 1-1의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 5.3°, 6.4°, 7.5.)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 새지털, 탄젠셜의 MTF는 도 4 내지 도 10에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또, 도 4 내지 도 10에서, Ave.는 8~12㎛의 MTF값을 평균한 그래프이다(이하 마찬가지).
또한, 그 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 구면 수차, 비점 수차는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있고, 디스토션은 도 13에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 시야각 내의 각 이미지 높이에 대응하는 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 횡 수차는 도 14(a) 내지 도 14(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다(각 도면에서 좌측이 탄젠셜, 우측이 새지털에 대응하고 있다).
(실시예 1-2)
실시예 1-2에 따른 적외선 렌즈(1b)는 도 15 내지 도 17에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.40, F값은 1.0, 최대 직경은 25.9㎜, 시야각은 20°로 설정되어 있다.
본 실시예 1-2의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 6.0°, 7.5°, 8.5°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는, 도 18 내지 도 24에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 25 내지 도 27, 도 28(a) 내지 도 28(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다.
(실시예 1-3)
실시예 1-3에 따른 적외선 렌즈(1c)는, 도 29 내지 도 31에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.00, F값은 1.1, 최대 직경은 30.0㎜, 시야각은 16°로 설정되어 있다.
본 실시예 1-3의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 5.0°, 6.0°, 7.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는 도 32 내지 도 38에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 39 내지 도 41, 도 42(a) 내지 도 42(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다.
(실시예 1-4)
실시예 1-4에 따른 적외선 렌즈(1d)는 도 43 내지 도 45에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.45, F값은 1.0, 최대 직경은 25.9㎜, 시야각은 20°로 설정되어 있다.
본 실시예 1-4의 구성에 있어서도, 그 시야각 내(0°, 6.0°, 7.5°, 8.5°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 50(b)에 근거하여 후술한다.
(실시예 1-5)
실시예 1-5에 따른 적외선 렌즈(1e)는, 도 46 내지 도 48에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 0.96, F값은 1.1, 최대 직경은 28.4㎜, 시야각은 17°로 설정되어 있다.
본 실시예 1-5의 구성에 있어서도, 그 시야각 내(0°, 5.3°, 6.4°, 7.5°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 49(a)에 근거하여 후술한다.
(정리)
도 49(a) 내지 도 49(c), 도 50(a) 및 도 50(b)는 상기한 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 실시예 1-4, 1-5의 MTF 특성 등을 표에 정리한 것이고, 실시예 1-5, 실시예 1-3, 실시예 1-1, 실시예 1-2, 실시예 1-4의 순서로 게재되어 있다. 각 표 중 MTF값은 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 값으로 되어 있다. 또한, 각 표 중에서, 그 위쪽으로부터 아래쪽으로, 파장 12㎛, 10㎛, 8㎛의 시야각 내의 각 이미지 높이에 있어서의 MTF 값, 그 8~12㎛의 MTF값의 평균값을 기재하고 있다.
여기서, 8~12㎛의 파장대를 타깃으로 한 적외선 렌즈의 광학 성능에 관한 평가 기준으로서는, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)의 조합을 상정한 경우, 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 MTF가 0.2를 하회하면, 현저히 화상의 콘트라스트가 저하하는 것을 경험적으로 알고 있다.
그래서, 전화각 및 8~12㎛의 전파장에 있어서 MTF가 0.2 이상으로 되어 있는지 여부를 기준으로 하여, 상기한 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 실시예 1-4, 1-5를 평가하는 것으로 한다. 그러면, 도 49(a) 내지 도 49(c), 도 50(a) 및 도 50(b)에 나타내는 MTF 특성보다, f1/f의 값이 상기 관계식 (1)의 조건을 만족하는 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 대해서는, 전(全)화각 및 전(全)파장에서 0.2 이상의 MTF를 얻을 수 있지만, f1/f의 값이 상기 관계식 (1)의 조건을 만족하지 않는 실시예 1-4, 1-5에 대해서는, 화각, 파장에 따라서는 O.2 이상의 MTF를 얻을 수 없는 부분이 발생하고 있다. 이에 의해, 전화각 및 전파장에서 0.2 이상의 MTF를 얻기 위해서는, 상기 관계식 (1)과 같이, f1/f의 값을 1.0 이상, 1.4 이하의 범위 내로 설정하면 되는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
<기본 구성>
도 51을 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 적외선 렌즈의 기본 구성에 대하여 설명한다. 또, 여기서는 도 51의 적외선 렌즈(2a)의 기본 구성에 대해서만 설명하는 것으로 하고, 그보다 상세한 구성에 대해서는 실시예로서 후술하는 것으로 한다.
이 적외선 렌즈(2a)는, 도 51에 나타내는 바와 같이, 물체 쪽으로부터 순서대로, 모두 황화아연에 의해 형성된 제 1 렌즈(L1)(제 1 렌즈군), 제 2 렌즈(L2)(제 2 렌즈군) 및 제 3 렌즈(L3)(제 3 렌즈군)를 구비하여 구성되어 있다. 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)는 물체 쪽으로 볼록면을 향한 정(正) 메니스커스 렌즈이며, 정의 굴절력을 갖고 있다. 제 2 렌즈(L2)는 이미지 측에 볼록면을 향한 부(負) 메니스커스 렌즈이며, 정의 굴절력을 갖고 있다.
렌즈(L1~L3)를 투과한 광(적외선)은 적외선 투과창(Fi)를 거쳐 촬상 소자(Id)의 수광면에 입사되고, 그 수광면 상에 이미지를 형성한다. 또, 본 실시예 1에서는 1매의 렌즈(L1~L3)에 의해 제 1 내지 제 3 렌즈군을 각각 구성하도록 했지만, 각 렌즈군을 2매 이상의 렌즈를 이용하여 구성하도록 하여도 좋고, 각 렌즈군의 렌즈 매수가 서로 다른 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이, 모든 렌즈(L1~L3)가 재료 비용이 저렴한 황화아연에 의해 형성되고, 또한 물체 쪽으로 볼록면을 향한 2매의 정 메니스커스 렌즈와, 이미지 측에 볼록면을 향한 1매의 부 메니스커스 렌즈에 의해 적외선 렌즈(2a)가 구성되어 있기 때문에, 각 렌즈(L1~L3)의 두께를 작게 억제하여 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서, 결상 성능을 향상시킬 수 있어, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈(1a)를 제공할 수 있게 된다. 또한, 종래의 황화아연 렌즈에 비하여 렌즈 전체의 두께를 억제함으로써, 렌즈 투과 시의 광량 손실의 억제가 도모되고 있다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 오목면(이미지측 면. 면 번호 2)은 회절면으로 되고, 이것에 의해, 적외선 렌즈(2a)에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있게 된다. 그리고, 큰 굴절력이 필요해지고, 색 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 회절면을 마련함으로써, 회절면을 마련하는 것에 의한 색 수차 개선 효과를 최대한으로 끌어 낼 수 있게 된다. 그 위에, 회절면을 제 1 렌즈(L1)의 이미지측 면에 마련함으로써, 회절면이 외부 환경에 노출되는 것으로 인해, 회절면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 볼록면 및 오목면(오목 렌즈)의 적어도 어느 한쪽은 비구면으로 되어 있다. 이와 같이, 구경이 커서 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 효과적으로 수차를 개선할 수 있게 된다. 직경이 가장 큰 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈에 마련하는 경우에 비해 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다. 예컨대, 본 실시예 2에서는, 제 1렌즈(L1)의 오목면(면 번호 2), 제 2 렌즈(L2)의 볼록면(면 번호 4), 제 3 렌즈(L3)의 볼록면(면 번호 5) 및 제 3 렌즈(L3)의 오목면(면 번호 6)이 비구면으로 되고, 그 이외의 렌즈면은 구면으로 되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(2a)의 F값은 0.8~1.2 정도로 설정되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(2a)는 소정의 결상 성능을 실현하기 위해, 이하의 관계식:
1.05≤f12/f≤1.75 … (5)
단, f:제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3) 전체의 초점 거리
f12:제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)의 합성 초점 거리
를 만족하도록 구성되어 있다. 이 조건을 만족함으로써 시야 내의 제수차(광각 영역에서의 디스토션을 포함함)가 밸런스 좋게 보정되고, 또한 콤팩트하고 밝은 적외선 렌즈(2a)를 용이하게 실현할 수 있다. 예컨대, f12/f를 1.05보다 작게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)를 접근시켜 배치해야 하기 때문에, 구면 수차의 보정이 어렵게 되고, 반대로 1.75보다 크게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)를 떨어뜨려 배치해야 하기 때문에, 축외 광선이 제 1 렌즈(L1)의 광축으로부터 떨어진 곳을 통과하는 것으로 되고, 이것에 의해 비점 수차가 커짐과 동시에, 왜곡 수차(디스토션)의 보정도 어렵게 된다.
그 결과, 상기 관계식 5를 만족하는 것에 의해, 콤팩트한 구성을 채용하면서, 적외선 렌즈(2a)의 시야각(예컨대, 20° 이상 40° 이하의 광각 영역으로 설정됨) 내의 전역에서, 촬상용으로 수광되는 적외선의 전파장 영역(예컨대, 8~12㎛)에 대하여 충분한 결상 성능(예컨대, MTF 0.2 이상)을 얻을 수 있게 되어 있다(이 점에 관한 상세한 설명은 실시예 및 비교예에 근거하여 후술함). 이것에 의해, 예컨대, 이 적외선 렌즈(2a)를 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자(Id)와 조합하여, 해상도가 높은 적외선 화상을 얻을 수 있다.
이러한 구성의 제 1 내지 제 3 렌즈(L1~L3)는, 다음과 같이 하여 형성된다. 즉, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 비산화성 분위기 중(예컨대, 진공 Ar 등의 불활성 가스 또는 이들의 조합 등)에서 열간 압축 성형함으로써, 다결정 황화아연 소결체인 렌즈(L1~L3)를 얻는다. 이와 같이, 황화아연을 이용한 금형 성형에 의해 렌즈(L1~L3)를 제조함으로써, 적외선 렌즈(2a)의 재료 비용 및 가공 비용을 대폭 삭감할 수 있다. 또, 성형 후의 렌즈(L1~L3)에 대한 연마, 연삭 등의 기계 가공을 하도록 하여도 좋다.
보다 상세하게는, 상기한 황화아연 원료 분말로는, 평균 입자 직경 0.5~2㎛이고 순도 98% 이상인 분말을 이용한다. 또한, 열간 압축 성형의 제조건은 온도 900~1100℃, 압력 150~800㎏/㎠이 적당하다. 압력 유지 시간은 평균적으로는 0.05~1.5시간이며, 온도 및 압력 조건과의 조합에 따라 적절히 조절된다.
이 다결정 황화아연 렌즈는, 그 투과 특성을 향상시키기 위해, 혹은 렌즈 표면을 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 코팅을 실시하는 것도 효과적이다. 그 때의 코팅층의 재질이나 두께는 그 적외선 렌즈의 사용 방법, 장소, 상황을 감안해서 적절히 선택된다. 예컨대, 투과 특성을 향상시키기 위해, 렌즈 표면을 반사 방지막에 의해 코팅하는 처리(AR 코팅 처리)를 행하여도 좋다. 또는, 렌즈 강도를 높이기 위해, 제 1 렌즈(L1)의 가장 물체 쪽에 위치하는 렌즈면(면 번호 1)의 표면을, DLC(Diamon-like Carbon)막 등의 초경질막에 의해 코팅하는 처리(DLC 코팅 처 리)를 행하여도 좋다.
특히, 본 실시예 2에 따른 적외선 렌즈(2a)를 차량 탑재 나이트비전용 적외선 카메라에 적용하는 것을 상정한 경우는, 상기한 DLC 코팅 처리는 매우 효과적이다. 나이트비전용 적외선 카메라는, 통상, 차량의 프론트 그릴부와 같은, 비바람이나 주행 중의 비래물(飛來物)에 노출되는 가혹한 환경 하에 설치된다. 따라서, 렌즈의 손상 대책이나 오염 대책 등의 내환경 대책은 중요하고, 외부 환경에 노출되는 최외(最外) 렌즈면(면 번호 1)에 DLC 코팅 처리를 행함으로써, 이 대책을 간편하게 실현할 수 있다. 또, 나이트비전용 적외선 카메라의 내환경 대책으로는, 종래, 최외 렌즈면의 전단에 소정의 창재(窓材)를 설치하는 등의 조치를 취하고 있었다. 그러나, 창재의 재료로서 주로 이용되는 게르마늄은 고가이기 때문에, 비용이 상승한다. 또한, 창재를 추가적으로 설치함으로써, 렌즈 모듈이 전체적으로 대형화되어 버린다. 한편, DLC 코팅 처리에 의한 내환경 대책에서는 이러한 문제가 발생하지 않기 때문에, 창재를 설치하는 경우와 비교하면, 비용의 절감 및 모듈의 소형화를 도모할 수 있어, 유리하다.
그런데, 소정의 광학 성능을 갖는 적외선 렌즈(2a)를 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형에 의해 저비용으로 제조하기 위해서는, 렌즈(L1~L3)의 외경이나 두께 등의 구성에 대하여, 그 성형에 적합한 구성을 채용해야 한다.
우선, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd에 대해서는, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd를 크게 할수록 밝은 이미지를 얻을 수 있지만, 외경 Rd가 확대될수록 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시에 필요로 하는 프레스 기구의 압축력이 증대한다. 이 때 문에, 가공 비용 등의 관점으로부터, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1~L3)의 외경 Rd는 이하의 관계식:
Rd<40㎜
을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 프레스 기구의 압축력을 억제할 수 있기 때문에, 렌즈 가공을 위한 설비 비용을 억제할 수 있다.
다음에, 렌즈(L1~L3)의 두께에 대해서는, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성(기계 강도, 가공 정밀도 등)을 확보하기 위해서는 어느 정도의 두께가 필요한 한편, 두께가 커지면 렌즈 투과 시의 광량 손실이 커짐과 동시에, 열간 압축 성형 시에 렌즈(L1~L3)의 두께 방향에 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향에 굴절률의 분포가 발생하기 쉽게 된다. 이 때문에, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1~L3)의 두께에 대해서는, 중심 두께 Tm 및 코바 두께 Te가 이하의 관계식:
1.5㎜<Tm<8.0㎜
1.0㎜<Te<8.0㎜
를 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성을 확보하면서, 두께가 얇아 렌즈 투과 시의 광량 손실이 억제된 적외선 렌즈(1a)를 실현할 수 있음과 동시에, 렌즈(L1~L3)의 두께를 억제함으로써, 열간 압축 성형 시에 렌즈의 두께 방향에 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향으로 굴절률의 분포가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 촬상 소자(Id)로는, 8~12㎛대에 감도를 갖고, 바로미터, 서모파일, SOI 다이오드 등의 비냉각열형 촬상 소자가 이용된다. 통상, 160×120, 320×240과 같은 화소수의 촬상 소자(Id)가 이용되지만, 화소 피치가 좁은(예컨대, 25㎛) 촬상 소자(Id)를 이용함으로써, 적외선 렌즈(2a)는 제조상 바람직한 최대 직경 30㎜ 정도로 된다.
<실시예>
이하에서는, 본 실시예 2의 구체예로서, 3개의 바람직한 실시예 2-1, 2-2, 2-3에 대하여 기재한다. 또한, 그 실시예 2-1, 2-2, 2-3에 대한 비교예로서 2개의 실시예 2-4, 2-5를 소개하고, 실시예 2-1, 2-2, 2-3과 실시예 2-4, 2-5를 비교한다. 또, 실시예 2-1은 상기 f12/f가 1.25로 설정된 것이고, 실시예 2-2는 상기 f12/f가 1.75로 설정된 것이며, 실시예 2-3은 상기 f12/f가 1.05로 설정된 것이다. 또한, 실시예 2-4는 상기 f12/f가 1.80으로 설정된 것이고, 실시예 2-5는 상기 f12/f가 1.00으로 설정된 것이다.
[실시예 2-1]
실시예 2-1에 관한 적외선 렌즈(2a)는, 도 51 내지 도 53에 나타내는 구성을 갖고, f12/f는 1.25, F값은 0.89, 최대 직경은 20.0㎜, 시야각은 31°로 설정되어 있다(단, 시야각은 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자와 조합한 경우의 값). 또, 도 53에 나타내는 제 2 면, 제 4 면, 제 5 면 및 제 6 면의 비구면 형상(회절면 형상)은 그 파라미터를 다음 수학식:
에 대입함으로써 결정된다(이하 마찬가지). 상기 수학식에 있어서, Z는 비구면상의 점으로부터 비구면의 정점에 접하는 평면에 내린 수직선의 길이(㎜)이며, y는 광축으로부터의 높이(㎜)이며, K는 이심률(離心率)이며, R은 근축(近軸) 곡률 반경이며, A2, A4, A6, A8은 각각 2차, 4차, 6차, 8차 비구면 계수이다. 또한, N은 굴절률이며, λ는 참조 파장의 값이며, C1, C2는 회절면 계수이다.
본 실시예 2-1의 구성에서의 시야각 내(0°, 10.9°, 12.15°, 15.34°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 새지털, 탄젠셜의 MTF는, 도 54 내지 도 60에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또, 도 54 내지 도 60에 있어서, Ave.는 8~12㎛의 MTF값을 평균한 그래프이다(이하 마찬가지).
또한, 그 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 구면 수차, 비점 수차는 도 61 및 도 62에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있고, 디스토션은 도 63에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 시야각 내의 각 이미지 높이에 대응하는 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 횡 수차는 도 64(a) 내지 도 64(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어있다(각 도면에서 좌측이 탄젠셜, 우측이 새지털에 대응함).
[실시예 2-2]
실시예 2-2에 따른 적외선 렌즈(2b)는 도 65 내지 도 67에 나타내는 구성을 갖고, f12/f는 1.75, F값은 1.08, 최대 직경은 15.8㎜, 시야각은 32°로 설정되어 있다.
본 실시예 2-2의 구성에서의 시야각 내(0°, 11.1°, 12.7°, 16.2°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는 도 68 내지 도 74에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 75 내지 도 77, 도 78(a) 내지 도 78(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다.
[실시예 2-3]
실시예 2-3에 따른 적외선 렌즈(2c)는, 도 79 내지 도 81에 나타내는 구성을 갖고, f12/f는 1.05, F값은 1.01, 최대 직경은 17.2㎜, 시야각은 32°로 설정되어 있다.
본 실시예 2-3의 구성에서의 시야각 내(0°, 11.0°, 12.5°, 16.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는 도 82 내지 도 88에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 89 내지 도 91, 도 92(a) 내지 도 92(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있 다.
[실시예 2-4]
실시예 2-4에 따른 적외선 렌즈(2d)는 도 93 내지 도 95에 나타내는 구성을 갖고, f12/f는 1.80, F값은 1.05, 최대 직경은 15.8㎜, 시야각은 33°로 설정되어 있다.
본 실시예 2-4의 구성에서도, 그 시야각 내(0°, 11.4°, 13.1°, 16.7°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 100(e)에 근거하여 후술한다.
[실시예 2-5]
실시예 2-5에 따른 적외선 렌즈(2e)는 도 96 내지 도 98에 나타내는 구성을 갖고, f12/f는 1.00, F값은 1.01, 최대 직경은 17.2㎜, 시야각은 32°로 설정되어 있다.
본 실시예 2-5의 구성에서도, 그 시야각 내(0°, 11.0°, 12.5°, 16.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 99(a)에 근거하여 후술한다.
[정리]
도 99(a) 내지 도 99(c), 도 100(d) 및 도 100(e)은, 상기한 실시예 2-1 내 지 실시예 2-5의 MTF 특성 등을 표로 정리한 것이고, 실시예 2-5, 실시예 2-3, 실시예 2-1, 실시예 2-2, 실시예 2-4의 순서로 게재되어 있다. 각 표 중 MTF값은 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 값으로 되어 있다. 또한, 각 표 중에서, 그 위쪽으로부터 아래쪽으로, 파장 12㎛, 10㎛, 8㎛의 시야각 내의 각 이미지 높이에 있어서의 MTF값, 그 8~12㎛의 MTF값의 평균값을 기재하고 있다.
여기서, 8~12㎛의 파장대를 타깃으로 한 적외선 렌즈의 광학 성능에 관한 평가 기준으로는, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 MTF가 0.2를 하회하면, 현저히 화상의 콘트라스트가 저하하는 것을 경험적으로 알고있다.
그래서, 전화각 및 8~12㎛의 전파장에 있어서 MTF가 0.2 이상으로 되어 있는지 여부를 기준으로 하여, 상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-5를 평가하는 것으로 한다. 그렇게 하면, 도 99(a) 내지 도 99(c), 도 100(d) 및 도 100(e)에 나타내는 MTF 특성보다, f12/f의 값이 상기 관계식 (5)의 조건을 만족하는 실시예 2-1 내지 실시예 2-3에 대해서는, 전화각 및 전파장에 있어서 0.2 이상의 MTF가 얻어지지만, f12/f의 값이 상기 관계식 (5)의 조건을 만족하지 않는 실시예 2-4 및 실시예 2-5에 대해서는, 화각, 파장에 따라서는 0.2 이상의 MTF를 얻을 수 없는 부분이 발생한다. 이로부터, 전화각 및 전파장에서 0.2 이상의 MTF를 얻기 위해서는, 상기 관계식 (5)과 같이, f12/f의 값을 1.05 이상, 1.75 이하의 범위 내로 설정하면 되는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
<기본 구성>
도 101을 참조하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 적외선 렌즈의 기본 구성에 대해 설명한다. 또, 여기서는 도 101의 적외선 렌즈(3a)의 기본 구성에 대해서만 설명하는 것으로 하고, 그보다 상세한 구성에 대해서는 실시예로서 후술하는 것으로 한다.
이 적외선 렌즈(3a)는, 도 101에 나타내는 바와 같이, 물체 쪽으로부터 순서대로, 모두 황화아연에 의해 형성된 제 1 렌즈(L1)(제 1 렌즈군) 및 제 2 렌즈(L2)(제 2 렌즈군)를 구비하여 구성되어 있다. 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)는 물체 쪽으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈이며, 정의 굴절력을 갖고 있다.
렌즈(L1, L2)를 투과한 광(적외선)은 적외선 투과창(Fi)을 거쳐 촬상 소자(Id)의 수광면에 입사되고, 그 수광면 상에 이미지를 형성한다. 또, 본 실시예 2에서는 1매의 렌즈(L1, L2)에 의해 제 1 및 제 2 렌즈군을 각각 구성하도록 했지만, 각 렌즈군을 2매 이상의 렌즈를 이용하여 구성하도록 하여도 좋고, 각 렌즈군의 렌즈 매수가 서로 다른 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이, 모든 렌즈(L1, L2)가 재료 비용이 저렴한 황화아연에 의해 형성되고, 또한 물체 쪽으로 볼록면을 향한 2매의 정 메니스커스 렌즈에 의해 적외선 렌즈(3a)가 구성되어 있기 때문에, 각 렌즈(L1, L2)의 두께를 작게 억제하여 렌즈 투과 시의 광량 손실을 억제하면서, 결상 성능을 향상시킬 수 있고, 저비용의 구성으로, 이미지가 밝고, 결상 성능이 높은 적외선 렌즈(3a)를 제공할 수 있게 된다. 또한, 종래의 황화아연 렌즈에 비해 렌즈 전체의 두께를 억제함으로써, 렌즈 투과 시의 광량 손실의 억제가 도모되고 있다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 오목면(이미지측 면. 면 번호 2)은 회절면으로 되고, 이것에 의해, 적외선 렌즈(3a)에서 문제로 되기 쉬운 색 수차를 효과적으로 개선할 수 있게 된다. 그리고, 큰 굴절력이 필요하게 되고, 색 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 회절면을 마련함으로써, 회절면을 마련하는 것에 의한 색 수차 개선 효과를 최대한으로 끌어 낼 수 있게 된다. 아울러, 회절면을 제 1 렌즈(L1)의 이미지측 면에 마련함으로써, 회절면이 외부 환경에 노출되는 것으로 인해, 회절면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 볼록면 및 오목면(오목 렌즈) 중 적어도 어느 한쪽은 비구면으로 되어 있다. 이와 같이, 구경이 크고 구면 수차가 발생하기 쉬운 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 효과적으로 수차를 개선할 수 있게 된다. 직경이 가장 큰 제 1 렌즈(L1)에 비구면을 마련함으로써, 비구면의 형상 변화의 급변(꾸불꾸불한 정도)을 다른 렌즈에 마련하는 경우에 비해 작게 할 수 있어, 금형 제작 및 렌즈 가공의 점에서 가공이 용이해진다. 예컨대, 본 실시예 3에서는, 제 1 렌즈(L1)의 볼록면(면 번호 1), 제 1 렌즈(L1)의 오목면(면 번호 2), 제 2 렌즈(L2)의 볼록면(면 번호 3) 및 제 2 렌즈(L2)의 오목면(면 번호 4)이 비구면으로 되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(3a)의 F값은 0.8~1.2 정도로 설정되어 있다.
또한, 이 적외선 렌즈(3a)는 소정의 결상 성능을 실현하기 위해, 이하의 관 계식:
1.25≤f1/f≤1.5···(6)
단, f : 제 1 및 제 2 렌즈(L1, L2) 전체의 초점 거리
f1 : 제 1 렌즈(L1)의 초점 거리
를 만족하도록 구성되어 있다. 이 조건을 만족함으로써 시야 내의 제수차(광각 영역에서의 디스토션을 포함함)가 밸런스 좋게 보정되고, 또한 콤팩트하고 밝은 적외선 렌즈(3a)를 용이하게 실현할 수 있다. 예컨대, f1/f를 1.25보다 작게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)를 접근시켜 배치해야 하기 때문에, 구면 수차의 보정이 어렵게 되고, 반대로 1.5보다도 크게 하고자 하면, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)를 떨어뜨려 배치해야 하기 때문에, 축외 광선이 제 1 렌즈(L1)의 광축으로부터 떨어진 곳을 통과하게 되고, 이것에 의해 비점 수차가 커짐과 동시에, 왜곡 수차(디스토션)의 보정도 어렵게 된다.
그 결과, 상기 관계식 (6)를 만족하는 것에 의해, 콤팩트한 구성을 채용하면서, 적외선 렌즈(3a)의 시야각(예컨대, 20° 이상 40° 이하의 광각 영역으로 설정됨) 내의 전역에서, 촬상용으로 수광되는 적외선의 전파장 영역(예컨대, 8~12㎛)에 대하여 충분한 결상 성능(예컨대, MTF 0.2 이상)을 얻을 수 있게 되어 있다(이 점에 관한 상세한 설명은, 실시예 및 비교예에 근거하여 후술함). 이것에 의해, 예컨대, 이 적외선 렌즈(3a)를 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자(Id)와 조합하여, 해상도가 높은 적외선 화상을 얻을 수 있다.
이러한 구성의 제 1 및 제 2 렌즈(L1, L2)는, 다음과 같이 하여 형성된다. 즉, 렌즈 형상의 금형을 이용하여 황화아연 원료 분말을 비산화성 분위기 중(예컨대, 진공, Ar 등의 불활성 가스 또는 이들의 조합 등)에서 열간 압축 성형함으로써, 다결정 황화아연 소결체인 렌즈(L1, L2)를 얻는다. 이와 같이, 황화아연을 이용한 금형 성형에 의해 렌즈(L1, L2)를 제조함으로써, 적외선 렌즈(3a)의 재료 비용 및 가공 비용을 대폭 삭감할 수 있다. 또, 성형 후의 렌즈(L1, L2)에 대한 연마, 연삭 등의 기계 가공을 행하도록 하여도 좋다.
보다 상세하게는, 상기한 황화아연 원료 분말로는, 평균 입자 직경 0.5~2㎛에서 순도 98% 이상의 분말을 이용한다. 또한, 열간 압축 성형의 제조건은 온도 900~1100℃, 압력 150~800㎏/㎠이 적당하다. 압력 유지 시간은 평균적으로는 0.05~1.5시간이며, 온도 및 압력 조건과의 조합에 따라 적절히 조절된다.
이 다결정 황화아연 렌즈는, 그 투과 특성을 향상시키기 위해, 혹은 렌즈 표면을 외부 환경에서 보호하기 위해, 코팅을 실시하는 것도 효과적이다. 그 때의 코팅층의 재질이나 두께는 그 적외선 렌즈의 사용 방법, 장소, 상황을 감안해서 적절히 선택된다. 예컨대, 투과 특성을 향상시키기 위해, 렌즈 표면을 반사 방지막에 의해 코팅하는 처리(AR 코팅 처리)를 하여도 좋다. 혹은, 렌즈 강도를 높이기 위해, 제 1 렌즈(L1)의 물체 쪽에 가장 가깝게 위치하는 렌즈면(면 번호 1)의 표면을, DLC(Diamon-like Carbon)막 등의 초경질막에 의해 코팅하는 처리(DLC 코팅 처리)를 하여도 좋다.
특히, 본 실시예 3에 따른 적외선 렌즈(3a)를 차량 탑재 나이트비전용 적외선 카메라에 적용하는 것을 상정한 경우는, 상기한 DLC 코팅 처리는 매우 효과적이다. 나이트비전용 적외선 카메라는, 통상, 차량의 프론트 그릴부와 같은, 비바람이나 주행 중 비래물에 노출되는 가혹한 환경 하에서 설치된다. 따라서, 렌즈의 손상 대책이나 오염 대책 등의 내환경 대책은 중요하고, 외부 환경에 노출되는 최외의 렌즈면(면 번호 1)에 DLC 코팅 처리를 함으로써, 이 대책을 간편하게 실현할 수 있다. 또, 나이트비전용 적외선 카메라의 내환경 대책으로는, 종래, 최외 렌즈면의 전단에 소정의 창재를 설치하는 등의 조치를 취하고 있었다. 그러나, 창재의 재료로서 주로 이용되는 게르마늄은 비싸기 때문에, 비용이 상승한다. 또한, 창재를 추가적으로 설치함으로써, 렌즈 모듈이 전체로서 대형화되어 버린다. 한편, DLC 코팅 처리에 의한 내환경 대책으로는 이러한 문제가 발생하지 않기 때문에, 창재를 설치하는 경우와 비교하면, 비용의 절감 및 모듈의 소형화를 도모할 수 있어, 유리하다.
그런데, 소정의 광학 성능을 갖는 적외선 렌즈(3a)를 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형에 의해 저비용으로 제조하기 위해서는, 렌즈(L1, L2)의 외경이나 두께 등의 구성에 대하여, 그 성형에 적합한 구성을 채용해야 한다.
우선, 렌즈(L1, L2)의 외경 Rd에 대해서는, 렌즈(L1, L2)의 외경 Rd를 크게 하는 만큼 밝은 이미지를 얻을 수 있지만, 외경 Rd를 확대하는 만큼 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시에 필요로 되는 프레스 기구의 압축력이 증대한다. 이 때문에, 가공 비용 등의 관점으로부터, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1, L2)의 외경 Rd는, 이하의 관계식:
Rd<40㎜
을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 프레스 기구의 압축력을 억제할 수 있기 때문에, 렌즈 가공을 위한 설비 비용을 억제할 수 있다.
다음에, 렌즈(L1, L2)의 두께에 대해서는, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성(기계 강도, 가공 정밀도 등)을 확보하기 위해 어느 정도의 두께가 필요한 한편, 두께가 커지면 렌즈 투과 시의 광량 손실이 커짐과 동시에, 열간 압축 성형 시에 렌즈(L1, L2)의 두께 방향에 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향으로 굴절률의 분포가 발생하기 쉽게 된다. 이 때문에, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 렌즈(L1, L2)의 두께에 대해서는, 중심 두께 Tm 및 코바 두께 Te가 이하의 관계식:
1.5㎜<Tm<8.0㎜
1.0㎜<Te<8.0㎜
을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 렌즈 형상의 금형을 이용한 열간 압축 성형 시의 성형성을 확보하면서, 두께가 얇게 렌즈 투과 시의 광량 손실이 억제된 적외선 렌즈(3a)를 실현할 수 있음과 동시에, 렌즈(L1, L2)의 두께를 억제함으로써, 열간 압축 성형 시에 렌즈의 두께 방향으로 압축력의 분포가 발생하여 두께 방향에 굴절률의 분포가 발생하는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
또한, 촬상 소자(Id)로는, 8~12㎛대에 감도를 가진, 바로미터, 서모파일, SOI 다이오드 등의 비냉각 열형 촬상 소자가 이용된다. 통상, 160×120, 320×240과 같은 화소수의 촬상 소자(Id)가 이용되지만, 화소 피치가 좁은(예컨대, 25㎛) 촬상 소자(Id)를 이용함으로써, 적외선 렌즈(3a)는 제조상 바람직한 최대 직경이 30㎜ 정도로 된다.
<실시예>
이하에서는, 본 실시예 3의 구체예로서, 3개의 바람직한 실시예 3-1, 3-2, 3-3에 대하여 기재한다. 또한, 그 실시예 3-1, 3-2, 3-3에 대한 비교예로서 2개의 실시예 3-4, 3-5를 소개하고, 실시예 3-1, 3-2, 3-3과 실시예 3-4, 3-5를 비교한다. 또, 실시예 3-1은 상기 f1/f가 1.37로 설정된 것이고, 실시예 3-2는 상기 f1/f가 1.50으로 설정된 것이며, 실시예 3-3은 상기 f1/f가 1.25로 설정된 것이다. 또한, 실시예 3-4는 상기 f1/f가 1.55로 설정된 것이고, 실시예 3-5는 상기 f1/f가 1.20으로 설정된 것이다.
[실시예 3-1]
실시예 3-1에 따른 적외선 렌즈(3a)는, 도 101 내지 도 103에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.37, F값은 1.01, 최대 직경은 18.0㎜, 시야각은 30°로 설정되어 있다(단, 시야각은 화소 피치 25㎛, 화소 크기 320×240의 촬상 소자와 조합한 경우의 값). 또한, 도 53에 나타내는 제 1 면, 제 2 면, 제 3 면 및 제 4 면의 비구면 형상(회절면 형상)은 그 파라미터를 다음 수학식:
에 대입함으로써 결정된다(이하 마찬가지). 상기 수학식에서, Z는 비구면상의 점으로부터 비구면의 정점에 접하는 평면에 내린 수직선의 길이(㎜)이며, y는 광축으로부터의 높이(㎜)이며, K는 이심율(離心率)이며, R은 근축 곡률 반경이며, A2, A4, A6, A8은 각각 2차, 4차, 6차, 8차 비구면 계수이다. 또한, N은 굴절률이며, λ는 참조 파장의 값이며, C1, C2는 회절면 계수이다.
본 실시예 3-1의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 10.5°, 12.0°, 15.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 새지털, 탄젠셜의 MTF는, 도 104 내지 도 110에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또, 도 104 내지 도 110에서, Ave.는 8~12㎛의 MTF값을 평균한 그래프이다(이하 마찬가지).
또한, 그 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 구면 수차, 비점 수차는 도 111 및 도 112에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있고, 디스토션은 도 113에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 시야각 내의 각 이미지 높이에 대응하는 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 횡 수차는, 도 114(a) 내지 도 114(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다(각 도면에서 왼쪽이 탄젠셜, 오른쪽이 새지털에 대응하고 있음).
[실시예 3-2]
실시예 3-2에 따른 적외선 렌즈(3b)는, 도 115 내지 도 117에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.50, F값은 1.09, 최대 직경은 16.6㎜, 시야각은 30°로 설정되어 있다.
본 실시예 3-2의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 10.5°, 12.0°, 15.0°)에서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는, 도 118 내지 도 124에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 125 내지 도 127, 도 128(a) 내지 도 128(e)에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다.
[실시예 3-3]
실시예 3-3에 따른 적외선 렌즈(3c)는 도 129 내지 도 131에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.25, F값은 1.05, 최대 직경은 17.3㎜, 시야각은 30°로 설정되어 있다.
본 실시예 3-3의 구성에 있어서의 시야각 내(0°, 10.5°, 12.0°, 15.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF는 도 132 내지 도 138에 나타내는 바와 같은 특성으로 되어 있다. 또한, 그 구면 수차, 비점 수차, 디스토션, 횡 수차는 도 139 내지 도 141, 도 142(a) 내지 도 142(e)에 나타내는 바와 같은 특성으 로 되어 있다.
[실시예 3-4]
실시예 3-4에 따른 적외선 렌즈(3d)는 도 143 내지 도 145에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.55, F값은 1.10, 최대 직경은 16.4㎜, 시야각은 30°로 설정되어 있다. 본 실시예 3-4의 구성에 있어서도, 그 시야각 내(0°, 10.5°, 12.0°, 15.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 150(e)에 근거하여 후술한다.
[실시예 3-5]
실시예 3-5에 따른 적외선 렌즈(3e)는, 도 146 내지 도 148에 나타내는 구성을 갖고, f1/f는 1.20, F값은 1.04, 최대 직경은 17.4㎜, 시야각은 30°로 설정되어 있다.
본 실시예 3-5의 구성에 있어서도, 그 시야각 내(0°, 10.5°, 12.0°, 15.0°)에 있어서의 파장 8㎛, 10㎛, 12㎛에 대한 MTF 특성을 조사하고 있고, 그 결과는 도 149(a)에 근거하여 후술한다.
[정리]
도 149(a) 내지 도 149(c)와, 도 150(d) 및 도 150(e)는 상기의 실시예 3-1 내지 실시예 3-5의 MTF 특성 등을 표로 정리한 것이고, 실시예 3-5, 실시예 3-3, 실시예 3-1, 실시예 3-2, 실시예 3-4의 순서로 게재되어 있다. 각 표 중의 MTF값은 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 값으로 되어 있다. 또한, 각 표 중에, 그 위쪽으로부터 아래쪽으로, 파장 12㎛, 10㎛, 8㎛의 시야각 내의 각 이미지 높이에 있어서의 MTF값, 그 8~12㎛의 MTF값의 평균값을 기재하고 있다.
여기서, 8~12㎛의 파장대를 타깃으로 한 적외선 렌즈의 광학 성능에 관한 평가 기준으로는, 예컨대, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자(Id)와의 조합을 상정한 경우, 공간 주파수 20 lp/㎜에서의 MTF가 0.2를 하회하면, 현저히 화상의 콘트라스트가 저하하는 것을 경험적으로 알고 있다.
그래서, 전화각 및 8~12㎛의 전파장에 있어서 MTF가 0.2 이상으로 되어 있는지 여부를 기준으로 하여, 상기의 실시예 3-1 내지 실시예 3-5를 평가하는 것으로 한다. 그렇게 하면, 도 149(a) 내지 도 149(c), 도 150(d) 및 도 150(e)에 나타내는 MTF 특성보다, f1/f의 값이 상기 관계식 (6)의 조건을 만족하는 실시예 3-1 내지 실시예 3-3에 대해서는, 전화각 및 전파장에서 0.2 이상의 MTF를 얻을 수 있지만, f1/f의 값이 상기 관계식 (6)의 조건을 만족하지 않는 실시예 3-4 및 실시예 3-5에 대해서는, 화각, 파장에 따라서는 0.2 이상의 MTF를 얻을 수 없는 부분이 발생하고 있다. 이것으로부터, 전화각 및 전파장에 있어 0.2 이상의 MTF를 얻기 위해서는, 상기 관계식 (6)과 같이, f1/f의 값을 1.25 이상, 1.5 이하의 범위 내에 설정하면 되는 것을 알 수 있다.
<적용예>
이하에서는, 상기 실시예 1, 2, 3에 따른 적외선 렌즈(1a~1c, 2a~2c, 3a~3c)가 차량 탑재용의 나이트비전에 적용된 경우에 대하여 설명한다. 이 나이트비전은, 도 151에 나타내는 바와 같이, 차량의 전단부 등에 설치된 적외선 카메라(21)와, 차량 내에서의 운전석으로부터 시인 가능한 위치에 마련된 액정 표시 장치 등에 의해 되는 표시부(23)와, 적외선 카메라(21)가 촬상한 화상에 근거하여 화상 처리(콘트라스트에 근거하여 화상 중에서 인간을 추출하는 처리 등)를 하여, 그 처리 결과에 근거해 경고 화상 등을 표시부(23)에 표시시키는 제어부(25)를 구비하여 구성되어 있다. 적외선 카메라(21)는 상술한 적외선 렌즈(1a~1c, 2a~2c, 3a~3c), 적외선 투과창(Fi) 및 촬상 소자(Id)를 구비하여 구성되어 있고, 야간 등에서 차량 전방의 물체(사람 등)가 발생하는 적외선을 수광함으로써, 차량 전방의 적외선 화상을 촬상한다.
이와 같이, 상기 실시예 1, 2, 3에 따른 적외선 렌즈(1a~1c, 2a~2c, 3a~3c)를 이용하여 나이트비전을 구성함으로써, 제어부(25)에 의한 화상 처리에 의해 적외선 화상 중에서 인간을 추출하는 데 필요한 고해상도이고 밝으며 콘트라스트도 높은 화상을 얻을 수 있다. 이것에 의해, 예컨대, 야간이더라도 경치가 밝은 하계의 영상(하계 영상은 배경과 사람(보행자 등)의 휘도차가 작아짐)이더라도, 화상 처리에 의해 화상 중 인간을 인식 가능하게 할 수 있다. 또한, 적외선 렌즈(1a~1c, 2a~2c, 3a~3c)가 소형화에 적합하기 때문에, 적외선 카메라의 소형화를 도모할 수 있어, 용이하게 차량에 탑재 가능한 나이트비전을 구성할 수 있다.
Claims (21)
- 물체 쪽으로부터 순서대로, 적어도 제 1 및 제 2 렌즈군을 구비하고,상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 정의 굴절력을 갖고,상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 갖고,이하의 관계식:1.25≤f1/f≤1.5(단, f : 제 1 및 제 2 렌즈군 전체의 초점 거리f1 : 제 1 렌즈군의 초점 거리)를 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 또는 제 2 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군을 구성하는 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 삭제
- 물체 쪽으로부터 순서대로, 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈군을 구비하고,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 정의 굴절력을 갖고,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 가짐과 아울러,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 물체 쪽으로 볼록면을 향한 1매의 정 메니스커스(meniscus lens) 렌즈에 의해 각각 구성되어 있고,이하의 관계식:1.0≤f1/f≤1.4(단, f : 제 1 내지 제 3 렌즈군 전체의 초점 거리f1 : 제 1 렌즈군에 구비되는 정 메니스커스 렌즈의 초점 거리)를 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 정 메니스커스 렌즈의 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 삭제
- 물체 쪽으로부터 순서대로, 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈군을 구비하고,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 정의 굴절력을 갖고,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군은 각각 황화아연에 의해 형성된 적어도 1매의 렌즈를 가짐과 아울러,상기 제 1 및 제 3 렌즈군은 물체 쪽으로 볼록면을 향한 1매의 정 메니스커스 렌즈에 의해 각각 구성되어 있고,상기 제 2 렌즈군은 이미지 측으로 볼록면을 향한 1매의 부 메니스커스 렌즈에 의해 구성되어 있는것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈면은 회절면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 정 메니스커스 렌즈의 적어도 어느 한쪽의 면은 비구면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,이하의 관계식:1.05≤f12/f≤1.75단, f : 제 1 내지 제 3 렌즈군 전체의 초점 거리f12 : 제 1 및 제 2 렌즈군의 합성 초점 거리를 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈는 렌즈 형상의 금형을 이용하여, 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 외경 Rd는 이하의 관계식:Rd<40㎜을 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 중심 두께 Tm 및 코바(CORBA) 두께 Te는, 이하의 관계식:1.5㎜<Tm<8.0㎜1.0㎜<Te<8.0㎜을 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 1, 2, 5, 6, 9, 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군 중 상기 물체 쪽의 가장 가까이에 위치하는 렌즈면에는, 초경질막에 의한 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 청구항 1, 2, 5, 6, 9, 10 중 어느 한 항에 기재된 적외선 렌즈와,상기 적외선 렌즈에 의해 결상된 이미지를 촬상하는 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
- 청구항 17에 기재된 적외선 카메라와,상기 적외선 카메라에 의해 촬상된 화상을 표시하는 표시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 나이트비전.
- 제 5, 6, 9, 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 적어도 어느 하나의 렌즈는 렌즈 형상의 금형을 이용하여, 황화아연 원료 분말을 열간 압축 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 5, 6, 9, 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 외경 Rd는 이하의 관계식:Rd<40㎜을 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
- 제 5, 6, 9, 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 내지 제 3 렌즈군에 구비되는 모든 렌즈의 중심 두께 Tm 및 코바(CORBA) 두께 Te는, 이하의 관계식:1.5㎜<Tm<8.0㎜1.0㎜<Te<8.0㎜을 만족하는 것을 특징으로 하는 적외선 렌즈.
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