WO2007086178A1 - 赤外線レンズ、赤外線カメラ及びナイトビジョン - Google Patents

赤外線レンズ、赤外線カメラ及びナイトビジョン Download PDF

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WO2007086178A1
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infrared
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infrared lens
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Tatsuya Izumi
Chihiro Hiraiwa
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G02B9/16—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - + all the components being simple

Definitions

  • Infrared lens Infrared lens, infrared camera and night vision
  • the present invention relates to an infrared lens (particularly a far infrared lens), an infrared camera, and night vision.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-295505
  • zinc sulfide compared to force germanium, which is a low-cost lens material, zinc sulfide generally has a large increase in light loss due to increased thickness in the far-infrared wavelength region (8-12 m). (See, for example, FIG. 152).
  • the wavelength range of 10 m or more it is known that the light loss due to internal absorption of the material is larger than the light loss due to surface reflection, and the transmittance is greatly reduced.
  • human recognition is determined by processing the image obtained by the infrared camera, and it is necessary to obtain an image with sufficient resolution to improve the recognition performance. .
  • the thickness of the lens is large (the thickness of the entire lens reaches about 14 mm), and no consideration is given to making the lens thin. Therefore, it is difficult to obtain an infrared image that can withstand practical use as night vision. Also, the MTF (Modulation Transfer Function) obtained by the configuration of the embodiment is not sufficient, and there is a problem in terms of imaging performance.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • the distortion force becomes large in a wide-angle region (a region where the viewing angle is 20 ° or more, for example).
  • the infrared lens described in Patent Document 1 has a problem that the processing cost of the lens is high because the lens is formed by cutting. [0007] Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an infrared lens suitable for night vision with a low-cost configuration and a bright image and high imaging performance, and related technology. Means for solving the problem
  • the object side force also includes at least first and second lens groups in order, and the first and second lens groups have positive refractive power, Each of the first and second lens groups has at least one lens formed of zinc sulfate.
  • At least one lens surface provided in the first or second lens group is a diffractive surface. Infrared lens.
  • At least one of the surfaces constituting the first lens group is an aspheric surface. lens.
  • the object-side force also includes first, second, and third lens groups in order, and the first to third lens groups have positive refractive power, and the first The third lens group has at least one lens formed of zinc sulfide, and
  • Each of the first to third lens groups is constituted by a single positive meniscus lens having a convex surface facing the object side.
  • At least one lens surface provided in the first to third lens groups is a diffractive surface.
  • at least one of the surfaces of the positive meniscus lens constituting the first lens group is an aspherical surface.
  • the object-side force also includes first, second, and third lens groups in order, and the first to third lens groups have positive refractive power, and the first
  • the third lens group has at least one lens made of zinc sulfate, and the first and third lens groups are one positive meniscus lens having a convex surface facing the object side.
  • the second lens group is composed of a single negative meniscus lens having a convex surface facing the image side.
  • the tenth invention is characterized in that, in the infrared lens according to the ninth aspect, at least any one lens surface provided in the first to third lens groups is a diffractive surface. Infrared lens.
  • At least one of the shifted surfaces of the positive meniscus lens constituting the first lens group is an aspherical surface.
  • any one of the first to twelfth infrared lenses at least one lens provided in the first to third lens groups uses a lens-shaped mold.
  • the zinc raw material powder is formed by hot compression molding.
  • the outer diameters Rd of all the lenses included in the first to third lens groups are expressed by the following relational expression:
  • the infrared lens according to the sixteenth aspect of the invention is the infrared ray lens according to any one of the first to fifteenth aspects, in particular, a lens located closest to the object side in the first lens group.
  • the surface is coated with a super-hard film.
  • An infrared camera includes the infrared ray lens according to any one of the first to sixteenth aspects, and an imaging element that picks up an image formed by the infrared lens. It is characterized by that.
  • a night vision comprising the infrared camera according to the seventeenth aspect and a display element that displays an image captured by the infrared camera is configured.
  • all the lenses are formed of zinc sulfate with low material cost, and the entire lens is configured by at least the first and second lens groups having positive refractive power. Therefore, it is possible to improve the imaging performance while minimizing the thickness of each lens and suppressing the loss of light quantity when passing through the lens.
  • a line lens can be provided.
  • the chromatic aberration which is likely to cause a problem in the infrared lens, can be effectively improved by the diffraction surface.
  • the aberration can be effectively improved by providing the aspherical surface in the lens constituting the first lens group that has a large aperture and is likely to cause spherical aberration.
  • the lenses constituting the first lens group have the largest diameter, when the aspherical surface is provided in the first lens group, the intensity of the aspheric shape change (degree of undulation) is provided in other lens groups. It is possible to reduce the size compared to the above, and the force is easy in terms of mold fabrication and lens processing.
  • the entire lens is constituted by three positive meniscus lenses having a convex surface facing the object side.
  • An image forming performance can be improved while suppressing a loss of light amount, and an infrared lens having a high image forming performance with a bright image can be provided with a low-cost configuration.
  • the chromatic aberration that tends to cause a problem in the infrared lens can be effectively improved by the diffraction surface.
  • the aberration can be effectively improved by providing the aspherical surface on the lens constituting the first lens group having a large aperture and easily generating spherical aberration.
  • the lenses constituting the first lens group have the largest diameter, an aspheric surface is provided in the first lens group, so that the intensity of the aspheric shape change (degree of undulation) is provided in other lens groups. It can be made smaller compared to the other, and processing is easy in terms of mold fabrication and lens processing.
  • the eighth invention while adopting a compact configuration, the entire wavelength range of infrared rays received for imaging (for example, 8 to 12 m) in the entire range within a predetermined viewing angle of the infrared lens. ) Sufficient imaging performance (for example, MTFO. 2 or higher) can be obtained.
  • the first and third lens groups are a single piece with a convex surface facing the object side.
  • Each lens is composed of a positive meniscus lens
  • the second lens group is composed of a single negative meniscus lens having a convex surface facing the image side. It is possible to improve the imaging performance while suppressing the loss of light amount when passing through the lens, and to provide an infrared lens having a high imaging performance that brightens the image with a low-cost configuration. Further, by suppressing the thickness of the entire lens as compared with a conventional zinc oxide lens, it is possible to reduce the lens cost and the light amount loss during the lens transmission.
  • the chromatic aberration which is likely to cause a problem in the infrared lens, can be effectively improved by the diffraction surface.
  • the aberration can be effectively improved by providing the aspherical surface in the lens constituting the first lens group having a large aperture and easily generating spherical aberration.
  • the lenses constituting the first lens group have the largest diameter, an aspheric surface is provided in the first lens group, so that the intensity of the aspheric shape change (degree of undulation) is provided in other lens groups. It can be made smaller compared to the other, and processing is easy in terms of mold fabrication and lens processing.
  • the entire wavelength range of infrared rays received for imaging (for example, 8 to 12 m) in the entire range within a predetermined viewing angle of the infrared lens. ) Sufficient imaging performance (for example, MTFO. 2 or higher) can be obtained.
  • the material cost and the cover cost of the infrared lens can be greatly reduced.
  • the compression force of the press mechanism can be suppressed when a lens is formed by hot compressing zinc sulfide raw material powder using a lens-shaped mold.
  • the equipment cost for the lens can be reduced.
  • the fifteenth invention when a lens is formed by hot compressing zinc sulfide raw material powder using a lens-shaped mold, while ensuring moldability during hot compression molding, It is possible to realize an infrared lens with a small thickness and reduced light loss when transmitting through the lens.
  • the coating by applying the coating, the transmission characteristics can be improved, or the lens surface can be protected against external environmental forces.
  • the seventeenth invention it is possible to provide an infrared camera suitable for in-vehicle use because it is possible to obtain a high-resolution, bright and high-contrast image, which is advantageous for downsizing.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of Example 1-1 of an infrared lens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 5.3 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 6 Graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height in the configuration of Fig. 1 is 5.3 °.
  • FIG. 7 is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 6.4 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 8 Graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 6.4 ° in the configuration of Fig. 1.
  • FIG. 9 is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 7.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 7.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration of FIG.
  • FIG. 12 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration of FIG.
  • FIG. 13 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG.
  • FIGS. 14 (a) to 14 (e) show transverse aberration characteristics corresponding to the respective image heights in the configuration of FIG. It is a graph which shows.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of Example 1-2 of the infrared lens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG.
  • FIG. 17 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 18 is a graph showing the MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 19 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 6.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 20 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 6.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 21 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 7.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 22 is a graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 7.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 23 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 8.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 24 is a graph showing the MTF characteristic (tangential) when the image height is 8.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 25 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration of FIG.
  • FIG. 16 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration of FIG.
  • FIG. 27 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG.
  • FIG. 28 (a) to FIG. 28 (e) are graphs showing transverse aberration characteristics corresponding to image heights in the configuration of FIG.
  • FIG. 29 is a diagram showing a configuration of Example 1-3 of the infrared lens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 30 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 29.
  • FIG. 31 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 29.
  • FIG. 32 is a graph showing MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 33 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 5.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 34 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 5.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 35 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 6.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 36 is a graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 6.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 37 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 7.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 38 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 7.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 39 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration of FIG. 29.
  • FIG. 40 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration of FIG. 29.
  • FIG. 41 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 29.
  • FIG. 42 (a) and FIG. 42 (e) are graphs showing transverse aberration characteristics corresponding to image heights in the configuration of FIG.
  • FIG. 43 is a diagram showing a configuration of Example 1-4 of an infrared lens.
  • FIG. 44 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 43.
  • 45 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 43.
  • FIG. 46 is a diagram showing a configuration of Example 1-5 of an infrared lens.
  • FIG. 47 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 46.
  • FIG. 48 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 46.
  • FIGS. 49 (a) to 49 (c) are tables showing MTF characteristics and the like of Examples 1-5, 1-3, 1-1.
  • FIG. 50 (a) and FIG. 50 (b) are tables showing MTF characteristics and the like of Examples 1-2 and 1-4.
  • FIG. 51 is a diagram showing a configuration of Example 2-1 of an infrared lens according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 52 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 51.
  • FIG. 53 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 51.
  • FIG. 54 is a graph showing MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 55 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 10.9 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 56 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 10.9 ° in the configuration of FIG.
  • FIG.57 A graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.15 ° in the configuration of Fig.51.
  • FIG. 58 is a graph showing the MTF characteristic (tangential) when the image height is 12.15 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 59 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 15.34 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 60 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 15.34 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 61 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 51.
  • FIG. 61 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 51.
  • FIG. 63 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 51.
  • FIG. 65 is a diagram showing a configuration of Example 2-2 of the infrared lens according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 66 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 65.
  • FIG. 67 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 65.
  • FIG. 68 is a graph showing MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG. 65.
  • FIG. 69 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 11.1 ° in the configuration of FIG.
  • FIG.70 Shows MTF characteristics (tangential) at an image height of 11.1 ° in the configuration of Fig.65. It is a graph.
  • FIG. 71 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.7 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 72 is a graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 12.7 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 73 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 16.2 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 74 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 16.2 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 75 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration of FIG. 65.
  • FIG. 76 is a graph showing the astigmatism characteristics in the configuration of FIG. 65.
  • FIG. 77 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 65.
  • FIG. 78 is a graph showing transverse aberration characteristics corresponding to each image height in the configuration of FIG.
  • FIG. 79 is a diagram showing a configuration of Example 2-3 of the infrared lens according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 80 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 79.
  • FIG. 81 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 79.
  • FIG. 82 is a graph showing MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG. 79.
  • FIG. 83 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 11.0 ° in the configuration of FIG. 79.
  • FIG. 84 is a graph showing the MTF characteristic (tangential) when the image height is 11.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 85 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 86 is a graph showing the MTF characteristic (tangential) when the image height is 12.5 ° in the configuration of FIG. 79.
  • FIG. 87 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 16.0 ° in the configuration of FIG. 79.
  • Fig.88 A graph showing the MTF characteristics (tangential) when the image height is 16.0 ° in the configuration of Fig.79.
  • FIG. 89 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 79.
  • FIG. 90 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration in FIG. 79.
  • FIG. 91 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 79.
  • FIG. 93 is a view showing a structure of Example 2-4 of an infrared lens.
  • FIG. 94 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 93.
  • FIG. 95 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 93.
  • FIG. 96 is a diagram showing a configuration of Example 2-5 of an infrared lens.
  • FIG. 97 is a diagram showing a surface shape, a surface interval, and an aperture radius of each lens in FIG.
  • 98 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 96.
  • FIG. 99 is a view showing a table summarizing MTF characteristics and the like of Examples 2-5, 2-3, and 2-1.
  • FIG. 100 is a view showing a table summarizing MTF characteristics and the like of Examples 2-2 and 2-4.
  • FIG. 101 is a diagram showing a configuration of Example 3-1 of an infrared lens according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 102 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 101.
  • FIG. 103 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 101.
  • FIG. 104 is a graph showing the MTF characteristic when the image height is 0 ° in the configuration of FIG. 101.
  • FIG.105 A graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 10.5 ° in the configuration of Fig.101.
  • FIG. 106 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 10.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 107 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG.109 A graph showing MTF characteristics (sagittal) at the image height of 15.0 ° in the configuration of Fig. 101. It is rough.
  • FIG. 110 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 15.0 ° in the configuration of FIG.
  • 111 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 101.
  • 112 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration in FIG. 101.
  • 113 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 101.
  • ⁇ 114] is a graph showing transverse aberration characteristics corresponding to each image height in the configuration of FIG.
  • FIG. 115 is a diagram showing a configuration of Example 3-2 of the infrared lens according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 115 is a diagram showing a configuration of Example 3-2 of the infrared lens according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 116 is a diagram showing the surface shape, surface interval, and aperture radius of each lens in FIG. 115.
  • 117 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 115.
  • FIG. 118 is a graph showing the MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 118 is a graph showing the MTF characteristics when the image height is 0 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 119 is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 10.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 120 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 10.5 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 121 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.0 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 122 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 12.0 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 123 is a graph showing MTF characteristics (sagittal) when the image height is 15.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 124 is a graph showing an MTF characteristic (tangential) when the image height is 15.0 ° in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 125 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 115.
  • FIG. 125 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration in FIG. 115.
  • FIG. 126 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration in FIG. 115.
  • FIG. 126 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration in FIG. 115.
  • FIG. 127 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 115.
  • FIG. 127 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 115.
  • ⁇ 128] is a graph showing transverse aberration characteristics corresponding to each image height in the configuration of FIG.
  • FIG. 129 is a diagram showing a configuration of Example 3-3 of the infrared lens according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 130 is a diagram showing the surface shape, surface spacing, and aperture radius of each lens in FIG. 129.
  • FIG. 130 is a diagram showing the surface shape, surface spacing, and aperture radius of each lens in FIG. 129.
  • FIG. 131 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 129.
  • FIG. 131 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 129.
  • FIG.133 This is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 10.5 ° in the configuration of Fig.129.
  • FIG. 134 is a graph showing the MTF characteristic (tangential) when the image height is 10.5 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 135 is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 12.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 136 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 12.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 137 This is a graph showing the MTF characteristics (sagittal) when the image height is 15.0 ° in the configuration of Fig. 129.
  • FIG. 138 is a graph showing MTF characteristics (tangential) when the image height is 15.0 ° in the configuration of FIG.
  • FIG. 139 is a graph showing spherical aberration characteristics in the configuration of FIG. 129.
  • FIG. 140 is a graph showing astigmatism characteristics in the configuration in FIG. 129.
  • FIG. 141 is a graph showing distortion characteristics in the configuration of FIG. 129.
  • ⁇ 142 is a graph showing transverse aberration characteristics corresponding to image heights in the configuration of FIG.
  • FIG. 143 is a diagram showing a configuration of Example 3-4 of an infrared lens.
  • FIG. 144 is a diagram showing the surface shape, surface spacing, and aperture radius of each lens in FIG. 143.
  • FIG. 145 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 143.
  • FIG. 145 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 143.
  • FIG. 146 is a diagram showing a configuration of Example 3-5 of an infrared lens.
  • FIG. 147 is a diagram showing the surface shape, surface spacing, and aperture radius of each lens in FIG. 146.
  • FIG. 148 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 146.
  • FIG. 148 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 146.
  • FIG. 149 is a view showing a table summarizing MTF characteristics and the like of Examples 3-5, 3-3, and 3-1.
  • FIG. 150 is a chart showing a table summarizing MTF characteristics and the like of Examples 3-2 and 3-4.
  • FIG. 151 is a diagram schematically showing a configuration of night vision.
  • FIG. 152 is a graph showing the relationship between the infrared wavelength and transmittance of a zinc sulfate lens (without AR coating) for several lens thicknesses.
  • Embodiment 1 of the present invention A basic configuration of an infrared lens according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. Here, only the basic configuration of the infrared lens la in FIG. 1 will be described, and a more detailed configuration will be described later as an example.
  • the infrared lens la includes first to third lenses L1 to L3 formed of zinc sulfide in order from the object side.
  • the first to third lenses L1 to L3 are positive meniscus lenses having a convex surface facing the object side, and these first to third lenses L1 to L3 respectively represent the first to third lens groups according to the present invention. It is composed.
  • the light (infrared rays) transmitted through the lenses L1 to L3 enters the light receiving surface of the image sensor Id through the infrared transmitting window Fi and forms an image on the light receiving surface.
  • each lens group may be configured by using two or more lenses, and each lens group may be configured by using one lens L1 to L3 to form the first to third lens groups.
  • the number of lenses in the lens group may be different from each other.
  • the infrared lens la is composed of three positive meniscus lenses in which all the lenses L1 to L3 are formed of zinc sulfide, which is inexpensive in material cost, and the force is directed toward the object side. Therefore, it is possible to improve the imaging performance while suppressing the loss of light quantity when transmitting through the lens by reducing the thickness of each lens L1 to L3, and the image is bright with a low-cost configuration. It has become possible to provide a high-performance infrared lens la. In addition, by suppressing the thickness of the entire lens compared to the conventional zinc sulfide lens, it is possible to reduce the light loss when transmitting through the lens!
  • the concave surface (image side surface) of the first lens L1 is a diffractive surface, which easily becomes a problem for the infrared lens la and can effectively improve chromatic aberration! /
  • a diffractive surface on the first lens L1 which requires a large refractive power and is likely to generate chromatic aberration
  • the effect of improving chromatic aberration by providing the diffractive surface can be maximized.
  • the diffractive surface on the image side surface of the first lens L1 it is possible to prevent the diffractive surface from being exposed to the external environment and dust from being attached to the diffractive surface.
  • At least one of the convex surface and the concave surface of the first lens L1 is an aspherical surface.
  • the concave surface of the first lens L1 and the convex surface (object side surface) of the third lens are aspherical surfaces, and the other lens surfaces are spherical surfaces.
  • the F value of the infrared lens la is set to about 0.8 to 1.2.
  • the infrared lens la has the following relational expression:
  • this infrared lens la can be combined with an imaging element Id having a pixel pitch of 25 m and a pixel size of 320 ⁇ 240 to obtain an infrared image with high resolution.
  • the first to third lenses L1 to L3 having such a configuration are formed as follows. That is, by using hot compression molding of zinc sulfide raw material powder in a non-oxidizing atmosphere (for example, vacuum, inert gas such as Ar, or a combination thereof) using a lens-shaped mold, Lenses L1 to L3, which are crystallized zinc oxide sintered bodies, are obtained. Thus, by manufacturing the lenses L1 to L3 by die molding using zinc sulfate, the material cost and the cover cost of the infrared lens la can be greatly reduced. In addition, it is possible to perform mechanical processing such as polishing and grinding on the molded lenses L1 to L3.
  • a non-oxidizing atmosphere for example, vacuum, inert gas such as Ar, or a combination thereof
  • the above zinc sulfate zinc raw material powder a powder having an average particle diameter of 0.5 to 2 ⁇ m and a purity of 98% or more is used. Further, conditions of the hot compression molding, the temperature 900 to 1100 ° C, the pressure 150 ⁇ 800KgZcm 2 is suitable. The pressure holding time is on average 0.05-1-5 hours, and is appropriately adjusted according to the combination of temperature and pressure conditions.
  • the outer diameter and thickness of the lenses L1 to L3 are not limited.
  • the material and thickness of the coating layer are selected appropriately in consideration of the usage method, location, and situation of the infrared lens. It is.
  • the lenses L1 to L3 must have a certain thickness to ensure moldability (mechanical strength, processing accuracy, etc.) during hot compression molding using a lens-shaped mold.
  • moldability mechanical strength, processing accuracy, etc.
  • the center thickness Tm and edge thickness Te are the following relational expressions for the thicknesses of the lenses L1 to L3:
  • the image sensor Id an uncooled thermal image sensor such as a porometer, a thermo pinole, or an SOI diode having sensitivity in the 8 to 12 m band is used.
  • the force with which the image sensor Id with the number of pixels such as 160 X 120 and 320 X 240 is used The pixel pitch is narrow (for example, 2 5 m)
  • the infrared lens la has a maximum diameter of about 30 mm suitable for manufacturing.
  • Example 1-1 flZf is set to 1.10.
  • Example 1-2 flZf is set to 1.40.
  • Example 1-3 flZf is set to 1. Is set to 1.00.
  • Example 1-4 flZf was set to 1.45, and in Example 1-5, flZf was set to 0.96.
  • the infrared lens la according to Example 1-1 has the configuration shown in FIGS. 1 to 3, flZf is 1.10, F-number is 1.1, maximum diameter is 28.4 mm, and viewing angle is 17 °. (However, the viewing angle is the value when combined with an image sensor with a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 x 240).
  • the aspherical surface shape (diffractive surface shape) of the second and fifth surfaces shown in Fig. 3 is expressed by the following equation:
  • ⁇ is the length of the perpendicular (mm) from the point on the aspheric surface to the tangent plane that touches the vertex of the aspheric surface
  • y is the height from the optical axis (mm)
  • K is the eccentricity
  • R is the paraxial radius of curvature
  • A2, A4, A6, A8 are 2 Next, 4th, 6th and 8th order aspheric coefficients.
  • N is the refractive index
  • ⁇ is the value of the reference wavelength
  • C1 is the diffraction surface coefficient.
  • the spherical aberration and astigmatism for the wavelengths 8 m, 10 / ⁇ ⁇ , and 12 m have the characteristics shown in FIGS. 11 and 12, and the distortion has the characteristics shown in FIG. Yes.
  • the lateral aberration for wavelengths 8 m, 10 / ⁇ ⁇ , and 12 m corresponding to each image height within the viewing angle has the characteristics shown in Fig. 14 (a) and Fig. 14 (e). (In each figure, the left side corresponds to tangential and the right side corresponds to sagittal).
  • the infrared lens lb according to Example 1-2 has the configuration shown in FIGS. 15 to 17, fl / f is 1.40, F value is 1.0, the maximum diameter is 25.9 mm, and the viewing angle is 20 Set to °.
  • MTF for wavelengths 8 / ⁇ ⁇ , 10 ⁇ m, 12 / zm within the viewing angles (0 °, 6.0 °, 7.5 °, 8.5 °) in the configuration of this Example 1-2 The characteristics are as shown in Figs. Further, the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have characteristics as shown in FIGS. 25, 27, 28 (a) to 28 (e).
  • the infrared lens lc according to Example 1-3 has the configuration shown in FIGS. 29 to 31, fl / f is 1.00, F-number is 1.1, the maximum diameter is 30. Omm, and the viewing angle is 16 Set to °.
  • MTF for wavelengths 8 / ⁇ ⁇ , 10 ⁇ m, 12 / zm within viewing angles (0 °, 5.0 °, 6.0 °, 7.0 °) in the configuration of Example 1-3 The characteristics are as shown in Figs. Further, the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have characteristics as shown in FIG. 39, FIG. 41, and FIGS. 42 (a) to 42 (e).
  • the infrared lens Id according to Example 1-4 has the configuration shown in FIGS. 43 to 45, fl / f is 1.45, F value is 1.0, the maximum diameter is 25.9 mm, and the viewing angle is 20 Set to °. [0072] Also in the configuration of Example 1-4, the MTF characteristics for wavelengths 8 m, 10 m, and 12 m within the viewing angle (0 °, 6.0 °, 7.5 °, 8.5 °) The results are discussed below based on Fig. 50 (b).
  • the infrared lens le according to Example 1-5 has the configuration shown in FIGS. 46 to 48, fl / f is 0.96, F-number is 1.1, the maximum diameter is 28.4 mm, and the viewing angle is 17 Set to °.
  • Fig. 49 (a) to Fig. 49 (c), Fig. 50 (a) and Fig. 50 (b) show the above Examples 1-1, 1-2, 1-3 and Examples 1-4, 1-5.
  • Table 1 summarizes the MTF characteristics, etc., listed in the order of Example 1-5, Example 1-3, Example 1-1, Example 1-2, and Example 1-4.
  • the MTF values in each table are values at a spatial frequency of 201p / mm. Also, in each table, from the upper side to the lower side, the MTF value at each image height within the viewing angle of wavelength 12 / ⁇ ⁇ , 10 ⁇ m, 8 / zm, and the average value of the 8-12 m MTF values Is described.
  • the flZf value should be 1.0 or more as shown in the relational expression (1) above. 1. It can be seen that it should be set within the range of 4 or less.
  • FIG. 51 the basic configuration of the infrared lens according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
  • the basic configuration of the infrared lens 2a in FIG. 51 will be described, and the more detailed configuration will be described later as an example.
  • the infrared lens 2a includes, in order from the object side, a first lens L1 (first lens group) and a second lens L2 (second lens) formed of zinc sulfate. Lens group) and a third lens L3 (third lens group).
  • the first lens L1 and the third lens L3 are positive meniscus lenses having a convex surface facing the object side, and have a positive refractive power.
  • the second lens L2 is a negative meniscus lens having a convex surface facing the image side and has a positive refractive power.
  • each of the first to third lens groups is configured by one lens L1 to L3.
  • each lens group may be configured by using two or more lenses. It is possible to use a configuration in which the number of lenses in each lens group is different from each other.
  • all the lenses L1 to L3 are formed of zinc sulfide, which is inexpensive in material cost, and the force is also directed to two positive meniscus lenses having a convex surface on the object side and a convex surface on the image side.
  • the infrared lens 2a is composed of a single negative meniscus lens, the imaging performance can be improved while reducing the thickness of each lens L1 to L3 and suppressing the loss of light during lens transmission. It is possible to provide an infrared lens la having a low cost configuration and a bright image and high imaging performance. In addition, by suppressing the thickness of the entire lens as compared with a conventional zinc oxide lens, the loss of light quantity during lens transmission is suppressed.
  • the concave surface (image side surface: surface number 2) of the first lens L1 is a diffractive surface, which easily causes a problem in the infrared lens 2a and can effectively improve chromatic aberration. It becomes like! /
  • a diffractive surface on the first lens L1 which requires large refractive power and is prone to chromatic aberration, the effect of improving chromatic aberration due to the diffractive surface can be maximized. Has become possible.
  • the diffractive surface on the image side surface of the first lens L1 it is possible to prevent the diffractive surface from being exposed to the external environment and adhering dust or the like to the diffractive surface.
  • At least one of the convex surface and the concave surface of the first lens L1 is an aspherical surface.
  • an aspherical surface on the first lens L1 which has a large aperture and is likely to cause spherical aberration, the aberration can be effectively improved.
  • the intensity of the aspherical shape change (swelling degree) can be reduced compared to the case of providing it on other lenses. Caloe is easy in terms of lens processing.
  • the concave surface (surface number 2) of the first lens L1 is aspherical, and the other lens surfaces are spherical.
  • the F value of the infrared lens 2a is set to about 0.8 to 1.2.
  • the infrared lens 2a has the following relational expression:
  • the infrared lens 2a can be combined with an image pickup device Id having a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 ⁇ 240 to obtain an infrared image with high resolution.
  • the first to third lenses L1 to L3 having such a configuration are formed as follows. That is, by using hot compression molding of zinc sulfide raw material powder in a non-oxidizing atmosphere (for example, vacuum, inert gas such as Ar, or a combination thereof) using a lens-shaped mold, Lenses L1 to L3, which are crystallized zinc oxide sintered bodies, are obtained. Thus, by manufacturing the lenses L1 to L3 by die molding using zinc sulfate, the material cost and the cover cost of the infrared lens 2a can be greatly reduced. Note that mechanical processing such as polishing and grinding may be performed on the molded lenses L1 to L3.
  • a non-oxidizing atmosphere for example, vacuum, inert gas such as Ar, or a combination thereof
  • the above zinc sulfate zinc raw material powder a powder having an average particle size of 0.5 to 2 ⁇ m and a purity of 98% or more is used. Further, conditions of the hot compression molding, the temperature 900 to 1100 ° C, the pressure 150 ⁇ 800KgZcm 2 is suitable. The pressure holding time is on average 0.05-1-5 hours, and is appropriately adjusted according to the combination of temperature and pressure conditions.
  • the material and thickness of the coating layer at that time are appropriately selected in view of the method of use, the location, and the situation of the infrared lens.
  • the lens surface is coated with an antireflection film.
  • AR coating treatment may be performed.
  • the surface of the lens surface (surface number 1) located on the most object side of the first lens L1 is coated with an ultra-hard film such as a DLC (diamond-like carbon) film (DLC A coating treatment) may be performed.
  • DLC A coating treatment may be performed.
  • the infrared lens 2a according to the second embodiment is applied to an infrared camera for in-vehicle night vision
  • the above DLC coating treatment is extremely effective.
  • Night vision infrared cameras are usually installed in harsh environments such as the front grille of a vehicle where they are exposed to wind and rain and flying objects. Therefore, measures against scratches and dirt Environmental measures such as measures are important, and this measure can be easily realized by applying DLC coating to the outermost lens surface (surface number 1) exposed to the external environment.
  • measures such as an environmental resistance measure for infrared cameras for night vision, measures such as installing a predetermined window material in front of the outermost lens surface have been taken.
  • germanium which is mainly used as a window material
  • the cost increases.
  • the window material is additionally installed, the lens module will be enlarged as a whole.
  • the environmental resistance measures by the DLC coating process do not cause such a problem. Therefore, compared with the case of installing window materials, the cost can be reduced and the module can be downsized.
  • the configuration of the lenses L1 to L3 such as the outer diameter and thickness, It is necessary to adopt a configuration suitable for the molding.
  • the thickness of the lenses L1 to L3 a certain amount of thickness is required to ensure moldability (mechanical strength, processing accuracy, etc.) during hot compression molding using a lens-shaped mold.
  • the thickness is increased, the loss of light quantity when passing through the lens increases, and during hot compression molding, a compression force distribution is generated in the thickness direction of the lenses L1 to L3, and a refractive index distribution is easily generated in the thickness direction.
  • the center thickness Tm and the cover thickness Te are the following relational expressions:
  • the image sensor Id an uncooled thermal image sensor such as a porometer, a thermo pinole, or an SOI diode having sensitivity in the 8 to 12 m band is used.
  • the power to use the image sensor Id with the number of pixels of 160 X 120, 320 X 240, etc.
  • the infrared lens 2a is the maximum suitable for manufacturing.
  • the diameter is about 30mm.
  • Example 2-1 the fl2Zf is set to 1.25
  • Example 2-2 is the fl2Zf set to 1.75
  • Example 2-3 is the above.
  • fl2Zf is set to 1.05.
  • Example 2-4 fl2Zf is set to 1.80
  • Example 2-5 fl2Zf is set to 1.00.
  • the infrared lens 2a according to Example 2-1 has the configuration shown in FIGS. 51 to 53, fl2 / f is 1.25, F-number is 0.89, the maximum diameter is 20. Omm, and the viewing angle is 31. (However, the viewing angle is a value when combined with an image sensor with a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 x 240). Note that the aspherical surface shape (folded surface shape) of the second, fourth, fifth, and sixth surfaces shown in Fig. 53 is expressed by the following equation:
  • Z is the length (mm) of the perpendicular line drawn from the point on the aspheric surface to the plane that touches the vertex of the aspheric surface
  • y is the height (mm) from the optical axis
  • K is the eccentricity
  • R is the paraxial radius of curvature
  • A2, A4, A6, and A8 are the second, fourth, sixth, and eighth-order aspheric coefficients, respectively.
  • N is a refractive index
  • ⁇ is a reference wavelength value
  • CI and C2 are diffraction surface coefficients.
  • the spherical aberration and astigmatism for the wavelengths 8 m, 10 ⁇ m, and 12 m have the characteristics shown in FIGS. 61 and 62, and the distortion has the characteristics shown in FIG. 63. It is.
  • the lateral aberration for wavelengths 8 m, 10 / ⁇ ⁇ , and 12 m corresponding to each image height within the viewing angle has the characteristics shown in FIGS. 64 (a) to 64 (e). (In each figure, the left side corresponds to tangential and the right side corresponds to sagittal).
  • the infrared lens 2b according to Example 2-2 has the configuration shown in FIGS. 65 to 67, fl2 / f is 1.75, F-number is 1.08, the maximum diameter is 15.8 mm, and the viewing angle is 32. Set to °.
  • the MTFs for wavelengths of 8 m, 10 m, and 12 m within the viewing angles (0 °, 11.1 °, 12.7 °, 16.2 °) in the configuration of Example 2-2 are as follows: The characteristics are as shown in Figs. The spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration are shown in Fig. 75. The characteristics are as shown in FIGS. 77 and 78 (a) to 78 (e).
  • the infrared lens 2c according to Example 2-3 has the configuration shown in FIGS. 79 to 81, fl2 / f is 1.05, F-number is 1.01, the maximum diameter is 17.2mm, and the viewing angle is 32. Set to °.
  • the MTFs for wavelengths 8 m, 10 m, and 12 m within the viewing angles (0 °, 11.0 °, 12.5 °, 16.0 °) in the configuration of Example 2-3 are as follows: The characteristics are as shown in Figs. Further, the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have the characteristics shown in FIGS. 89 to 91 and FIGS. 92 (a) to 92 (e).
  • the infrared lens 2d according to Example 2-4 has the configuration shown in FIGS. 93 to 95, fl2 / f is 1.80, F-number is 1.05, the maximum diameter is 15.8 mm, and the viewing angle is 33. Set to °.
  • the infrared lens 2e according to Example 2-5 has the configuration shown in FIGS. 96 to 98, fl2 / f is 1.00, F-number is 1.01, the maximum diameter is 17.2mm, and the viewing angle is 32. Set to °.
  • Example 2-5 Also in the configuration of Example 2-5, within the viewing angle (0 °, 11.0 °, 12.5 °, 16.0
  • Fig. 99 (a) to 99 (c), Fig. 100 (d) and Fig. 100 (e) summarize the MTF characteristics, etc. of the above Examples 2-1 to 2-5 in a table.
  • Example 2-5, Example 2-3, Example 2-1, Example 2-2, and Example 2-4 are listed in this order.
  • the MTF values in each table are the values at a spatial frequency of 201p / mm.
  • the MTF value at each image height within the viewing angle of wavelengths 12 m, 10 m, and 8 m and the average value of the 8-12 ⁇ m MTF values are listed from the upper side to the lower side. ing.
  • the MTF at a spatial frequency of 201p / mm is less than 0.2, it is empirically found that the contrast of the image is significantly reduced.
  • Example 2-4 and Example 2-5 there is a part where MTF of 0.2 or more cannot be obtained depending on the angle of view and wavelength. From this, in order to obtain an MTF of 0.2 or more at all angles and angles, the fl2Zf value should be within the range of 1.05 or more and 1.75 or less as shown in the relational expression (1) above. It turns out that it only has to be set.
  • FIG. 101 a basic configuration of the infrared lens according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
  • the basic configuration of the infrared lens 3a in FIG. 101 will be described, and the more detailed configuration will be described later as an example.
  • the infrared lens 2a includes, in order from the object side, a first lens L1 (first lens group) and a second lens L2 (second lens) formed of zinc sulfate. Group).
  • the first lens L1 and the second lens L2 are positive meniscus lenses having a convex surface facing the object side, and have a positive refractive power.
  • the light (infrared rays) transmitted through the lenses LI and L2 enters the light receiving surface of the image sensor Id through the infrared transmitting window Fi, and forms an image on the light receiving surface.
  • Each lens group may be configured by using two or more lenses.
  • Each lens group has a different number of lenses.
  • the lenses LI and L2 are made of low-cost material zinc sulfate. Since the infrared lens 3a is composed of two positive meniscus lenses with the convex surface facing the object side, the thickness of each lens LI, L2 is kept small, reducing the amount of light loss when transmitting through the lens. The image performance can be improved, and an infrared lens 3a having a high image formation performance can be provided with a low-cost configuration and a bright image. In addition, by suppressing the thickness of the entire lens as compared with the conventional zinc sulfide lens, the light quantity loss during lens transmission is suppressed.
  • the concave surface (image side surface: surface number 2) of the first lens L1 is a diffractive surface, which is likely to cause a problem in the infrared lens 3a and can effectively improve chromatic aberration. It becomes like! /
  • a diffractive surface on the first lens L1 which requires a large refractive power and is likely to generate chromatic aberration
  • the effect of improving chromatic aberration by providing the diffractive surface can be maximized.
  • the diffractive surface on the image side surface of the first lens L1 it is possible to prevent the diffractive surface from being exposed to the external environment and adhering dust or the like to the diffractive surface.
  • At least one of the convex surface and the concave surface of the first lens L1 is an aspherical surface.
  • the aspherical surface on the first lens L1 which has a large aperture and is likely to cause spherical aberration, the aberration can be effectively improved.
  • the aspherical shape change (swelling degree) can be reduced to other lenses.
  • the concave surface of L2 (surface number 4) is aspherical.
  • the F value of the infrared lens 3a is set to about 0.8 to 1.2.
  • the infrared lens 3a has the following relational expression:
  • fl Focal length of the first lens L1 It is configured to satisfy. By satisfying this condition, various aberrations in the field of view (including distortion in the wide-angle region) are corrected in a well-balanced manner, and a compact and bright infrared lens 3a can be easily realized. For example, if you try to make it smaller than flZ: 3 ⁇ 4l.
  • first lens L1 and the second lens L2 it is necessary to place the first lens L1 and the second lens L2 close to each other, so it becomes difficult to correct spherical aberration, and conversely, it should be larger than 1.5 If this is the case, the first lens L1 and the second lens L2 need to be arranged apart from each other, so the off-axis light beam passes through the first lens L1 at a distance away from the optical axial force. As the point aberration increases, it becomes difficult to correct distortion.
  • the infrared lens 3a can be combined with an image pickup device Id having a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 ⁇ 240 to obtain an infrared image with high resolution.
  • the first and second lenses LI and L2 having such a configuration are formed as follows.
  • the zinc sulfide raw material powder is hot compression molded in a non-oxidizing atmosphere (for example, vacuum, an inert gas such as Ar, or a combination thereof), thereby producing a polycrystalline sulfur.
  • a non-oxidizing atmosphere for example, vacuum, an inert gas such as Ar, or a combination thereof
  • the lenses LI and L2 which are zinc sintered bodies.
  • the material cost and the cover cost of the infrared lens 3a can be significantly reduced.
  • mechanical processing such as polishing and grinding may be performed on the molded lenses LI and L2.
  • the zinc sulfate zinc raw material powder a powder having an average particle size of 0.5 to 2 ⁇ m and a purity of 98% or more is used. Further, conditions of the hot compression molding, the temperature 900 to 1100 ° C, the pressure 150 ⁇ 800KgZcm 2 is suitable. The pressure holding time is on average 0.05-1-5 hours, and is appropriately adjusted according to the combination of temperature and pressure conditions.
  • the material and thickness of the single layer are appropriately selected in consideration of the usage method, location, and situation of the infrared lens.
  • a process of coating the lens surface with an antireflection film may be performed.
  • the surface of the lens surface (surface number 1) located on the most object side of the first lens L1 is coated with an ultra-hard film such as a DLC (diamond-like carbon) film (DLC).
  • the infrared lens 3a according to Embodiment 2 is applied to an infrared camera for in-vehicle night vision
  • the above DLC coating treatment is extremely effective.
  • Night vision infrared cameras are usually installed in harsh environments such as the front grille of a vehicle where they are exposed to wind and rain and flying objects. Therefore, it is important to take measures against the environment such as lens scratches and dirt, and this can be easily achieved by applying DLC coating to the outermost lens surface (surface number 1) exposed to the external environment. can do.
  • measures such as installing a predetermined window material in front of the outermost lens surface have been taken.
  • germanium which is mainly used as a window material
  • the cost increases.
  • the window material is additionally installed, the lens module will be enlarged as a whole.
  • the environmental resistance measures by DLC coating treatment do not cause such problems, the cost can be reduced and the module can be downsized compared to the case of installing window materials.
  • the configuration of the outer diameter and thickness of the lenses LI, L2 and the like is necessary to adopt a configuration suitable for the molding.
  • the thickness of the lenses LI and L2 a certain degree of thickness is required to ensure moldability (mechanical strength, processing accuracy, etc.) during hot compression molding using a lens-shaped mold.
  • the thickness increases, the loss of light quantity when passing through the lens increases, and during hot compression molding, a distribution of compressive force occurs in the thickness direction of the lenses LI and L2, and a refractive index distribution tends to occur in the thickness direction.
  • the center thickness Tm and edge thickness Te are the following relational expressions for the thicknesses of the lenses LI and L2:
  • the image sensor Id an uncooled thermal image sensor such as a porometer, a thermo pinole, or an SOI diode having sensitivity in the 8 to 12 m band is used.
  • the power to use the image sensor Id with the number of pixels of 160 X 120, 320 X 240, etc.
  • the infrared lens 3a is the maximum suitable for manufacturing. The diameter is about 30mm.
  • Example 3-1 the flZf is set to 1.37
  • Example 3-2 is the flZf set to 1.50
  • Example 3-3 is the flZf described above. Is set to 1.25.
  • Ma the flZf is set to 1.55, and in Example 3-5, the flZf is set to 1.20.
  • the infrared lens 3a according to Example 3-1 has the configuration shown in FIGS. 101 to 103, fl / f is 1.37, F value is 1.01, maximum diameter is 18. Omm and viewing angle is 30 °. (However, the viewing angle is the value when combined with an image sensor with a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 x 240).
  • Z is the length (mm) of the perpendicular line drawn from the point on the aspheric surface to the plane in contact with the apex of the aspheric surface
  • y is the height (mm) from the optical axis
  • K is the eccentricity
  • R is the paraxial radius of curvature
  • A2, A4, A6, and A8 are second-order, fourth-order, sixth-order, and eighth-order aspherical coefficients, respectively.
  • N is a refractive index
  • ⁇ is a reference wavelength value
  • CI and C2 are diffraction surface coefficients.
  • the sagittal and tangential MTFs for wavelengths 8 m, 10 m, and 12 m within the viewing angles (0 °, 10.5 °, 12.0 °, and 15.0 °) in the configuration of Example 3-1 are as follows.
  • the characteristics shown in FIGS. 104 to 110 are obtained.
  • Ave. is a graph obtained by averaging MTF values of 8 to 12 ⁇ m (the same applies hereinafter).
  • the spherical aberration and astigmatism for the wavelengths 8 m, 10 ⁇ m, and 12 m have the characteristics shown in FIGS. 111 and 112, and the distortion has the characteristics shown in FIG. 113. It has become.
  • the lateral aberration for wavelengths 8 / ⁇ ⁇ , 10 ⁇ m, and 12 / zm corresponding to each image height within the viewing angle has the characteristics shown in Fig. 114 (a) and Fig. 114 (e). ! /, Ru (V in each figure, the left side corresponds to tangential, the right side corresponds to sagittal! /, Ru).
  • the infrared lens 3b according to Example 3-2 has the configuration shown in FIGS. 115 to 117, fl / f is 1.50, F value is 1.09, the maximum diameter is 16.6 mm, and the viewing angle is 30. Set to °.
  • the MTFs for wavelengths 8 m, 10 m, and 12 m within the viewing angles (0 °, 10.5 °, 12.0 °, 15.0 °) in the configuration of Example 3-2 are as follows: The characteristics are as shown in FIGS. In addition, the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have the characteristics shown in FIGS. 125, 127, 128 (a) to 128 (e).
  • the infrared lens 3c according to Example 3-3 has the configuration shown in FIGS. 129 to 131, fl / f is 1.25, F-number is 1.05, the maximum diameter is 17.3 mm, and the viewing angle is 30. Set to °.
  • the MTF for is shown in Fig. 132 through Fig. 138.
  • the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have the characteristics shown in Fig. 139, Fig. 141, Fig. 142 (a), and Fig. 142 (e)! /,
  • the MTF for is shown in Fig. 132 through Fig. 138.
  • the spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral aberration have the characteristics shown in Fig. 139, Fig. 141, Fig. 142 (a), and Fig. 142 (e)! /,
  • the MTF for is shown in Fig. 132 through Fig. 138.
  • the infrared lens 3d according to Example 3-4 has the configuration shown in FIGS. 143 to 145, fl / f is 1.55, F value is 1.10, the maximum diameter is 16.4 mm, and the viewing angle is 30. Set to °.
  • the infrared lens 3e according to Example 3-5 has the configuration shown in FIGS. 146 to 148, fl / f is 1.20, F value is 1.04, the maximum diameter is 17.4 mm, and the viewing angle is 30. Set to °.
  • Fig. 149 (a) to 149 (c), Fig. 150 (d) and Fig. 150 (e) are a table summarizing the MTF characteristics, etc. of Examples 3-1 and 3-5 above. Yes, in the order of Example 3-5, Example 3-3, Example 3-1, Example 3-2, and Example 3-4.
  • the MTF values in each table are values at a spatial frequency of 201p / mm. In each table, the MTF value at each image height within the viewing angle of wavelengths 12 m, 10 m, and 8 m, and the average MTF value from 8 to 12 ⁇ m are listed from the upper side to the lower side. And!
  • Example 3-4 and Example 3-5 which do not satisfy the conditions, there is a part where MTF of 0.2 or more cannot be obtained depending on the angle of view and wavelength. From this, in order to obtain an MTF of 0.2 or more at all angles and angles, the flZf value should be within the range of 1.25 or more and 1.5 or less as shown in the relational expression (2) above. It turns out that it only has to be set.
  • this night vision includes a display unit comprising an infrared camera 21 installed at the front end of a vehicle and a liquid crystal display device provided at a position where the driver's seat power can be seen in the passenger compartment. 23 and image processing based on images captured by the infrared camera 21 (images based on contrast) And a control unit 25 that displays a warning image or the like on the display unit 23 based on the processing result.
  • the infrared camera 21 includes the above-described infrared lens la-: Lc, 2a-2c, 3a-3c, an infrared transmission window Fi, and an image sensor Id. An infrared image of the front of the vehicle is captured by receiving the emitted infrared light.
  • the image processing by the control unit 25 can be performed in the infrared ray image. It is possible to obtain a high-resolution, high-contrast image necessary to extract humans from images. As a result, for example, even during nighttime, even in the summer, images with bright scenery (summer images have a small brightness difference between the background and people (pedestrians, etc.)) Human beings can be recognized.
  • the infrared camera can be miniaturized and a night vision that can be easily mounted on a vehicle can be configured. it can.

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Abstract

　赤外線レンズ１ａは、物体側から順に、硫化亜鉛により形成された第１ないし第３レンズＬ１～Ｌ３を備え、第１ないし第３レンズＬ１～Ｌ３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとなっていて、レンズ形状の金型を用いて硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形することにより形成されている。また、第１レンズＬ１の凹面（像側面）は、回折面とされている。

Description

明 細 書
赤外線レンズ、赤外線カメラ及びナイトビジョン
技術分野
[0001] 本発明は、赤外線レンズ (特に遠赤外線レンズ）、赤外線カメラ及びナイトビジョンに 関する。
背景技術
[0002] レンズ材料として硫ィ匕亜鉛を用いた赤外線レンズとしては、特許文献 1に記載のも のがある。
[0003] 特許文献 1：特開 2003— 295052号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、硫化亜鉛は低コストのレンズ材料である力 ゲルマニウムに比して、一般 に厚み増加による光量損失の増加が遠赤外線波長域 (8〜 12 m)で大き 、と 、う 特性がある（例えば、図 152参照)。特に、 10 m以上の波長域では、表面反射によ る光量損失よりも材料の内部吸収による光量損失の影響が大きくなり、透過率が大き く低下することが知られている。また、ナイトビジョンシステムでは、赤外線カメラで得ら れた像を画像処理することにより人間認識等の判断を行っており、認識性能向上の ためには十分な解像度の像を得ることが必要となる。
[0005] し力しながら、上記特許文献 1に記載の赤外線レンズでは、レンズの厚みが大きく ( レンズ全体の厚みが 14mm程度に及んでいる）、レンズを薄くすることについて何ら 考慮されておらず、ナイトビジョンとして実用に耐えうるような明るさの赤外線像を得る ことは困難である。また、実施例の構成で得られている MTF (Modulation Transfer F unction)が十分とは言えず、結像性能の点でも問題がある。
し力も、広角領域 (視野角が例えば 20° 以上の領域）にお 、てはディストーション 力 S大さくなることち懸念される。
[0006] また、上記特許文献 1に記載の赤外線レンズでは、切削加工によりレンズを形成し て 、るため、レンズの加工コストが高 ヽと 、う問題もある。 [0007] そこで、本発明の解決すべき課題は、低コストの構成で、像が明るぐ結像性能の 高いナイトビジョンに好適な赤外線レンズ及びその関連技術を提供することである。 課題を解決するための手段
[0008] 上記の課題を解決するため、第 1の発明では、物体側力も順に、少なくとも第 1及び 第 2レンズ群を備え、前記第 1及び第 2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第 1及び 第 2レンズ群はそれぞれ、硫ィ匕亜鉛により形成された少なくとも 1枚のレンズを 有している。
[0009] また、第 2の発明では、第 1に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1又は第 2レン ズ群に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面は、回折面とされていることを特 徴とする赤外線レンズ。
[0010] また、第 3の発明では、第 1又は 2に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1レンズ 群を構成する少なくともいずれか一方の面は、非球面とされていることを特徴とする 赤外線レンズ。
[0011] また、第 4の発明では、第 1ないし 3のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて、以 下の関係式：
1. 25≤fl/f≤l. 5
但し、
f :第 1及び第 2レンズ群全体の焦点距離
fl :第 1レンズ群の焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[0012] また、第 5の発明では、物体側力も順に、第 1、第 2、及び第 3レンズ群を備え、前記 第 1ないし第 3レンズ群は正の屈折力を有し、前記第 1ないし第 3レンズ群はそれぞ れ、硫化亜鉛により形成された少なくとも 1枚のレンズを有すると共に、
前記第 1ないし第 3レンズ群は、物体側に凸面を向けた 1枚の正メニスカスレンズに よりそれぞれ構成されている。
[0013] また、第 6の発明では、第 5に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1ないし第 3レ ンズ群に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面は、回折面とされていることを 特徴とする赤外線レンズ。 [0014] また、第 7の発明では、第 5又は 6に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1レンズ 群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくともいずれか一方の面は、非球面とさ れている。
[0015] また、第 8の発明では、第 5な 、し 7の 、ずれかに記載の赤外線レンズにぉ 、て、以 下の関係式：
1. 0≤fl/f≤l. 4
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ群全体の焦点距離
fl：第 1レンズ群に備えられる正メニスカスレンズの焦点距離
を満たす。
[0016] また、第 9の発明では、物体側力も順に、第 1、第 2、及び第 3レンズ群を備え、前記 第 1ないし第 3レンズ群は正の屈折力を有し、前記第 1ないし第 3レンズ群はそれぞ れ、硫ィ匕亜鉛により形成された少なくとも 1枚のレンズを有すると共に、前記第 1及び 第 3レンズ群は、物体側に凸面を向けた 1枚の正メニスカスレンズによりそれぞれ構 成されており、前記第 2レンズ群は、像側に凸面を向けた 1枚の負メニスカスレンズに より構成されている。
[0017] また、第 10の発明では、第 9に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1ないし第 3 レンズ群に備えられる少なくともいずれ力 1つのレンズ面は、回折面とされていること を特徴とする赤外線レンズ。
[0018] また、第 11の発明では、第 9又は 10に記載の赤外線レンズにおいて、前記第 1レン ズ群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくとも 、ずれか一方の面は、非球面と されている。
[0019] また、第 12の発明では、第 9ないし 11のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて 、以下の関係式：
1. 05≤fl2/f≤l. 75
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ群全体の焦点距離
fl2 :第 1及び第 2レンズ群の合成焦点距離 を満たす。
[0020] また、第 13の発明では、第 1ないし 12のいずれかの赤外線レンズにおいて、前記 第 1ないし第 3レンズ群に備えられる少なくともいずれ力 1つのレンズは、レンズ形状 の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形して形成されたものである。
[0021] また、第 14の発明では、第 1ないし 13のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて 、前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径 Rdは、以下の関係 式：
Rd<40mm
を満たす。
[0022] また、第 15の発明では、第 1ないし 14のいずれかに記載の赤外線レンズにおいて
、前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚 Tm及びコバ厚
Teは、以下の関係式：
1. 5mm < Γπι 8. Omm
1. Omm< fe< 8. Omm
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[0023] また、第 16の発明に係る赤外線レンズは、第 1ないし 15のいずれかに記載の赤外 線レンズにお 、て特に、前記第 1レンズ群のうち最も前記物体側に位置するレンズ面 には、超硬質膜によるコーティングが施されて ヽることを特徴とする。
[0024] また、第 17の発明に係る赤外線カメラは、第 1ないし 16のいずれかに記載の赤外 線レンズと、前記赤外線レンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、を備え ることを特徴とする。
[0025] また、第 18の発明では、第 17に記載の赤外線カメラと、前記赤外線カメラによって 撮像された画像を表示する表示素子と、を備えるナイトビジョンが構成される。
発明の効果
[0026] 第 1の発明によれば、全てのレンズが材料コストの安価な硫ィ匕亜鉛により形成され、 正の屈折力を有する少なくとも第 1及び第 2のレンズ群によりレンズ全体が構成されて いるため、各レンズの厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結 像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るぐ結像性能の高い赤外 線レンズを提供できる。
[0027] 第 2の発明によれば、回折面により赤外線レンズにおいて問題となり易い色収差を 効果的に改善できる。
[0028] 第 3の発明によれば、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ群を構成する レンズに非球面を設けることにより、効果的に収差を改善できる。
また、第 1レンズ群を構成するレンズは径が最も大きいため、第 1レンズ群に非球面 を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズ群に設け る場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で力卩ェが容易と なる。
[0029] 第 4の発明によれば、この条件を満たすことで、視野内の諸収差 (広角領域におけ るディストーションを含む）がバランス良く補正され、かつコンパクトで明るい赤外線レ ンズ 2aを容易に実現することができる。
[0030] 第 5の発明によれば、物体側に凸面を向けた 3枚の正メニスカスレンズによりレンズ 全体が構成されて 、るため、レンズの厚みを小さく抑えて硫ィ匕亜鉛レンズ透過時の 光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明 るぐ結像性能の高い赤外線レンズを提供できる。
[0031] 第 6の発明によれば、回折面により赤外線レンズにおいて問題となり易い色収差を 効果的に改善できる。
[0032] 第 7の発明によれば、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ群を構成する レンズに非球面を設けることにより、効果的に収差を改善できる。
第 1レンズ群を構成するレンズは径が最も大きいため、第 1レンズ群に非球面を設 けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズ群に設ける場 合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で加工が容易となる
[0033] 第 8の発明によれば、コンパクトな構成を採用しつつ、この赤外線レンズの所定の 視野角内の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域 (例えば、 8〜12 m)について十分な結像性能 (例えば、 MTFO. 2以上）を得ることができる。
[0034] 第 9の発明によれば、前記第 1及び第 3レンズ群は、物体側に凸面を向けた 1枚の 正メニスカスレンズによりそれぞれ構成し、前記第 2レンズ群は、像側に凸面を向けた 1枚の負メニスカスレンズによりレンズ全体が構成されているため、レンズの厚みを小 さく抑えて硫ィ匕亜鉛レンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上させるこ とができ、低コストの構成で、像が明るぐ結像性能の高い赤外線レンズを提供できる 。また、従来の硫ィ匕亜鉛レンズに比してレンズ全体の厚みを抑制することにより、レン ズコストの削減、及びレンズ透過時の光量ロスの抑制が図れる。
[0035] 第 10の発明によれば、回折面により赤外線レンズにおいて問題となり易い色収差 を効果的に改善できる。
[0036] 第 11の発明によれば、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ群を構成す るレンズに非球面を設けることにより、効果的に収差を改善できる。
第 1レンズ群を構成するレンズは径が最も大きいため、第 1レンズ群に非球面を設 けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレンズ群に設ける場 合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で加工が容易となる
[0037] 第 12の発明によれば、コンパクトな構成を採用しつつ、この赤外線レンズの所定の 視野角内の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域 (例えば、 8〜12 m)について十分な結像性能 (例えば、 MTFO. 2以上）を得ることができる。
[0038] 第 13の発明によれば、赤外線レンズの材料コスト及びカ卩ェコストの大幅な削減が 図れる。
[0039] 第 14の発明によれば、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成 形してレンズを形成する際に、プレス機構の圧縮力を抑制することができるため、レン ズカ卩ェのための設備コストを抑制することができる。
[0040] 第 15の発明によれば、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成 形してレンズを形成する際に、熱間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄く レンズ透過時の光量ロスが抑制された赤外線レンズを実現できる。
また、レンズの厚みを抑制することにより、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成 形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率の分布が生じ るのを防止することができる。 [0041] 第 16の発明によれば、コーティングを施すことによって、その透過特性を向上させ、 或いはレンズ表面を外部環境力 保護することができる。
[0042] 第 17の発明によれば、高解像度であって、明るくコントラストも高い画像が得られる とともに、小型化に有利であり、車載用として好適な赤外線カメラを提供できる。
[0043] 第 18の発明によれば、高解像度であって、明るくコントラストも高い画像が得られる とともに、小型化に有利であり、車載用として好適なナイトビジョンを提供できる。 図面の簡単な説明
[0044] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る赤外線レンズの実施例 1-1の構成を示す図である
[図 2]図 1中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 3]図 1中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 4]図 1の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 5]図 1の構成における像高 5. 3° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフであ る。
[図 6]図 1の構成における像高 5. 3° のときの MTF特性（タンジ ンシャル）を示すグ ラフである。
[図 7]図 1の構成における像高 6. 4° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフであ る。
[図 8]図 1の構成における像高 6. 4° のときの MTF特性（タンジ ンシャル）を示すグ ラフである。
[図 9]図 1の構成における像高 7. 5° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフであ る。
[図 10]図 1の構成における像高 7. 5° のときの MTF特性（タンジ ンシャル）を示す グラフである。
[図 11]図 1の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 12]図 1の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 13]図 1の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
[図 14]図 14 (a)ないし図 14 (e)は図 1の構成における各像高に対応する横収差特性 を示すグラフである。
[図 15]本発明の実施の形態 1に係る赤外線レンズの実施例 1-2の構成を示す図であ る。
[図 16]図 15中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 17]図 15中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 18]図 15の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 19]図 15の構成における像高 6. 0° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 20]図 15の構成における像高 6. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示す グラフである。
[図 21]図 15の構成における像高 7. 5° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフ である。
[図 22]図 15の構成における像高 7. 5° のときの MTF特性（タンジ ンシャル）を示す グラフである。
[図 23]図 15の構成における像高 8. 5° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフ である。
[図 24]図 15の構成における像高 8. 5° のときの MTF特性（タンジ ンシャル）を示す グラフである。
[図 25]図 15の構成における球面収差特性を示すグラフである。
圆 26]図 15の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 27]図 15の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
[図 28]図 28 (a)ないし図 28 (e)は図 15の構成における各像高に対応する横収差特 性を示すグラフである。
[図 29]本発明の実施の形態 1に係る赤外線レンズの実施例 1-3の構成を示す図であ る。
[図 30]図 29中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 31]図 29中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 32]図 29の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。 [図 33]図 29の構成における像高 5. 0° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフ である。
[図 34]図 29の構成における像高 5. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示す グラフである。
[図 35]図 29の構成における像高 6. 0° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 36]図 29の構成における像高 6. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示す グラフである。
[図 37]図 29の構成における像高 7. 0° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフ である。
[図 38]図 29の構成における像高 7. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示す グラフである。
[図 39]図 29の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 40]図 29の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 41]図 29の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
[図 42]図 42 (a)な 、し図 42 (e)は図 29の構成における各像高に対応する横収差特 性を示すグラフである。
[図 43]赤外線レンズの実施例 1-4の構成を示す図である。
[図 44]図 43中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 45]図 43中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 46]赤外線レンズの実施例 1-5の構成を示す図である。
[図 47]図 46中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 48]図 46中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 49]図 49 (a)ないし図 49 (c)は実施例 1-5,1-3,1-1の MTF特性等をまとめた表を 示す図である。
[図 50]図 50 (a)及び図 50 (b)は実施例 1-2,1-4の MTF特性等をまとめた表を示す 図である。
[図 51]本発明の実施の形態 2に係る赤外線レンズの実施例 2-1の構成を示す図であ る。
[図 52]図 51中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 53]図 51中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 54]図 51の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 55]図 51の構成における像高 10. 9° のときの MTF特性（サジタル）を示すグラフ である。
[図 56]図 51の構成における像高 10. 9° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 57]図 51の構成における像高 12. 15° のときの MTF特性 (サジタル）を示すダラ フである。
[図 58]図 51の構成における像高 12. 15° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を 示すグラフである。
[図 59]図 51の構成における像高 15. 34° のときの MTF特性（サジタル）を示すグラ フである。
[図 60]図 51の構成における像高 15. 34° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 61]図 51の構成における球面収差特性を示すグラフである。
圆 62]図 51の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 63]図 51の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 64]図 51の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。
[図 65]本発明の実施の形態 2に係る赤外線レンズの実施例 2-2の構成を示す図であ る。
[図 66]図 65中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 67]図 65中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 68]図 65の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 69]図 65の構成における像高 11. 1° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 70]図 65の構成における像高 11. 1° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 71]図 65の構成における像高 12. 7° のときの MTF特性 (サジタル)を示すグラフ である。
[図 72]図 65の構成における像高 12. 7° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 73]図 65の構成における像高 16. 2° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 74]図 65の構成における像高 16. 2° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 75]図 65の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 76]図 65の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 77]図 65の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 78]図 65の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。
[図 79]本発明の実施の形態 2に係る赤外線レンズの実施例 2-3の構成を示す図であ る。
[図 80]図 79中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 81]図 79中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 82]図 79の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 83]図 79の構成における像高 11. 0° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 84]図 79の構成における像高 11. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 85]図 79の構成における像高 12. 5° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。
[図 86]図 79の構成における像高 12. 5° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 87]図 79の構成における像高 16. 0° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグラフ である。 [図 88]図 79の構成における像高 16. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を示 すグラフである。
[図 89]図 79の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 90]図 79の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 91]図 79の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 92]図 79の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。
[図 93]赤外線レンズの実施例 2-4の構成を示す図である。
[図 94]図 93中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 95]図 93中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 96]赤外線レンズの実施例 2-5の構成を示す図である。
[図 97]図 96中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 98]図 96中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 99]実施例 2-5,2-3,2-1の MTF特性等をまとめた表を示す図である。
[図 100]実施例 2-2及び 2-4の MTF特性等をまとめた表を示す図である。
[図 101]本発明の実施の形態 3に係る赤外線レンズの実施例 3-1の構成を示す図で ある。
[図 102]図 101中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 103]図 101中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 104]図 101の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 105]図 101の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 106]図 101の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 107]図 101の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 108]図 101の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 109]図 101の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 110]図 101の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 111]図 101の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 112]図 101の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 113]図 101の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 114]図 101の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。
[図 115]本発明の実施の形態 3に係る赤外線レンズの実施例 3-2の構成を示す図で ある。
[図 116]図 115中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 117]図 115中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 118]図 115の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 119]図 115の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 120]図 115の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を 示すグラフである。
[図 121]図 115の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性 (サジタル）を示すグ ラフである。
[図 122]図 115の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を 示すグラフである。
[図 123]図 115の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 124]図 115の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（タンジュンシャル）を 示すグラフである。
[図 125]図 115の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 126]図 115の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 127]図 115の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 128]図 115の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。 [図 129]本発明の実施の形態 3に係る赤外線レンズの実施例 3-3の構成を示す図で ある。
[図 130]図 129中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 131]図 129中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 132]図 129の構成における像高 0° のときの MTF特性を示すグラフである。
[図 133]図 129の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 134]図 129の構成における像高 10. 5° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 135]図 129の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 136]図 129の構成における像高 12. 0° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 137]図 129の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（サジタル）を示すグ ラフである。
[図 138]図 129の構成における像高 15. 0° のときの MTF特性（タンジェンシャル）を 示すグラフである。
[図 139]図 129の構成における球面収差特性を示すグラフである。
[図 140]図 129の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 141]図 129の構成におけるディストーション特性を示すグラフである。
圆 142]図 129の構成における各像高に対応する横収差特性を示すグラフである。
[図 143]赤外線レンズの実施例 3-4の構成を示す図である。
[図 144]図 143中の各レンズの面形状、面間隔、ァパチヤ一半径を示す図である。
[図 145]図 143中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 146]赤外線レンズの実施例 3-5の構成を示す図である。
[図 147]図 146中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径を示す図である。
[図 148]図 146中の非球面レンズ、回折レンズの形状パラメータを示す図である。
[図 149]実施例 3-5,3-3,3-1の MTF特性等をまとめた表を示す図である。 [図 150]実施例 3-2,3-4の MTF特性等をまとめた表を示す図である。
[図 151]ナイトビジョンの構成を概略的に示す図である。
[図 152]硫ィ匕亜鉛レンズ (ARコーティングなしの場合)の赤外線波長と透過率との関 係を、いくつかのレンズ厚について示したグラフである。
符号の説明
[0045] la〜： Lc 赤外線レンズ
Fi 赤外線透過窓
Id 撮像素子
21 赤外線カメラ
23 表示部
25 制御部
発明を実施するための最良の形態
[0046] 実施の形態 1
<基本構成 >
図 1を参照して、本発明の実施の形態 1に係る赤外線レンズの基本構成について 説明する。なお、ここでは図 1の赤外線レンズ laの基本構成についてのみ説明を行う こととし、そのより詳細な構成については実施例として後述することとする。
[0047] この赤外線レンズ laは、図 1に示すように、物体側から順に、硫化亜鉛により形成さ れた第 1ないし第 3レンズ L1〜L3を備えて構成されている。第 1ないし第 3レンズ L1 〜L3は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとなっており、これらの第 1ないし第 3レンズ L1〜L3がそれぞれ本発明に係る第 1ないし第 3レンズ群を構成している。レ ンズ L1〜L3を透過した光 (赤外線）は、赤外線透過窓 Fiを介して撮像素子 Idの受光 面に入射し、その受光面上に像を形成する。なお、本実施形態では 1枚のレンズ L1 〜L3によって第 1ないし第 3レンズ群をそれぞれ構成するようにした力 各レンズ群を 2枚以上のレンズを用いて構成するようにしてもよぐ各レンズ群のレンズ枚数が互 ヽ に異なる構成としてもよい。
[0048] このように、全てのレンズ L1〜L3が材料コストの安価な硫化亜鉛により形成され、 し力も物体側に凸面を向けた 3枚の正メニスカスレンズによって赤外線レンズ laが構 成されているため、各レンズ L1〜L3の厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロス を抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るぐ結 像性能の高い赤外線レンズ laを提供できるようになつている。また、従来の硫化亜鉛 レンズに比してレンズ全体の厚みを抑制することにより、レンズ透過時の光量ロスの 抑制が図れるようになって!/、る。
[0049] また、第 1レンズ L1の凹面 (像側面）は、回折面とされ、これによつて、赤外線レンズ laにお 、て問題となり易 、色収差を効果的に改善できるようになって!/、る。そして、 大きな屈折力が必要とされ、色収差の生じやすい第 1レンズ L1に回折面を設けること により、回折面を設けることによる色収差改善効果を最大限に引き出すことができるよ うになつている。さらには、回折面を第 1レンズ L1の像側面に設けることにより、回折 面が外部環境に晒されて回折面にゴミ等が付くのを防止することができるようになつ ている。
[0050] また、第 1レンズ L1の凸面及び凹面の少なくともいずれか一方は、非球面とされて いる。このように、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ L1に非球面を設け ることにより、効果的に収差を改善できるようになつている。径が最も大きい第 1レンズ L1に非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレ ンズに設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点でカロ ェが容易となる。例えば、本実施形態では、第 1レンズ L1の凹面及び第 3レンズの凸 面 (物体側面）が非球面とされ、それ以外のレンズ面は球面とされている。
[0051] また、この赤外線レンズ laの F値は 0. 8〜1. 2程度に設定されている。
[0052] さらに、この赤外線レンズ laは、所定の結像性能を実現するため、以下の関係式：
1. 0≤fl/f≤l. 4 (1)
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ L1〜L3全体の焦点距離
fl :第 1レンズ L1の焦点距離
を満たすように構成されている。この条件を満たすことで、視野内の諸収差力バラン ス良く補正され、かつコンパクトで明るい赤外線レンズ laを容易に実現することができ る。例えば、 fl/fを 1. 0より小さくしょうとすると、第 1レンズ L1と第 2レンズ L2とを近 づけて配置する必要があるため、球面収差の補正が難しくなり、逆に 1. 4よりも大きく しょうとすると、第 1レンズ L1と第 2レンズ L2とを離して配置する必要があるため、軸外 光線が第 1レンズ L1の光軸力 離れたところを通過することとなり、これによつて非点 収差が大きくなるとともに、歪曲収差の補正も難しくなる。
[0053] その結果、上記関係式（1)を満たすことにより、コンパクトな構成を採用しつつ、赤 外線レンズ laの視野角（例えば、 10° 以上、 25° 以下の値に設定される）内の全域 において、撮像用に受光される赤外線の全波長域 (例えば、 8〜12 /ζ πι)について 十分な結像性能 (例えば、 MTFO. 2以上）を得ることができるようになつている（この 点に関する詳細な説明は、実施例及び比較例に基づいて後述する)。これによつて、 例えば、この赤外線レンズ laを画素ピッチ 25 m、画素サイズ 320 X 240の撮像素 子 Idと組み合わせて、解像度の高!、赤外線画像を得ることができる。
[0054] このような構成の第 1ないし第 3レンズ L1〜L3は、次のようにして形成される。すな わち、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を非酸化性雰囲気中（例えば、真 空、 Ar等の不活性ガス又はこれらの組み合わせ等)で熱間圧縮成形することにより、 多結晶硫ィ匕亜鉛焼結体であるレンズ L1〜L3を得る。このように、硫ィ匕亜鉛を用いた 金型成形によりレンズ L1〜L3を製造することにより、赤外線レンズ laの材料コスト及 びカ卩ェコストの大幅な削減が図れるようになつている。なお、成形後のレンズ L1〜L3 に対する研磨、研削等の機械加工を行うようにしてもょ 、。
[0055] より詳細には、上記の硫ィ匕亜鉛原料粉末としては、平均粒径 0. 5〜2 μ mで純度 9 8%以上の粉末を用いる。また、熱間圧縮成形の諸条件は、温度 900〜1100°C、圧 力 150〜800kgZcm2が適当である。圧力保持時間は、平均的には 0. 05-1. 5時 間であり、温度及び圧力条件との組み合わせに応じて適宜調節される。
[0056] ここで、所定の光学性能を有する赤外線レンズ laをレンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形により低コストで製造するためには、レンズ L1〜L3の外径や厚み等の構 成について、その成形に適した構成を採用する必要がある。
[0057] この多結晶硫ィ匕亜鉛レンズはその透過特性を向上させる、或いはその表面を外部 影響力も保護するためにコーティングを施すことも有効である。その際のコーティング 層の材質や厚みはその赤外線レンズの使用方法、場所、状況を鑑みて適宜選択さ れる。
[0058] まず、レンズ L1〜L3の外径 Rdについては、レンズ L1〜L3の外径 Rdを大きくする ほど明る ヽ像が得られるが、外径 Rdが拡大するほどレンズ形状の金型を用いた熱間 圧縮成形時に必要されるプレス機構の圧縮力が増大する。このため、加工コスト等の 観点より、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定した場合、 レンズ L1〜L3の外径 Rdは、以下の関係式：
Rd< 40mm (2)
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時のプレス機構の圧縮力を抑制することができるため、レンズ加工のた めの設備コストを抑制することができるようになって 、る。
[0059] また、レンズ L1〜L3の厚みについては、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形 時の成形性 (機械強度、加工精度等）を確保するためにはある程度の厚みが必要で ある一方、厚みが大きくなるとレンズ透過時の光量ロスが大きくなるとともに、熱間圧 縮成形時にレンズ L1〜L3の厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率 の分布が生じやすくなる。このため、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組 み合わせを想定した場合、レンズ L1〜L3の厚みについては、中心厚 Tm及びコバ 厚 Teが以下の関係式：
1. 5mm < Γπι 8. Omm 3)
1. 0mm< Te < 8. Omm (4)
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制さ れた赤外線レンズ laを実現できるとともに、レンズ L1〜L3の厚みを抑制することによ り、熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折 率の分布が生じる
のを防止することができるようになって 、る。
[0060] また、撮像素子 Idとしては、 8〜12 m帯に感度を持つ、ポロメータ、サーモパイノレ 、 SOIダイオードなどの非冷却熱型撮像素子が用いられる。通常、 160 X 120、 320 X 240といった画素数の撮像素子 Idが利用される力 画素ピッチが狭い（例えば、 2 5 m)撮像素子 Idを用いることで、赤外線レンズ laは、製造上好適な最大径 30mm 程度になる。
[0061] <実施例 >
以下では、上記実施形態 1の具体例として 3つの好適な実施例 1-1, 1-2,1-3につい て記載する。また、その実施例 1-1, 1-2,1-3に対する 2つの比較例として、実施例 1-4, 1-5を紹介し、実施例 1-1, 1-2,1-3と実施例 1-4,1-5とを比較する。なお、実施例 1-1は 上記 flZfが 1. 10に設定されたものであり、実施例 1-2は上記 flZfが 1. 40に設定 されたものであり、実施例 1-3は上記 flZfが 1. 00に設定されたものである。また、実 施例 1-4は上記 flZfが 1. 45に設定されたものであり、実施例 1-5は上記 flZfが 0. 96に設定されたものである。
[0062] [実施例 1-1]
実施例 1-1に係る赤外線レンズ laは、図 1ないし図 3に示す構成を有し、 flZfは 1 . 10、F値は 1. 1、最大径は 28. 4mm、視野角は 17° に設定されている（ただし、 視野角は画素ピッチ 25 μ m、画素サイズ 320 X 240の撮像素子と組み合わせた場 合の値)。なお、図 3に示す第 2面及び第 5面の非球面形状 (回折面形状)は、そのパ ラメータを次式：
[0063] [数 1]
1 + y 1 - ( 1 + κ
+ A 2 ' y 2+A - v J+A 6 - y B+A 8 ' ν Β+· -+Φ ( ν )
[0064] [数 2]
Φ ( y ) = * mod ( C 1 · y 2 , - Λ )
[0065] に代入することにより決定される（以下同様)。上式にお!、て、 Ζは非球面上の点から 非球面の頂点に接する接平面に下ろした垂線の長さ（mm)であり、 yは光軸からの高 さ（mm)であり、 Kは離心率であり、 Rは近軸曲率半径であり、 A2、 A4、 A6、 A8は 2 次、 4次、 6次、 8次の非球面係数である。また、 Nは屈折率であり、 λは参照波長の 値であり、 C1は回折面係数である。
[0066] この実施例 1-1の構成における視野角内（0° 、5. 3° 、6. 4° 、7. 5° )における 波長 8 ^ m, 10 ^ m, 12 μ mに対するサジタル、タンジェンシャルの MTFは、図 4な いし図 10に示すような特性となっている。なお、図 4ないし図 10において、 Ave.は 8 〜12 μ mの MTF値を平均したグラフである（以下同様)。
また、その波長 8 m、 10 /ζ πι、 12 mに対する球面収差、非点収差は、図 11及び 図 12に示すような特性となっており、ディストーションは図 13に示すような特性とな つている。また、視野角内の各像高に対応する波長 8 m、 10 /ζ πι、 12 mに対す る横収差は、図 14 (a)な 、し図 14 (e)に示すような特性となって!/、る（各図にお ヽて 左側がタンジュンシャル、右側がサジタルに対応して 、る）。
[0067] [実施例 1-2]
実施例 1-2に係る赤外線レンズ lbは、図 15ないし図 17に示す構成を有し、 fl/f は 1. 40、 F値は 1. 0、最大径は 25. 9mm、視野角は 20° に設定されている。
[0068] この実施例 1-2の構成における視野角内（0° 、6. 0° 、7. 5° 、8. 5° )における 波長 8 /ζ πι、 10 ^ m, 12 /z mに対する MTFは、図 18ないし図 24に示すような特性と なっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図 25ない し図 27、図 28 (a)ないし図 28 (e)に示すような特'性となっている。
[0069] [実施例 1-3]
実施例 1-3に係る赤外線レンズ lcは、図 29ないし図 31に示す構成を有し、 fl/f は 1. 00、F値は 1. 1、最大径は 30. Omm、視野角は 16° に設定されている。
[0070] この実施例 1-3の構成における視野角内（0° 、5. 0° 、6. 0° 、7. 0° )における 波長 8 /ζ πι、 10 ^ m, 12 /z mに対する MTFは、図 32ないし図 38に示すような特性と なっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図 39ない し図 41、図 42 (a)ないし図 42 (e)に示すような特'性となっている。
[0071] [実施例 1-4]
実施例 1-4に係る赤外線レンズ Idは、図 43ないし図 45に示す構成を有し、 fl/f は 1. 45、 F値は 1. 0、最大径は 25. 9mm,視野角は 20° に設定されている。 [0072] この実施例 1-4の構成においても、その視野角内（0° 、6. 0° 、7. 5° 、8. 5° ) における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結果は 図 50 (b)に基づ 、て後述する。
[0073] [実施例 1-5]
実施例 1-5に係る赤外線レンズ leは、図 46ないし図 48に示す構成を有し、 fl/f は 0. 96、F値は 1. 1、最大径は 28. 4mm、視野角は 17° に設定されている。
[0074] この実施例 1-5の構成においても、その視野角内（0° 、5. 3° 、6. 4° 、7. 5° ) における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結果は 図 49 (a)に基づいて後述する。
[0075] [まとめ]
図 49 (a)ないし図 49 (c)、図 50 (a)及び図 50 (b)は、上記の実施例 1-1, 1-2, 1-3 及び実施例 1-4, 1-5の MTF特性等を表にまとめたものであり、実施例 1-5、実施例 1 -3、実施例 1-1、実施例 1-2、実施例 1-4の順に掲載されている。各表中の MTF値は 空間周波数 201p/mmにおける値となっている。また、各表中において、その上側から 下側に、波長 12 /ζ πι、 10 ^ m, 8 /z mの視野角内の各像高における MTF値、その 8 〜12 mの MTF値の平均値を記載している。
[0076] ここで、 8〜12 mの波長帯をターゲットとした赤外線レンズの光学性能に関する 評価基準としては、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定し た場合、空間周波数 201p/mmにおける MTFが 0. 2を下回ると、著しく画像のコントラ ストが低下することが経験的に分力つている。
[0077] そこで、全画角及び 8〜12 μ mの全波長において MTFが 0. 2以上となっているか 否かを基準として、上記の実施例 1-1, 1-2, 1-3及び実施例 1-4, 1-5を評価すること とする。すると、図 49 (a)ないし図 49 (c)、図 50 (a)及び図 50 (b)に示す MTF特性よ り、 flZfの値が上記関係式（1)の条件を満たす実施例 1-1, 1-2, 1-3については、 全画角及び全波長において 0. 2以上の MTFが得られている力 flZfの値が上記 関係式（1)の条件を満たさない実施例 1-4, 1-5については、画角、波長によっては 0 . 2以上の MTFが得られない部分が生じている。これより、全画角及び全波長におい て 0. 2以上の MTFを得るためには、上記関係式（1)のように、 flZfの値を 1. 0以上 、 1. 4以下の範囲内に設定すればよいことが分かる。
[0078] 実施の形態 2
<基本構成 >
図 51を参照して、本発明の実施の形態 2に係る赤外線レンズの基本構成について 説明する。なお、ここでは図 51の赤外線レンズ 2aの基本構成についてのみ説明を行 うこととし、そのより詳細な構成については実施例として後述することとする。
[0079] この赤外線レンズ 2aは、図 51に示すように、物体側から順に、いずれも硫ィ匕亜鉛に より形成された第 1レンズ L1 (第 1レンズ群）、第 2レンズ L2 (第 2レンズ群）、及び第 3 レンズ L3 (第 3レンズ群）を備えて構成されている。第 1レンズ L1及び第 3レンズ L3は 、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、正の屈折力を有している。第 2レ ンズ L2は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、正の屈折力を有している
[0080] レンズ L1〜L3を透過した光（赤外線）は、赤外線透過窓 Fiを介して撮像素子 Idの 受光面に入射され、その受光面上に像を形成する。なお、本実施の形態 1では 1枚 のレンズ L1〜L3によって第 1ないし第 3レンズ群をそれぞれ構成するようにしたが、 各レンズ群を 2枚以上のレンズを用いて構成するようにしてもよぐ各レンズ群のレン ズ枚数が互 、に異なる構成としてもょ ヽ。
[0081] このように、全てのレンズ L1〜L3が材料コストの安価な硫化亜鉛により形成され、 し力も、物体側に凸面を向けた 2枚の正メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた 1枚 の負メニスカスレンズとによって赤外線レンズ 2aが構成されているため、各レンズ L1 〜L3の厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロスを抑制しつつ、結像性能を向上 させることができ、低コストの構成で、像が明るぐ結像性能の高い赤外線レンズ laを 提供できるようになつている。また、従来の硫ィ匕亜鉛レンズに比してレンズ全体の厚 みを抑制することにより、レンズ透過時の光量ロスの抑制が図られている。
[0082] また、第 1レンズ L1の凹面 (像側面。面番号 2)は、回折面とされ、これによつて、赤 外線レンズ 2aにお 、て問題となり易 、色収差を効果的に改善できるようになって!/、る 。そして、大きな屈折力が必要とされ、色収差の生じやすい第 1レンズ L1に回折面を 設けることにより、回折面を設けることによる色収差改善効果を最大限に引き出すこと ができるようになつている。さらには、回折面を第 1レンズ L1の像側面に設けることに より、回折面が外部環境に晒されて回折面にゴミ等が付着するのを防止することがで きるようになつている。
[0083] また、第 1レンズ L1の凸面及び凹面の少なくともいずれか一方は、非球面とされて いる。このように、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ L1に非球面を設け ることにより、効果的に収差を改善できるようになつている。径が最も大きい第 1レンズ L1に非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレ ンズに設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点でカロ ェが容易となる。例えば、本実施の形態 1では、第 1レンズ L1の凹面 (面番号 2)、第 2レンズ L2の凸面（面番号 4)、第 3レンズ L3の凸面（面番号 5)、及び第 3レンズ L3の 凹面（面番号 6)が非球面とされ、それ以外のレンズ面は球面とされている。
[0084] また、この赤外線レンズ 2aの F値は 0. 8〜1. 2程度に設定されている。
[0085] さらに、この赤外線レンズ 2aは、所定の結像性能を実現するため、以下の関係式：
1. 05≤fl2/f≤l. 75
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ L1〜L3全体の焦点距離
f 12：第 1レンズ L1及び第 2レンズ L2の合成焦点距離
を満たすように構成されている。この条件を満たすことで、視野内の諸収差 (広角領 域におけるディストーションを含む）がバランス良く補正され、かつコンパクトで明るい 赤外線レンズ 2aを容易に実現することができる。例えば、 fl2Zfを 1. 05より小さくし ようとすると、第 1レンズ L1と第 2レンズ L2とを近づけて配置する必要があるため、球 面収差の補正が難しくなり、逆に 1. 75よりも大きくしょうとすると、第 1レンズ L1と第 2 レンズ L2とを離して配置する必要があるため、軸外光線が第 1レンズ L1の光軸から 離れたところを通過することとなり、これによつて非点収差が大きくなるとともに、歪曲 収差 (ディストーション）の補正も難しくなる。
[0086] その結果、上記関係式（1)を満たすことにより、コンパクトな構成を採用しつつ、赤 外線レンズ 2aの視野角（例えば、 20° 以上 40° 以下の広角領域に設定される）内 の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域 (例えば、 8〜12 /z m)に ついて十分な結像性能 (例えば、 MTF0. 2以上）を得ることができるようになつてい る（この点に関する詳細な説明は、実施例及び比較例に基づいて後述する）。これに よって、例えば、この赤外線レンズ 2aを画素ピッチ 25 μ m、画素サイズ 320 X 240の 撮像素子 Idと組み合わせて、解像度の高!、赤外線画像を得ることができる。
[0087] このような構成の第 1ないし第 3レンズ L1〜L3は、次のようにして形成される。すな わち、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を非酸化性雰囲気中（例えば、真 空、 Ar等の不活性ガス又はこれらの組み合わせ等)で熱間圧縮成形することにより、 多結晶硫ィ匕亜鉛焼結体であるレンズ L1〜L3を得る。このように、硫ィ匕亜鉛を用いた 金型成形によってレンズ L1〜L3を製造することにより、赤外線レンズ 2aの材料コスト 及びカ卩ェコストを大幅に削減することができる。なお、成形後のレンズ L1〜L3に対 する研磨、研削等の機械加工を行うようにしてもよい。
[0088] より詳細には、上記の硫ィ匕亜鉛原料粉末としては、平均粒径 0. 5〜2 μ mで純度 9 8%以上の粉末を用いる。また、熱間圧縮成形の諸条件は、温度 900〜1100°C、圧 力 150〜800kgZcm2が適当である。圧力保持時間は、平均的には 0. 05-1. 5時 間であり、温度及び圧力条件との組み合わせに応じて適宜調節される。
[0089] この多結晶硫ィ匕亜鉛レンズは、その透過特性を向上させるために、或 、はレンズ表 面を外部環境力も保護するために、コーティングを施すことも有効である。その際のコ 一ティング層の材質や厚みは、その赤外線レンズの使用方法、場所、状況に鑑みて 適宜選択される。例えば、透過特性を向上させるために、レンズ表面を反射防止膜 によってコーティン
グする処理 (ARコート処理）を行ってもよい。あるいは、レンズ強度を高めるために、 第 1レンズ L1の最も物体側に位置するレンズ面（面番号 1)の表面を、 DLC (ダイヤモ ンドライクカーボン)膜等の超硬質膜によってコーティングする処理 (DLCコート処理 )を行ってもよい。
[0090] 特に、本実施の形態 2に係る赤外線レンズ 2aを車載ナイトビジョン用の赤外線カメ ラに適用することを想定した場合は、上記の DLCコート処理は極めて有効である。ナ イトビジョン用赤外線カメラは、通常、車両のフロントグリル部のような、風雨や走行中 の飛来物に晒される過酷な環境下に設置される。従って、レンズの傷対策や汚れ対 策等の耐環境対策は重要であり、外部環境に晒される最外のレンズ面（面番号 1)に DLCコート処理を行うことによって、この対策を簡易に実現することができる。なお、 ナイトビジョン用赤外線カメラの耐環境対策としては、従来、最外レンズ面の前段に 所定の窓材を設置する等の措置がとられていた。しかし、窓材の材料として主に用い られるゲルマニウムは高価であるため、コストが上昇する。また、窓材を追カ卩的に設置 することによって、レンズモジュールが全体として大型化してしまう。一方、 DLCコート 処理による耐環境対策ではこのような問題が生じないため、窓材を設置する場合と比 較すると、コストの低減及びモジュールの小型化を図ることができ、有利である。
[0091] ところで、所定の光学性能を有する赤外線レンズ 2aをレンズ形状の金型を用いた 熱間圧縮成形により低コストで製造するためには、レンズ L1〜L3の外径や厚み等の 構成について、その成形に適した構成を採用する必要がある。
[0092] まず、レンズ L1〜L3の外径 Rdについては、レンズ L1〜L3の外径 Rdを大きくする ほど明る ヽ像が得られるが、外径 Rdが拡大するほどレンズ形状の金型を用いた熱間 圧縮成形時に必要とされるプレス機構の圧縮力が増大する。このため、加工コスト等 の観点より、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定した場合 、レンズ L1〜L3の外径 Rdは、以下の関係式：
Rd<40mm
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時のプレス機構の圧縮力を抑制できるため、レンズ加工のための設備コ ストを抑制することができる。
[0093] 次に、レンズ L1〜L3の厚みについては、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成 形時の成形性 (機械強度、加工精度等)を確保するためにはある程度の厚みが必要 である一方、厚みが大きくなるとレンズ透過時の光量ロスが大きくなるとともに、熱間 圧縮成形時にレンズ L1〜L3の厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折 率の分布が生じやすくなる。このため、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの 組み合わせを想定した場合、レンズ L1〜L3の厚みについては、中心厚 Tm及びコ バ厚 Teが以下の関係式：
1. 5mm < fm^ 8. Omm 1. 0mm<Te< 8. Omm
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制さ れた赤外線レンズ laを実現できるとともに、レンズ L1〜L3の厚みを抑制することによ り、熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折 率の分布が生じるのを防止することができるようになって!/、る。
[0094] また、撮像素子 Idとしては、 8〜12 m帯に感度を持つ、ポロメータ、サーモパイノレ 、 SOIダイオードなどの非冷却熱型撮像素子が用いられる。通常、 160 X 120、 320 X 240といった画素数の撮像素子 Idが利用される力 画素ピッチが狭い（例えば、 2 5 m)撮像素子 Idを用いることで、赤外線レンズ 2aは、製造上好適な最大径 30mm程度になる。
[0095] <実施例 >
以下では、本実施の形態 2の具体例として、 3つの好適な実施例 2-1, 2-2, 2-3に ついて記載する。また、その実施例 2-1, 2-2, 2-3に対する比較例として 2つの実施 例 2-4, 2-5を紹介し、実施例 2-1, 2-2, 2-3と実施例 2-4, 2-5とを比較する。なお、実 施例 2-1は上記 fl2Zfが 1. 25に設定されたものであり、実施例 2-2は上記 fl2Zfが 1. 75に設定されたものであり、実施例 2-3は上記 fl2Zfが 1. 05に設定されたもの である。また、実施例 2-4は上記 fl2Zfが 1. 80に設定されたものであり、実施例 2-5 は上記 fl2Zfが 1. 00に設定されたものである。
[0096] [実施例 2-1]
実施例 2-1に係る赤外線レンズ 2aは、図 51ないし図 53に示す構成を有し、 fl2/f は 1. 25、F値は 0. 89、最大径は 20. Omm、視野角は 31° に設定されている（ただ し、視野角は画素ピッチ 25 μ m、画素サイズ 320 X 240の撮像素子と組み合わせた 場合の値)。なお、図 53に示す第 2面、第 4面、第 5面、及び第 6面の非球面形状 (回 折面形状）は、そのパラメータを次式：
[0097] [数 3]
Figure imgf000029_0001
+ A 2♦ y 2+A 4 ' y 4 + A S ' y s + A 8 * v a+"'+* C y
[0098] [数 4] φ ( ν =— 1™ ' m o d ( C 1 + C 2 ，—A )
N—
[0099] に代入することにより決定される（以下同様)。上式にお!、て、 Zは非球面上の点から 非球面の頂点に接する平面に下ろした垂線の長さ（mm)であり、 yは光軸からの高さ (mm)であり、 Kは離心率であり、 Rは近軸曲率半径であり、 A2, A4, A6, A8はそ れぞれ 2次， 4次， 6次， 8次の非球面係数である。また、 Nは屈折率であり、 λは参照 波長の値であり、 CI, C2は回折面係数である。
[0100] この実施例 2-1の構成における視野角内（0° 、 10. 9° 、 12. 15° 、 15. 34° )に おける波長 8 m、 10 m、 12 mに対するサジタル、タンジェンシャルの MTFは、 図 54ないし図 60に示すような特性となっている。なお、図 54ないし図 60において、 Ave.は 8〜12 μ mの MTF値を平均したグラフである（以下同様）。
[0101] また、その波長 8 m、 10 ^ m, 12 mに対する球面収差、非点収差は、図 61及 び図 62に示すような特性となっており、ディストーションは図 63に示すような特性とな つている。また、視野角内の各像高に対応する波長 8 m、 10 /ζ πι、 12 mに対す る横収差は、図 64 (a)ないし図 64 (e)に示すような特性となっている（各図において 左側がタンジュンシャル、右側がサジタルに対応して 、る）。
[0102] [実施例 2-2]
実施例 2-2に係る赤外線レンズ 2bは、図 65ないし図 67に示す構成を有し、 fl2/f は 1. 75、F値は 1. 08、最大径は 15. 8mm、視野角は 32° に設定されている。
[0103] この実施例 2-2の構成における視野角内（0° 、 11. 1° 、 12. 7° 、 16. 2° )にお ける波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTFは、図 68ないし図 74に示すような特 性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図 75 ないし図 77、図 78 (a)ないし図 78 (e)に示すような特性となっている。
[0104] [実施例 2-3]
実施例 2-3に係る赤外線レンズ 2cは、図 79ないし図 81に示す構成を有し、 fl2/f は 1. 05、 F値は 1. 01、最大径は 17. 2mm,視野角は 32° に設定されている。
[0105] この実施例 2- 3の構成における視野角内（0° 、 11. 0° 、 12. 5° 、 16. 0° )にお ける波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTFは、図 82ないし図 88に示すような特 性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、図 89 ないし図 91、図 92 (a)ないし図 92 (e)に示すような特性となっている。
[0106] [実施例 2- 4]
実施例 2-4に係る赤外線レンズ 2dは、図 93ないし図 95に示す構成を有し、 fl2/f は 1. 80、 F値は 1. 05、最大径は 15. 8mm、視野角は 33° に設定されている。
[0107] この実施例 2-4の構成においても、その視野角内（0° 、 11. 4° 、 13. 1° 、 16. 7
。 )における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結 果は図 100 (e)に基づいて後述する。
[0108] [実施例 2- 5]
実施例 2-5に係る赤外線レンズ 2eは、図 96ないし図 98に示す構成を有し、 fl2/f は 1. 00、 F値は 1. 01、最大径は 17. 2mm,視野角は 32° に設定されている。
[0109] この実施例 2-5の構成においても、その視野角内（0° 、 11. 0° 、 12. 5° 、 16. 0
。 )における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結 果は図 99 (a)に基づ 、て後述する。
[0110] [まとめ]
図 99 (a)ないし図 99 (c)、図 100 (d)及び図 100 (e)は、上記の実施例 2—1ないし 実施例 2— 5の MTF特性等を表にまとめたものであり、実施例 2-5、実施例 2-3、実施 例 2-1、実施例 2-2、実施例 2-4の順に掲載されている。各表中の MTF値は空間周 波数 201p/mmにおける値となっている。また、各表中において、その上側から下側に 、波長 12 m、 10 m、 8 mの視野角内の各像高における MTF値、その 8〜12 μ mの MTF値の平均値を記載している。
[0111] ここで、 8〜12 mの波長帯をターゲットとした赤外線レンズの光学性能に関する 評価基準としては、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定し た場
合、空間周波数 201p/mmにおける MTFが 0. 2を下回ると、著しく画像のコントラスト が低下することが経験的に分力つて 、る。
[0112] そこで、全画角及び 8〜12 /ζ πιの全波長において MTFが 0. 2以上となっているか 否かを基準として、上記の実施例 2-1ないし実施例 2-5を評価することとする。すると、 図 99 (a)な!、し図 99 (c)、図 100 (d)及び図 100 (e)に示す MTF特性より、 fl2/f の値が上記関係式（1)の条件を満たす実施例 2-1ないし実施例 2-3については、全 画角及び全波長において 0. 2以上の MTFが得られている力 fl2Zfの値が上記関 係式（1)の条件を満たさない実施例 2-4及び実施例 2-5については、画角、波長によ つては 0. 2以上の MTFが得られない部分が生じている。これより、全画角及び全波 長において 0. 2以上の MTFを得るためには、上記関係式（1)のように、 fl2Zfの値 を 1. 05以上、 1. 75以下の範囲内に設定すればよいことが分かる。
[0113] 実施の形態 3
<基本構成 >
図 101を参照して、本発明の実施の形態 3に係る赤外線レンズの基本構成につい て説明する。なお、ここでは図 101の赤外線レンズ 3aの基本構成についてのみ説明 を行うこととし、そのより詳細な構成については実施例として後述することとする。
[0114] この赤外線レンズ 2aは、図 101に示すように、物体側から順に、いずれも硫ィ匕亜鉛 により形成された第 1レンズ L1 (第 1レンズ群)及び第 2レンズ L2 (第 2レンズ群)を備 えて構成されている。第 1レンズ L1及び第 2レンズ L2は、物体側に凸面を向けた正メ ニスカスレンズであり、正の屈折力を有している。
[0115] レンズ LI, L2を透過した光 (赤外線）は、赤外線透過窓 Fiを介して撮像素子 Idの 受光面に入射され、その受光面上に像を形成する。なお、本実施の形態 2では 1枚 のレンズ LI, L2によって第 1及び第 2レンズ群をそれぞれ構成するようにした力 各 レンズ群を 2枚以上のレンズを用いて構成するようにしてもよぐ各レンズ群のレンズ 枚数が互!、に異なる構成としてもょ ヽ。
[0116] このように、全てのレンズ LI, L2が材料コストの安価な硫ィ匕亜鉛により形成され、し 力も、物体側に凸面を向けた 2枚の正メニスカスレンズによって赤外線レンズ 3aが構 成されているため、各レンズ LI, L2の厚みを小さく抑えてレンズ透過時の光量ロスを 抑制しつつ、結像性能を向上させることができ、低コストの構成で、像が明るぐ結像 性能の高い赤外線レンズ 3aを提供できるようになつている。また、従来の硫化亜鉛レ ンズに比してレンズ全体の厚みを抑制することにより、レンズ透過時の光量ロスの抑 制が図られている。
[0117] また、第 1レンズ L1の凹面 (像側面。面番号 2)は、回折面とされ、これによつて、赤 外線レンズ 3aにお 、て問題となり易 、色収差を効果的に改善できるようになって!/、る 。そして、大きな屈折力が必要とされ、色収差の生じやすい第 1レンズ L1に回折面を 設けることにより、回折面を設けることによる色収差改善効果を最大限に引き出すこと ができるようになつている。さらには、回折面を第 1レンズ L1の像側面に設けることに より、回折面が外部環境に晒されて回折面にゴミ等が付着するのを防止することがで きるようになつている。
[0118] また、第 1レンズ L1の凸面及び凹面の少なくともいずれか一方は、非球面とされて いる。このように、口径が大きく球面収差の生じやすい第 1レンズ L1に非球面を設け ることにより、効果的に収差を改善できるようになつている。径が最も大きい第 1レンズ L1に非球面を設けることにより、非球面の形状変化の激しさ（うねり度合い）を他のレ ンズ
に設ける場合に比して小さくすることができ、金型作製及びレンズ加工の点で力卩ェが 容易となる。例えば、本実施の形態 2では、第 1レンズ L1の凸面（面番号 1)、第 1レン ズ L1の凹面（面番号 2)、第 2レンズ L2の凸面（面番号 3)、及び第 2レンズ L2の凹面 (面番号 4)が非球面とされて ヽる。
[0119] また、この赤外線レンズ 3aの F値は 0. 8〜1. 2程度に設定されている。
[0120] さらに、この赤外線レンズ 3aは、所定の結像性能を実現するため、以下の関係式：
1. 25≤fl/f≤l. 5 · ' · (2)
但し、
f :第 1及び第 2レンズ LI, L2全体の焦点距離
fl :第 1レンズ L1の焦点距離 を満たすように構成されている。この条件を満たすことで、視野内の諸収差 (広角領 域におけるディストーションを含む）がバランス良く補正され、かつコンパクトで明るい 赤外線レンズ 3aを容易に実現することができる。例えば、 flZ:¾l. 25より小さくしょ うとすると、第 1レンズ L1と第 2レンズ L2とを近づけて配置する必要があるため、球面 収差の補正が難しくなり、逆に 1. 5よりも大きくしょうとすると、第 1レンズ L1と第 2レン ズ L2とを離して配置する必要があるため、軸外光線が第 1レンズ L1の光軸力 離れ たところを通過することとなり、これによつて非点収差が大きくなるとともに、歪曲収差（ ディストーション）の補正も難しくなる。
[0121] その結果、上記関係式（2)を満たすことにより、コンパクトな構成を採用しつつ、赤 外線レンズ 3aの視野角（例えば、 20° 以上 40° 以下の広角領域に設定される）内 の全域において、撮像用に受光される赤外線の全波長域 (例えば、 8〜12 /z m)に ついて十分な結像性能 (例えば、 MTFO. 2以上）を得ることができるようになつてい る（この点に関する詳細な説明は、実施例及び比較例に基づいて後述する）。これに よって、例えば、この赤外線レンズ 3aを画素ピッチ 25 μ m、画素サイズ 320 X 240の 撮像素子 Idと組み合わせて、解像度の高!、赤外線画像を得ることができる。
[0122] このような構成の第 1及び第 2レンズ LI, L2は、次のようにして形成される。すなわ ち、レンズ形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を非酸化性雰囲気中（例えば、真空 、 Ar等の不活性ガス又はこれらの組み合わせ等)で熱間圧縮成形することにより、多 結晶硫ィ匕亜鉛焼結体であるレンズ LI, L2を得る。このように、硫ィ匕亜鉛を用いた金 型成形によってレンズ LI, L2を製造することにより、赤外線レンズ 3aの材料コスト及 びカ卩ェコストを大幅に削減することができる。なお、成形後のレンズ LI, L2に対する 研磨、研削等の機械加工を行うようにしてもよい。
[0123] より詳細には、上記の硫ィ匕亜鉛原料粉末としては、平均粒径 0. 5〜2 μ mで純度 9 8%以上の粉末を用いる。また、熱間圧縮成形の諸条件は、温度 900〜1100°C、圧 力 150〜800kgZcm2が適当である。圧力保持時間は、平均的には 0. 05-1. 5時 間であり、温度及び圧力条件との組み合わせに応じて適宜調節される。
[0124] この多結晶硫ィ匕亜鉛レンズは、その透過特性を向上させるために、或いはレンズ表 面を外部環境力も保護するために、コーティングを施すことも有効である。その際のコ 一ティング層の材質や厚みは、その赤外線レンズの使用方法、場所、状況に鑑みて 適宜選択される。例えば、透過特性を向上させるために、レンズ表面を反射防止膜 によってコーティングする処理 (ARコート処理）を行ってもよい。あるいは、レンズ強度 を高めるために、第 1レンズ L1の最も物体側に位置するレンズ面（面番号 1)の表面 を、 DLC (ダイヤモンドライクカーボン)膜等の超硬質膜によってコーティングする処 理（DLCコート処理）を行ってもよ!ヽ。
[0125] 特に、本実施の形態 2に係る赤外線レンズ 3aを車載ナイトビジョン用の赤外線カメ ラに適用することを想定した場合は、上記の DLCコート処理は極めて有効である。ナ イトビジョン用赤外線カメラは、通常、車両のフロントグリル部のような、風雨や走行中 の飛来物に晒される過酷な環境下に設置される。従って、レンズの傷対策や汚れ対 策等の耐環境対策は重要であり、外部環境に晒される最外のレンズ面（面番号 1)に DLCコート処理を行うことによって、この対策を簡易に実現することができる。なお、 ナイトビジョン用赤外線カメラの耐環境対策としては、従来、最外レンズ面の前段に 所定の窓材を設置する等の措置がとられていた。しかし、窓材の材料として主に用い られるゲルマニウムは高価であるため、コストが上昇する。また、窓材を追カ卩的に設置 することによって、レンズモジュールが全体として大型化してしまう。一方、 DLCコート 処理による耐環境対策ではこのような問題が生じないため、窓材を設置する場合と比 較すると、コストの低減及びモジュールの小型化を図ることができ、有利である。
[0126] ところで、所定の光学性能を有する赤外線レンズ 3aをレンズ形状の金型を用いた 熱間圧縮成形により低コストで製造するためには、レンズ LI, L2の外径や厚み等の 構成について、その成形に適した構成を採用する必要がある。
[0127] まず、レンズ LI, L2の外径 Rdについては、レンズ LI, L2の外径 Rdを大きくするほ ど明る 、像が得られるが、外径 Rdが拡大するほどレンズ形状の金型を用いた熱間圧 縮成形時に必要とされるプレス機構の圧縮力が増大する。このため、加工コスト等の 観点より、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定した場合、 レンズ L1〜L3の外径 Rdは、以下の関係式：
Rd<40mm
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時のプレス機構の圧縮力を抑制できるため、レンズ加工のための設備コ ストを抑制することができる。
[0128] 次に、レンズ LI, L2の厚みについては、レンズ形状の金型を用いた熱間圧縮成形 時の成形性 (機械強度、加工精度等）を確保するためにはある程度の厚みが必要で ある一方、厚みが大きくなるとレンズ透過時の光量ロスが大きくなるとともに、熱間圧 縮成形時にレンズ LI, L2の厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折率 の分布が生じやすくなる。このため、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組 み合わせを想定した場合、レンズ LI, L2の厚みについては、中心厚 Tm及びコバ厚 Teが以下の関係式：
1. 5mm < Γπι 8. Omm
1. Omm< fe< 8. Omm
を満たすように設定するのが望ましい。これによつて、レンズ形状の金型を用いた熱 間圧縮成形時の成形性を確保しつつ、厚みが薄くレンズ透過時の光量ロスが抑制さ れた赤外線レンズ 3aを実現できるとともに、レンズ LI, L2の厚みを抑制することによ り、熱間圧縮成形時にレンズの厚み方向に圧縮力の分布が生じて厚み方向に屈折 率の分布が生じるのを防止することができるようになって!/、る。
[0129] また、撮像素子 Idとしては、 8〜12 m帯に感度を持つ、ポロメータ、サーモパイノレ 、 SOIダイオードなどの非冷却熱型撮像素子が用いられる。通常、 160 X 120、 320 X 240といった画素数の撮像素子 Idが利用される力 画素ピッチが狭い（例えば、 2 5 m)撮像素子 Idを用いることで、赤外線レンズ 3aは、製造上好適な最大径 30mm 程度になる。
[0130] <実施例 >
以下では、本実施の形態 3の具体例として、 3つの好適な実施例 3-1, 3-2, 3-3に つい
て記載する。また、その実施例 3-1, 3-2, 3-3に対する比較例として 2つの実施例 3-4 , 3-5を紹介し、実施例 3-1, 3-2, 3-3と実施例 3-4, 3-5とを比較する。なお、実施例 3 -1は上記 flZfが 1. 37に設定されたものであり、実施例 3-2は上記 flZfが 1. 50に 設定されたものであり、実施例 3-3は上記 flZfが 1. 25に設定されたものである。ま た、実施例 3-4は上記 flZfが 1. 55に設定されたものであり、実施例 3-5は上記 flZ fが 1. 20に設定されたものである。
[0131] [実施例 3-1]
実施例 3-1に係る赤外線レンズ 3aは、図 101ないし図 103に示す構成を有し、 fl/ fは 1. 37、 F値は 1.01、最大径は 18. Ommゝ視野角は 30° に設定されている（た だし、視野角は画素ピッチ 25 μ m、画素サイズ 320 X 240の撮像素子と組み合わせ た場合の値)。なお、図 53に示す第 1面、第 2面、第 3面、及び第 4面の非球面形状（ 回折面形状）は、そのパラメータを次式：
[0132] [数 5]
Z(y) =
1 +、/l - ( 1 + K
y π ^
+ A2♦ y 2+A4 ' y 4 + AS ' ys + A8 * va+"'+* C y
[0133] [数 6]
Φΐν)= … ' mo d (C1 + C2 ，—A )
N—
[0134] に代入することにより決定される（以下同様)。上式において、 Zは非球面上の点から 非球面の頂点に接する平面に下ろした垂線の長さ（mm)であり、 yは光軸からの高さ (mm)であり、 Kは離心率であり、 Rは近軸曲率半径であり、 A2, A4, A6, A8はそ れぞれ 2次， 4次， 6次， 8次の非球面係数である。また、 Nは屈折率であり、 λは参照 波長の値であり、 CI, C2は回折面係数である。
[0135] この実施例 3-1の構成における視野角内（0° 、 10. 5° 、 12.0° 、 15.0° )にお ける波長 8 m、 10 m、 12 mに対するサジタル、タンジェンシャルの MTFは、図 104ないし図 110に示すような特性となっている。なお、図 104ないし図 110におい て、 Ave.は 8〜12 μ mの MTF値を平均したグラフである（以下同様)。
[0136] また、その波長 8 m、 10 ^m, 12 mに対する球面収差、非点収差は、図 111及 び図 112に示すような特性となっており、ディストーションは図 113に示すような特性 となっている。また、視野角内の各像高に対応する波長 8 /ζ πι、 10 ^ m, 12 /z mに対 する横収差は、図 114 (a)な 、し図 114 (e)に示すような特性となって!/、る（各図にお V、て左側がタンジェンシャル、右側がサジタルに対応して!/、る）。
[0137] [実施例 3-2]
実施例 3-2に係る赤外線レンズ 3bは、図 115ないし図 117に示す構成を有し、 fl/ fは 1. 50、 F値は 1. 09、最大径は 16. 6mm、視野角は 30° に設定され ている。
[0138] この実施例 3- 2の構成における視野角内（0° 、 10. 5° 、 12. 0° 、 15. 0° )にお ける波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTFは、図 118ないし図 124に示すよう な特性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、 図 125な!、し図 127、図 128 (a)ないし図 128 (e)に示すような特性となって!/、る。
[0139] [実施例 3-3]
実施例 3-3に係る赤外線レンズ 3cは、図 129ないし図 131に示す構成を有し、 fl/ fは 1. 25、 F値は 1. 05、最大径は 17. 3mm、視野角は 30° に設定されている。
[0140] この実施例 3- 3の構成における視野角内（0° 、 10. 5° 、 12. 0° 、 15. 0° )にお ける波長 8 /ζ πι、 10 ^ m, 12 /z mに対する MTFは、図 132ないし図 138に示すよう な特性となっている。また、その球面収差、非点収差、ディストーション、横収差は、 図 139な!、し図 141、図 142 (a)な!、し図 142 (e)に示すような特性となって!/、る。
[0141] [実施例 3- 4]
実施例 3-4に係る赤外線レンズ 3dは、図 143ないし図 145に示す構成を有し、 fl/ fは 1. 55、 F値は 1. 10、最大径は 16. 4mm、視野角は 30° に設定されている。
[0142] この実施例 3-4の構成においても、その視野角内（0° 、 10. 5° 、 12. 0° 、 15. 0 。 )における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結 果は図 150 (e)に基づいて後述する。
[0143] [実施例 3- 5]
実施例 3-5に係る赤外線レンズ 3eは、図 146ないし図 148に示す構成を有し、 fl/ fは 1. 20、 F値は 1. 04、最大径は 17. 4mm、視野角は 30° に設定されている。
[0144] この実施例 3-5の構成においても、その視野角内（0° 、 10. 5° 、 12. 0° 、 15. 0 。 )における波長 8 m、 10 m、 12 mに対する MTF特性を調べており、その結 果は図 149 (a)に基づいて後述する。
[0145] [まとめ]
図 149 (a)ないし図 149 (c)、図 150 (d)及び図 150 (e)は、上記の実施例 3-1ない し実施例 3-5の MTF特性等を表にまとめたものであり、実施例 3-5、実施例 3-3、実 施例 3-1、実施例 3-2、実施例 3-4の順に掲載されている。各表中の MTF値は空間 周波数 201p/mmにおける値となっている。また、各表中において、その上側から下側 に、波長 12 m、 10 m、 8 mの視野角内の各像高における MTF値、その 8〜1 2 μ mの MTF値の平均値を記載して!/、る。
[0146] ここで、 8〜12 mの波長帯をターゲットとした赤外線レンズの光学性能に関する 評価基準としては、例えば画素ピッチ 25 mの撮像素子 Idとの組み合わせを想定し た場合、空間周波数 201p/mmにおける MTFが 0. 2を下回ると、著しく画像のコントラ ストが低下することが経験的に分力つている。
[0147] そこで、全画角及び 8〜12 /ζ πιの全波長において MTFが 0. 2以上となっているか 否かを基準として、上記の実施例 3-1ないし実施例 3-5を評価することとする。すると、 図 149 (a)な!ヽし図 149 (c)、図 150 (d)及び図 150 (e)に示す MTF特性より、 fl/f の値が上記関係式（2)の条件を満たす実施例 3-1な 、し実施例 3-3につ 、ては、全 画角及び全波長において 0. 2以上の MTFが得られている力 flZfの値が上記関 係式（2)の条件を満たさない実施例 3-4及び実施例 3-5については、画角、波長によ つては 0. 2以上の MTFが得られない部分が生じている。これより、全画角及び全波 長において 0. 2以上の MTFを得るためには、上記関係式（2)のように、 flZfの値を 1. 25以上、 1. 5以下の範囲内に設定すればよいことが分かる。
[0148] <適用例 >
以下では、上記実施の形態 1, 2, 3に係る赤外線レンズ la〜lc, 2a〜2c, 3a〜3c が車載用のナイトビジョンに適用された場合について説明する。このナイトビジョンは 、図 101に示すように、車両の前端部等に設置された赤外線カメラ 21と、車室内にお ける運転席力 視認可能な位置に設けられた液晶表示装置等によりなる表示部 23と 、赤外線カメラ 21が撮像した画像に基づ 、て画像処理 (コントラストに基づ 、て画像 中から人間を抽出する処理等)を行い、その処理結果に基づいて警告画像等を表示 部 23に表示させる制御部 25とを備えて構成されている。赤外線カメラ 21は、上述の 赤外線レンズ la〜： Lc,2a〜2c, 3a〜3c、赤外線透過窓 Fi及び撮像素子 Idを備えて 構成されており、夜間等において車両前方の物体 (人等）が発する赤外線を受光す ることにより、車両前方の赤外線画像を撮像する。
このように上記実施の形態 1, 2, 3に係る赤外線レンズ la〜lc, 2a〜2c, 3a〜3c を用いてナイトビジョンを構成することにより、制御部 25による画像処理によって赤外 線画像中から人間を抽出するのに必要な高解像度で明るくコントラストも高い画像を 得ることができる。これによつて、例えば、夜間であっても景色が明るい夏季の映像（ 夏季映像は背景と人 (歩行者等)との輝度差が小さくなる)であっても、画像処理によ り画像中の人間を認識可能とすることができる。また、赤外線レンズ la〜： Lc, 2a〜2c , 3a〜3cが小型化に適しているため、赤外線カメラの小型化を図ることができ、容易 に車両に搭載可能なナイトビジョンを構成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 物体側力 順に、少なくとも第 1及び第 2レンズ群を備え、
前記第 1及び第 2レンズ群は正の屈折力を有し、
前記第 1及び第 2レンズ群はそれぞれ、硫化亜鉛により形成された少なくとも 1枚の レンズを有することを特徴とする赤外線レンズ。
[2] 請求項 1に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第 1又は第 2レンズ群に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面は、回折 面とされて 、ることを特徴とする赤外線レンズ。
[3] 請求項 1又は 2に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第 1レンズ群を構成する少なくともいずれか一方の面は、非球面とされているこ とを特徴とする赤外線レンズ。
[4] 請求項 1な 、し 3の!、ずれかに記載の赤外線レンズにぉ 、て、
以下の関係式：
1. 25≤fl/f≤l. 5
但し、
f :第 1及び第 2レンズ群全体の焦点距離
fl :第 1レンズ群の焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[5] 物体側力 順に、第 1、第 2、及び第 3レンズ群を備え、
前記第 1ないし第 3レンズ群は正の屈折力を有し、
前記第 1ないし第 3レンズ群はそれぞれ、硫ィ匕亜鉛により形成された少なくとも 1枚 のレンズを有すると共に、
前記第 1ないし第 3レンズ群は、物体側に凸面を向けた 1枚の正メニスカスレンズに よりそれぞれ構成されて ヽることを特徴とする赤外線レンズ。
[6] 請求項 5に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面は、回 折面とされて ヽることを特徴とする赤外線レンズ。
[7] 請求項 5又は 6に記載の赤外線レンズにおいて、 前記第 1レンズ群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくともいずれか一方の 面は、非球面とされて ヽることを特徴とする赤外線レンズ。
[8] 請求項 5な!、し 7の!、ずれかに記載の赤外線レンズにぉ 、て、
以下の関係式：
1. 0≤fl/f≤l. 4
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ群全体の焦点距離
fl：第 1レンズ群に備えられる正メニスカスレンズの焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[9] 物体側力 順に、第 1、第 2、及び第 3レンズ群を備え、
前記第 1ないし第 3レンズ群は正の屈折力を有し、
前記第 1ないし第 3レンズ群はそれぞれ、硫ィ匕亜鉛により形成された少なくとも 1枚 のレンズを有すると共に、
前記第 1及び第 3レンズ群は、物体側に凸面を向けた 1枚の正メニスカスレンズによ りそれぞれ構成されており、
前記第 2レンズ群は、像側に凸面を向けた 1枚の負メニスカスレンズにより構成され て 、ることを特徴とする赤外線レンズ。
[10] 請求項 9に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面は、回 折面とされて ヽることを特徴とする赤外線レンズ。
[11] 請求項 9又は 10に記載の赤外線レンズにおいて、
前記第 1レンズ群を構成する前記正メニスカスレンズの少なくともいずれか一方の 面は、非球面とされて ヽることを特徴とする赤外線レンズ。
[12] 請求項 9な!、し 11の!、ずれかに記載の赤外線レンズにお!ヽて、
以下の関係式：
1. 05≤fl2/f≤l. 75
但し、
f :第 1ないし第 3レンズ群全体の焦点距離 fl2 :第 1及び第 2レンズ群の合成焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[13] 請求項 1な 、し 12の!ヽずれかに記載の赤外線レンズにお!ヽて、
前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられる少なくともいずれ力 1つのレンズは、レンズ 形状の金型を用い硫化亜鉛原料粉末を熱間圧縮成形して形成されたものであること を特徴とする赤外線レンズ。
[14] 請求項 1な 、し 13の!、ずれかに記載の赤外線レンズにお!ヽて、
前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられるすべてのレンズの外径 Rdは、以下の関係 式：
Rd<40mm
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[15] 請求項 1な 、し 14の!、ずれかに記載の赤外線レンズにお!ヽて、
前記第 1ないし第 3レンズ群に備えられるすべてのレンズの中心厚 Tm及びコバ厚 Teは、以下の関係式：
1. 5mm < Γπι 8. Omm
1. Omm< fe< 8. Omm
を満たすことを特徴とする赤外線レンズ。
[16] 請求項 1な 、し 15の!、ずれかに記載の赤外線レンズにお!ヽて、
前記第 1レンズ群のうち最も前記物体側に位置するレンズ面には、超硬質膜による コーティングが施されていることを特徴とする赤外線レンズ。
[17] 請求項 1ないし 16のいずれかに記載の赤外線レンズと、
前記赤外線レンズによって結像された像を撮像する撮像素子と、
を備えることを特徴とする赤外線カメラ。
[18] 請求項 17に記載の赤外線カメラと、
前記赤外線カメラによって撮像された画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするナイトビジョン。
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