WO2007099836A1 - 赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ - Google Patents

赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ Download PDF

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WO2007099836A1
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zoom lens
infrared zoom
infrared
lenses
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PCT/JP2007/053217
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Chihiro Hiraiwa
Tatsuya Izumi
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape

Definitions

  • the present invention relates to an infrared zoom lens (particularly a far infrared zoom lens) and an infrared camera.
  • Patent Document 1 Conventional infrared zoom lens power of a five-group lens configuration is disclosed in Patent Document 1 below. Further, the conventional infrared zoom lens power having a three-group lens configuration is disclosed in Patent Document 2 below. In any infrared zoom lens, germanium is used as a lens material.
  • Patent Document 1 Japanese Published Patent No. 10-213746
  • Patent Document 2 Japanese Published Patent No. 2005-521918
  • the infrared zoom lens disclosed in Patent Document 1 uses a large number of lenses, which increases the size of the lens system and makes it difficult to reduce the size of the entire camera.
  • germanium which is expensive as a lens material, is used. Since this is used with a plurality of lenses, this also increases the cost.
  • the infrared zoom lens of Patent Document 2 uses a small number of lenses, but has a high cost configuration because germanium is used as a lens material. Both lens systems use germanium, which is a very expensive material, and this is an obstacle to cost reduction of not only lenses but also cameras.
  • zinc sulfide is a low-cost infrared transmission lens material, but generally has a characteristic that the increase in light loss due to the increase in thickness is large in the far-infrared wavelength region (8 to 12 m) compared to germanium. Yes (see, for example, Figure 57).
  • the wavelength range of 10 m or more it is known that the light loss due to the internal absorption of the material is larger than the light loss due to surface reflection, and the transmittance is greatly reduced.
  • the far-infrared region where chromatic dispersion is large As a lens material it has been considered difficult to handle compared to germanium.
  • night vision systems and security cameras which are the main usages, make judgments such as human recognition by performing image processing on images obtained with infrared cameras, which is sufficient for improving recognition performance. It is necessary to obtain a resolution image. For this reason, when using zinc sulfate as the lens material, it is necessary to reduce the thickness of the lens and obtain a bright infrared image.
  • the headlight irradiation range is usually 3 Om, but when driving at night, pedestrians can be recognized in the range of 30 to 80 m! /, It is preferable.
  • an infrared camera that can recognize farther is suitable. For this reason, an infrared camera for night vision is desired that can perform telephoto imaging.
  • night vision cameras are required to achieve both telephoto imaging and wide-angle imaging.
  • the zoom function responds to this demand, and the method has the power of digital zoom and optical zoom.
  • image quality does not deteriorate and brightness is reduced. It is desirable to use an optical zoom that can maintain a sufficient resolution.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an infrared zoom lens having a small size and a low cost while maintaining the brightness of an image and the related technology.
  • the first invention includes, in order from the object side cover, first to third lens groups, and the first and third lens groups are fixed during zooming.
  • the second lens group is moved, and each of the first to third lens groups has at least one lens made of zinc sulfide.
  • the second invention is the infrared zoom lens according to the first invention, wherein the first lens is The first lens group is composed of one or two lenses and has a positive refractive power, and the second lens group is composed of one or two lenses and has a negative refractive power, and the third lens
  • the lens group includes two or more lenses, and has a positive refractive power as a whole lens group and a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side as the final lens on the image plane side. Also, all the lens forces provided in the third lens group are made of zinc sulfate.
  • At least one of the force surfaces provided in the first to third lens groups is a diffractive surface. ing.
  • the fourth invention is the infrared zoom lens according to any one of the first to third inventions, wherein at least one of the lens surfaces provided in the first and third lens groups is a non-surface. It is a spherical surface.
  • a sixth invention is the infrared zoom lens according to any one of the first to fifth inventions, wherein the following conditions are satisfied:
  • an outer diameter Rd of all the lenses provided in the first to third lens groups is as follows. Relational expression: Rd ⁇ 40mm
  • an eighth invention is the infrared zoom lens according to any one of the first to seventh inventions, wherein the center thickness Tm and the edge thickness of all the lenses provided in the first to third lens groups. Te is the following relation:
  • a ninth invention includes the infrared zoom lens according to any one of the first to eighth inventions, and an image sensor that picks up an image formed by the infrared zoom lens. The invention's effect
  • the present invention by reducing the number of lenses and using zinc sulfate for all lens materials, it is possible to reduce the size and cost, and to use zinc sulfate with low light transmittance as a lens. It is possible to suppress the adverse effect that the image becomes dark due to use in the material. As a result, it is possible to provide an infrared zoom lens having a small image and a low-cost configuration with a bright image.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration at a wide angle of Example 1 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a telephoto configuration of Example 1 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc. of each lens in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a graph showing MTF characteristics for a wavelength of 12 m in the wide angle configuration of FIG.
  • FIG. 6 A graph showing the MTF characteristics for a wavelength of 12 ⁇ m in the telephoto configuration of Fig. 2.
  • FIG. 7 is a graph showing MTF characteristics for a wavelength of 10 / zm in the wide angle configuration of FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing the MTF characteristics for a wavelength of 10 ⁇ m in the telephoto configuration of FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the MTF characteristics for a wavelength of 8 / z m in the wide angle configuration of FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the MTF characteristics for a wavelength of 8 ⁇ m in the telephoto configuration of FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing spherical aberration characteristics in the wide angle configuration of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a graph showing astigmatism characteristics in the wide angle configuration of FIG. 1.
  • FIG. 13 is a graph showing distortion characteristics in the wide angle configuration of FIG.
  • FIG. 15 is a graph showing astigmatism characteristics in the telephoto configuration of FIG.
  • FIG. 16 is a graph showing distortion characteristics in the telephoto configuration of FIG.
  • FIGS. 17 (a) to 17 (c) are graphs showing transverse aberration characteristics corresponding to image heights in the wide-angle configuration of FIG.
  • FIGS. 18 (a) to 18 (c) are graphs showing the lateral convergence characteristic corresponding to each image height in the telephoto configuration of FIG.
  • FIG. 19 is a diagram showing a configuration at a wide angle of Example 2 of the infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing a telephoto configuration of Example 2 of the infrared zoom lens according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG.
  • FIG. 22 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 23 is a diagram showing a configuration at a wide angle of Example 3 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a telephoto configuration of Example 3 of the infrared zoom lens according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG.
  • FIG. 26 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 27 is a diagram showing a configuration at a wide angle of Example 4 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a diagram showing a telephoto configuration of Example 4 of the infrared zoom lens according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG.
  • FIG. 30 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 31 is a diagram showing a configuration at a wide angle of Example 5 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram showing a telephoto configuration of Example 5 of an infrared zoom lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 33 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG. 31.
  • FIG. 34 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 35 is a diagram showing a configuration of Comparative Example 1 at a wide angle.
  • FIG. 36 is a diagram showing a telephoto configuration of Comparative Example 1;
  • FIG. 37 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG.
  • FIG. 38 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 39 is a diagram showing a configuration of Comparative Example 2 at a wide angle.
  • FIG. 40 is a diagram showing a telephoto configuration of Comparative Example 2.
  • FIG. 41 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG. 39.
  • FIG. 42 is a diagram showing shape parameters of the aspherical lens and the diffractive lens in FIG.
  • FIG. 43 is a diagram showing a configuration of Comparative Example 3 at a wide angle.
  • FIG. 44 is a diagram showing a telephoto configuration of Comparative Example 3.
  • FIG. 45 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG. 43.
  • FIG. 46 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 43.
  • FIG. 47 is a diagram showing a configuration of Comparative Example 4 at a wide angle.
  • FIG. 48 is a diagram showing a telephoto configuration of Comparative Example 4.
  • FIG. 49 is a diagram showing the surface shape, surface interval, aperture radius, etc., of each lens in FIG.
  • FIG. 50 is a diagram showing shape parameters of the aspheric lens and the diffractive lens in FIG. 47.
  • FIG. 51 (a) and FIG. 51 (b) are diagrams showing a table summarizing the MTF characteristics and the like of the example and the comparative example relating to the condition 1.
  • FIG. 52 (a) and FIG. 52 (b) are diagrams showing a table summarizing the MTF characteristics and the like of the example and the comparative example regarding condition 1.
  • FIG. 53 is a view showing a table summarizing MTF characteristics and the like of Examples and Comparative Examples regarding Condition 1.
  • FIG. 54 (a) and FIG. 54 (b) are diagrams showing a table summarizing the MTF characteristics and the like of the example and the comparative example regarding condition 2.
  • FIG. 55 (a) and FIG. 55 (b) are diagrams showing a table summarizing the MTF characteristics and the like of the example and the comparative example regarding condition 2.
  • FIG. 56 is a diagram schematically showing the configuration of night vision.
  • FIG. 57 is a graph showing the relationship between the infrared wavelength and transmittance of a zinc sulfate lens (without coating) for several lens thicknesses.
  • FIG. 1 shows the configuration at wide angle (position 1)
  • Fig. 2 shows the desired configuration. It shows the configuration for long distance (position 2).
  • position 1 shows the configuration at wide angle
  • position 2 shows the desired configuration. It shows the configuration for long distance (position 2).
  • the infrared zoom lens la includes first to third lens groups G1 to G3 formed of zinc sulfate in order of the object side force.
  • the first lens group G1 includes one or two lenses and has a positive refractive power.
  • the second lens group G2 is composed of one or two lenses and has a negative refractive power.
  • the third lens group G3 includes two or more lenses, and has a positive refractive power as a whole lens group, and a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side as the final lens on the image plane side.
  • the second lens group G2 is moved along the optical axis while the first and third lens groups Gl and G3 are fixed during zooming.
  • the light (infrared rays) transmitted through the first to third lens groups G1 to G3 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.
  • the first lens group G1 includes a positive meniscus lens L1 having a convex surface directed toward the object side.
  • the second lens group G2 is composed of a biconcave lens L2.
  • the third lens group G3 is composed of two lenses L3 and L4.
  • the lens L3 on the object side is a negative meniscus lens with the convex surface facing the image side
  • the lens L4 (final lens) on the image side is a positive meniscus lens with the convex surface facing the object side.
  • At least one of the lens surfaces included in the first to third lens groups G1 to G3 is a diffractive surface, which effectively reduces the color difference that is likely to cause a problem in the infrared transmission lens. It has become possible to improve.
  • the second, fourth, and eighth lens surfaces are diffractive surfaces. In this way, by providing a diffractive surface on the image side that is not close to the object side of the front 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. .
  • Fig. 1 and Fig. 2. In this example, a total of three diffractive surfaces are provided. However, one diffractive surface can be formed for correcting chromatic aberration in each of the wide-angle and telephoto zoom positions.
  • At least one lens surface provided in the first and third lens groups Gl and G3 is an aspherical surface. Since the lenses LI, L3, and L4 included in the first and third lens groups Gl and G3 have a large aperture and easily generate spherical aberration, the use of an aspherical surface in this manner can effectively improve the aberration. In addition, by providing an aspherical surface to a lens with a large diameter, the intensity of the aspherical shape change (the degree of undulation) can be reduced compared to the case of providing it to other lenses. Processing becomes easy at a point.
  • At least one aspheric surface is provided for each of the first to third lens groups G1 to G3, and the aberration is improved for each of the lens groups G1 to G3.
  • the third, fifth and eighth lens surfaces are aspherical surfaces.
  • the F value of the infrared zoom lens la is set to about 1.1.
  • the zoom ratio of the infrared zoom lens la is set to about 1.4 to 1.5.
  • the infrared zoom lens la has the following two parameter conditions in order to realize a predetermined imaging performance:
  • the infrared zoom lens la receives infrared rays for imaging in the entire viewing angle range at the telephoto and wide angle positions.
  • Sufficient imaging performance e.g., MTFO. 1 or higher
  • the entire wavelength region e.g., 8 to 12 m
  • this infrared zoom lens la can be combined with an image sensor Id having a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 ⁇ 240 to obtain a high-resolution infrared image.
  • the lenses L1 to L4 having such a configuration are formed as follows. That is, by using a lens-shaped mold, 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 of these) to obtain polycrystalline subsulfide. Lenses L1 to L4 that are lead sintered bodies are obtained. As described above, by manufacturing the lenses L1 to L4 by molding using zinc sulfide, the material cost and power cost of the infrared zoom lens la can be greatly reduced. In addition, you may make it perform machining, such as grinding
  • machining such as grinding
  • the zinc oxide 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 thickness of the lenses LI to L4 is to some extent 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 at the time of hot compression molding, the distribution of compressive force occurs in the thickness direction of the lenses L1 to L4, and the refractive index distribution in the thickness direction. It tends to occur. For this reason, for example, assuming a combination with an image sensor Id with a pixel pitch of 25 m, the center thickness Tm and the edge thickness Te have the following relational expressions for the thicknesses of the lenses L1 to L4:
  • 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 image sensor Id with a narrow pixel pitch for example, 25 m
  • the infrared zoom lens la is suitable for manufacturing.
  • the maximum diameter is about 30mm.
  • Example 1 corresponds to the approximate median of the above parameter conditions (1) and (2)
  • Examples 2 and 3 correspond to the approximate boundary value of the parameter condition (1)
  • 4 and 5 correspond to the approximate boundary values of parameter condition (2)
  • Comparative Examples 1 and 2 corresponding to the parameter condition (1) and Comparative Examples 3 and 4 corresponding to the parameter condition (2) are introduced, and each of Examples 1 to 5 is compared with Comparative Examples 1 to 4. Compare.
  • the infrared zoom lens la according to Example 1 has the configuration shown in FIGS. 1 to 4, and fl / f t is 1.672, f2Zft is 0.597, F value is 1.1, viewing angle is set from 40 degrees to 22 degrees, and V (the viewing angle is a pixel pitch of 25 ⁇ m and pixel size is 320 X 240) Value when combined with).
  • the aspherical and diffractive surfaces shown in Fig. 4 have the following parameters:
  • Z 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 (mm) from the optical axis.
  • K is the eccentricity
  • R is the paraxial radius of curvature
  • A, B, C, D are the 4th, 6th, 8th and 10th order aspheric coefficients.
  • N is the refractive index
  • ⁇ is the value of the reference wavelength
  • C1 to C5 are diffraction surface coefficients.
  • the surface shape of the diffractive aspherical surface is given by the linear combination of Equations 1 and 2 above.
  • the spherical aberration, astigmatism, and distortion for the wavelengths 8 m, m, and 12 m in the wide-angle and telephoto modes have the characteristics shown in FIGS.
  • a wavelength of 8 m, corresponding to each image height within the viewing angle wide angle: 0 °, 8.71 °, 14.97 ° Z telephoto: 0 °, 6.64 °, 11.19 °
  • the transverse aberration for 10 ⁇ m and 12 m has the characteristics shown in Fig. 17 (a) to Fig. 17 (c) and Fig. 18 (a) to Fig. 18 (c) (in each figure! /
  • the left side corresponds to tangential and the right side corresponds to sagittal.
  • the infrared zoom lens lb according to Example 2 has the configuration shown in FIGS. 19 to 22, fl Zft is set to 0.986, F value is 1.1, and viewing angle is set from 40 degrees to 29 degrees. (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).
  • Example 2 In the configuration of Example 2 as well, the wavelength in the viewing angle (wide angle: 0 °, 11.54 °, 19.77 ° / telephoto: 0 ° ⁇ 8. 75 ° ⁇ 14. 50 °)
  • the MTF characteristics for 8 m ⁇ 10 m ⁇ 12 m were investigated, and the results will be described later based on Fig. 51 (b).
  • the infrared zoom lens lc according to Example 3 has the configuration shown in FIGS. 23 to 26, fl Zft is set to 3.355, F value is set to 1.1, and the viewing angle is set from 24 degrees to 18 degrees. (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 infrared zoom lens Id according to Example 4 has the configuration shown in FIGS. 27 to 30 and f2 Zft is set to ⁇ 0.351, the F value is 1.1, and the viewing angle is set to 40 ° ⁇ 29 °. (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).
  • the infrared zoom lens le according to Example 5 has the configuration shown in FIGS. 31 to 34, f2 Zft is set to 1.236, F value is 1.1, and the viewing angle is set from 27 degrees to 19 degrees. (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).
  • the infrared zoom lens 2a according to Comparative Example 1 has the configuration shown in FIGS. 35 to 38, fl Zft is set to 0.954, F value is set to 1.1, and the viewing angle is set from 40 degrees to 29 degrees. (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 infrared zoom lens 2b according to Comparative Example 2 has the configuration shown in FIGS. 39 to 42, fl Zft is set to 3.518, F value is set to 1.1, and the viewing angle is set from 24 degrees to 18 degrees. (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 infrared zoom lens 2c according to Comparative Example 3 has the configuration shown in FIGS. 43 to 46, and f2 Zft is set to ⁇ 0.334, the F value is 1.1, and the viewing angle is set to 39 ° ⁇ 29 °. (However, the viewing angle is when combined with an image sensor with a pixel pitch of 25 ⁇ m and a pixel size of 320 x 240) The value of the).
  • the infrared zoom lens 2d according to Comparative Example 4 has the configuration shown in FIGS. 47 to 50, f2 Zft is set to 1.276, F value is 1.1, and the viewing angle is set from 27 degrees to 19 degrees. (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).
  • FIG. 51 (a), FIG. 51 (b), FIG. 52 (a), FIG. 52 (b) and FIG. 53 show the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 corresponding to the above parameter condition (1).
  • MTF characteristics are summarized in a table, and are listed in the order of Comparative Example 1, Example 2, Example Example 3, and Comparative Example 2.
  • Fig. 54 (a), Fig. 54 (b), Fig. 55 (a) and Fig. 55 (b) show the MTFs of Examples 4 and 5 and Comparative Examples 3 and 4 corresponding to the above parameter condition (2).
  • the characteristics are summarized in a table, and are listed in the order of Comparative Example 4, Example 4, Example 5, and Comparative Example 4.
  • the MTF values in each table are values at a spatial frequency of 201p / mm.
  • the MTF is 0 at all angles of view from wide angle to telephoto and at all wavelengths of 8 to 12 ⁇ m.
  • Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 will be evaluated. Then, according to the MTF characteristics shown in the above table, in Examples 1 to 5 where the values of fl / ft and f2Zft satisfy the above nomenclature conditions (1) and (2), the wide-angle force is all over the telephoto. Forces at which MTF of 0.1 or more is obtained at the angle of view and at all wavelengths The values of flZft and f2Zft do not satisfy the above parameter conditions (1) and (2). Depending on the angle of view or wavelength, there is a part where MTF of 0.1 or more cannot be obtained.
  • the values of f lZft and f 2Zft should be set so that the above parameter conditions (1) and (2) are satisfied. If you set it, you will understand.
  • this night vision includes a display unit 23 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. And image processing based on the image captured by the infrared camera 21 (e.g., processing for extracting a person from the image based on contrast), and displaying the warning image on the display unit 23 based on the processing result. Part 25. As a modification, a configuration in which the image captured by the infrared camera 21 is simply displayed on the display unit 23 may be used.
  • the infrared camera 21 includes the above-described infrared zoom lens la to le, an infrared transmission window Fi, and an imaging element Id.
  • the infrared camera 21 emits infrared rays emitted from an object (such as a person) in front of the vehicle at night. By receiving light, an infrared image in front of the vehicle is captured.
  • the night vision using the infrared zoom lens la ⁇ : Le it is necessary to extract a person from the infrared image by image processing by the control unit 25. Images with high resolution and high contrast can be obtained. Thus, for example, even in the evening, even in the summer, when the scene is bright (the brightness difference between the background and the person (pedestrian, etc.) is small), the person in the image is recognized by image processing. Can be possible.
  • the infrared zoom lens la ⁇ : Le is suitable for miniaturization, the infrared camera can be miniaturized and a night vision that can be easily mounted on a vehicle can be configured.
  • the zoom type infrared camera 21 can be configured by using the infrared zoom lens la to Le according to the present embodiment, the telephoto mode and the wide-angle mode can be selected according to the traveling state of the vehicle. You can configure a night vision that can be switched.

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Abstract

　像の明るさを維持しつつ、小型で、低コストな構成の赤外線ズームレンズ及びその関連技術を提供する。この赤外線ズームレンズ１ａは、硫化亜鉛により形成された第１ないし第３レンズ群Ｇ１～Ｇ３を備えて構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、１又は２枚のレンズで構成され、正の屈折力を有している。第２レンズ群Ｇ２は、１又は２枚のレンズで構成され、負の屈折力を有している。第３レンズ群Ｇ３は、２枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを備えている。ズーミング時には第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って移動される。第１ないし第３レンズ群Ｇ１～Ｇ３の少なくともいずれか１つのレンズ面は、回折面とされる。第１及び第３レンズ群Ｇ１，Ｇ３の少なくともいずれか１つのレンズ面は、非球面とされる。

Description

明 細 書
赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ
技術分野
[0001] 本発明は、赤外線ズームレンズ (特に遠赤外線ズームレンズ)及び赤外線カメラ〖こ 関する。
背景技術
[0002] 5群レンズ構成の従来の赤外線ズームレンズ力 下記特許文献 1に開示されている 。また、 3群レンズ構成の従来の赤外線ズームレンズ力 下記特許文献 2に開示され ている。いずれの赤外線ズームレンズにおいても、レンズの材料としてゲルマニウム が用いられている。
[0003] 特許文献 1 :日本国公開特許平 10— 213746号公報
特許文献 2：日本国公表特許第 2005— 521918号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、上記特許文献 1の赤外線ズームレンズでは、使用して 、るレンズ枚数が多く 、レンズ系が大型化し、カメラ全体の小型化も困難になってしまうとともに、レンズ材料 に高価なゲルマニウムを複数のレンズで用 ヽて 、るため、この点によってもコストが嵩 む構成となっている。
[0005] また、特許文献 2の赤外線ズームレンズでは、使用して 、るレンズ枚数は少な 、が 、レンズ材料にゲルマニウムを用いているため、高コストの構成となっている。いずれ のレンズ系も非常に高価な材料であるゲルマニウムを用いており、レンズのみならず カメラの低コスト化の障害となって 、る。
[0006] ところで、硫化亜鉛は低コストの赤外線透過レンズ材料であるが、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 きいという特性がある（例えば、図 57参照)。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。加えて波長分散も大きぐ遠赤外線領域で のレンズ材料としては、ゲルマニウムに比べ扱いにくいとされてきた。また、主な使用 用途であるナイトビジョンシステムや防犯カメラでは、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。このため、レンズ材料に硫ィ匕亜鉛を用いる 場合には、レンズの厚みを薄くし、明るい赤外線像を得る必要がある。
[0007] また、車載用のナイトビジョンへの適用に関連して、通常ヘッドライトの照射範囲は 3 Omであるが、夜間走行時は 30〜80mの範囲で歩行者を認識できて!/、ることが好ま しい。さらに、雨天時は路面が滑りやすく制動距離が拡大するため、より遠くを認識で きる赤外線カメラが適してしている。このため、ナイトビジョン用の赤外線カメラは望遠 撮像が可能なものが望まれる。
[0008] 一方、低速走行時は運転者が遠方の歩行者を認知してから、回避行動をしても十 分に間に合う場合が多い。また、低速走行時に望遠カメラを用いると、ナイトビジョン が必要以上に遠方の歩行者を認識してしま！/ヽ、運転者の誤認識や誤動作を招く場 合がある。さらに、カーブ走行時等は視野の外に歩行者が居る可能性が高くなる。こ のため、低速走行時は撮像視野の広 、広角カメラを用いるのが望ま 、。
[0009] 以上のことから、ナイトビジョン用のカメラには、望遠撮像と広角撮像の両立が求め られている。一般にこの要請に応えたものがズーム機能であり、手法にはデジタルズ ームと光学ズームの種類がある力 ナイトビジョンに歩行者認識アルゴリズムを搭載 する場合、画質の劣化が発生せず、明るさが維持でき十分な解像度が得られる光学 ズームの方が望ましい。
[0010] よって、本発明の解決すべき課題は、像の明るさを維持しつつ、小型で、低コストな 構成の赤外線ズーム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
[0011] 上記の課題を解決するため、第 1の発明は、物体側カゝら順に、第 1ないし第 3レンズ 群を備え、ズーミング時に前記第 1及び第 3レンズ群が固定された状態で、前記第 2 レンズ群が移動され、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つのレンズを有する。
[0012] また、第 2の発明は、第 1の発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、前記第 1レン ズ群は、 1又は 2枚のレンズで構成され、正の屈折力を有し、前記第 2レンズ群は、 1 又は 2枚のレンズで構成され、負の屈折力を有し、前記第 3レンズ群は、 2枚以上の レンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、像面側の最終 レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを有し、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力 硫ィ匕亜鉛により形成されている。
[0013] また、第 3の発明は、第 1又は第 2の発明に係る赤外線ズームレンズにおいて、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。
[0014] また、第 4の発明は、第 1ないし第 3のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズ において、前記第 1及び第 3レンズ群に備えられる少なくともいずれカゝ 1つのレンズ面 は、非球面とされている。
[0015] また、第 5の発明は、第 1ないし第 4のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズ において、以下の条件：
0. 97<fl/ft< 3. 40
但し、
ft：第 1な 、し第 3レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
fl :第 1レンズ群の焦点距離
を満たす。
[0016] また、第 6の発明は、第 1ないし第 5のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズ において、以下の条件：
1. 25<f2/ft< -0. 34
但し、
ft：第 1な 、し第 3レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
ί2 :第 2レンズ群の焦点距離
を満たす。
[0017] また、第 7の発明は、第 1ないし第 6のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズ 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。
[0018] また、第 8の発明は、第 1ないし第 7のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズ 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。
[0019] また、第 9の発明は、第 1ないし第 8のいずれかの発明に係る赤外線ズームレンズと 、前記赤外線ズーム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。 発明の効果
[0020] 本発明によれば、レンズ枚数を削減すること、及び全てのレンズ材料に硫ィ匕亜鉛を 用いることにより、小型、低コストが図れるとともに、光透過率の低い硫ィ匕亜鉛をレンズ 材に用いることによる像が暗くなる弊害を抑制できる。その結果、小型、低コストの構 成で、像が明る 、赤外線ズームレンズを提供できる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 1の広角時の構成を 示す図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 1の望遠の構成を示 す図である。
[図 3]図 1中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 4]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 5]図 1の広角時の構成における波長 12 mにつ 、ての MTF特性を示すグラフで ある。
[図 6]図 2の望遠の構成における波長 12 μ mについての MTF特性を示すグラフであ る。
[図 7]図 1の広角時の構成における波長 10 /z mについての MTF特性を示すグラフで ある。 [図 8]図 2の望遠の構成における波長 10 μ mについての MTF特性を示すグラフであ る。
[図 9]図 1の広角時の構成における波長 8 /z mについての MTF特性を示すグラフで ある。
[図 10]図 2の望遠の構成における波長 8 μ mについての MTF特性を示すグラフであ る。
[図 11]図 1の広角時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の広角時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の広角時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 14]図 2の望遠の構成における球面収差特性を示すグラフである。
圆 15]図 2の望遠の構成における非点収差特性を示すグラフである。
[図 16]図 2の望遠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 17]図 17 (a)ないし図 17 (c)は図 1の広角時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 18]図 18 (a)ないし図 18 (c)は図 2の望遠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 19]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 2の広角時の構成 を示す図である。
[図 20]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 2の望遠の構成を 示す図である。
[図 21]図 19中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 22]図 19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 23]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 3の広角時の構成 を示す図である。
[図 24]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 3の望遠の構成を 示す図である。
[図 25]図 23中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 26]図 23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 27]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 4の広角時の構成 を示す図である。
[図 28]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 4の望遠の構成を 示す図である。
[図 29]図 27中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 30]図 27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 31]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 5の広角時の構成 を示す図である。
[図 32]本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの実施例 5の望遠の構成を 示す図である。
[図 33]図 31中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 34]図 31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 35]比較例 1の広角時の構成を示す図である。
[図 36]比較例 1の望遠の構成を示す図である。
[図 37]図 35中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 38]図 35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 39]比較例 2の広角時の構成を示す図である。
[図 40]比較例 2の望遠の構成を示す図である。
[図 41]図 39中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 42]図 39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 43]比較例 3の広角時の構成を示す図である。
[図 44]比較例 3の望遠の構成を示す図である。
[図 45]図 43中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 46]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 47]比較例 4の広角時の構成を示す図である。
[図 48]比較例 4の望遠の構成を示す図である。
[図 49]図 47中の各レンズの面形状、面間隔、アパーチャ一半径等を示す図である。
[図 50]図 47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 51]図 51 (a)及び図 51 (b)は条件 1に関する実施例及び比較例の MTF特性等を まとめた表を示す図である。
[図 52]図 52 (a)及び図 52 (b)は条件 1に関する実施例及び比較例の MTF特性等を まとめた表を示す図である。
[図 53]条件 1に関する実施例及び比較例の MTF特性等をまとめた表を示す図であ る。
[図 54]図 54 (a)及び図 54 (b)は条件 2に関する実施例及び比較例の MTF特性等を まとめた表を示す図である。
[図 55]図 55 (a)及び図 55 (b)は条件 2に関する実施例及び比較例の MTF特性等を まとめた表を示す図である。
[図 56]ナイトビジョンの構成を概略的に示す図である。
[図 57]硫ィ匕亜鉛レンズ (コーティングなしの場合)の赤外線波長と透過率の関係を、 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
[0022] la〜： Le 赤外線ズームレンズ
G1 第 1レンズ群
G2 第 2レンズ群
G3 第 3レンズ群
L1~L4 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
[0023] く基本構成〉
図 1及び図 2を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線ズームレンズの基本 構成について説明する。なお、図 1は広角時 (ポジション 1)の構成を示し、図 2は望 遠時 (ポジション 2)の構成を示している。また、ここでは図 1及び図 2の赤外線ズーム 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 1として後述することとする。
[0024] この赤外線ズームレンズ laは、図 1及び図 2に示すように、物体側力 順に、硫ィ匕 亜鉛により形成された第 1ないし第 3レンズ群 G1〜G3を備えて構成されている。第 1 レンズ群 G1は、 1又は 2枚のレンズで構成され、正の屈折力を有している。第 2レンズ 群 G2は、 1又は 2枚のレンズで構成され、負の屈折力を有している。第 3レンズ群 G3 は、 2枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力を有するとともに、 像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを備えている 。ズーミング時に第 1及び第 3レンズ群 Gl, G3が固定された状態で、第 2レンズ群 G 2が光軸に沿って移動される。第 1ないし第 3レンズ群 G1〜G3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。
[0025] このように、レンズ枚数を削減すること、及び全てのレンズ材料に硫ィ匕亜鉛を用いる ことにより、小型、低コストが図れるとともに、光透過率の低い硫ィ匕亜鉛をレンズ材に 用いることによる像が暗くなる弊害を抑制できる。その結果、小型、低コストの構成で 、像が明るい赤外線ズームレンズ laを提供できる。
[0026] より具体的には、第 1レンズ群 G1は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ L 1によって構成されている。第 2レンズ群 G2は、両凹レンズ L2によって構成されてい る。第 3レンズ群 G3は、 2つのレンズ L3, L4によって構成されている。物体側のレン ズ L3は、凸面を像側に向けた負のメニスカスレンズであり、像側のレンズ L4 (最終レ ンズ）は、凸面を物体側に向けた正のメニスカスレンズである。
[0027] また、第 1ないし第 3レンズ群 G1〜G3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、これによつて、赤外線透過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ようになつている。例えば、図 1及び図 2の構成では、第 2、 第 4及び第 8レンズ面が回折面とされている。このように、先頭レンズ L1の物体側面 ではなぐ像側面に回折面を設けることにより、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。なお、図 1及び図 2に示し た例では合計 3面の回折面が設けられて 、るが、広角及び望遠の各ズームポジショ ンの色収差補正用に 1面ずつ、合計 2面の回折面で構成することもできる。
[0028] また、第 1及び第 3レンズ群 Gl, G3に備えられる少なくともいずれか 1つのレンズ面 は、非球面とされている。第 1及び第 3レンズ群 Gl, G3に備えられるレンズ LI, L3, L4は口径が大きく球面収差が生じやすいため、このように非球面を用いることにより 、効果的に収差を改善できる。また、径が大きいレンズ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加工が容易となる。より具体的には 、第 1ないし第 3の各レンズ群 G1〜G3ごとに少なくとも 1つの非球面が設けられ、各 レンズ群 G1〜G3ごとに収差が改善されるようになっている。例えば、図 1及び図 2の 構成では、第 3、第 5及び第 8レンズ面が非球面とされている。
[0029] また、この赤外線ズームレンズ laの F値は 1. 1程度に設定されている。
[0030] また、この赤外線ズームレンズ laのズーム比は、 1. 4〜1. 5程度に設定される。
[0031] さらに、この赤外線ズームレンズ laは、所定の結像性能を実現するため、以下の 2 つのパラメータ条件：
0. 97<fl/ft< 3. 40 (1)
1. 25<f2/ft<— 0. 34 (2)
但し、
ft:第 1ないし第 3レンズ群 G1〜G3全体の最望遠側の焦点距離
fl :第 1レンズ群 G1の焦点距離
f 2：第 2レンズ群 G2の焦点距離
を満たすように構成されている。この 2つの条件（1) , (2)を満たすことにより、コンパ タトな構成を採用しつつ、赤外線ズームレンズ laの望遠時及び広角時における視野 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. 1以上）を得ることができるようになって 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、この赤外線ズームレンズ la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、解像度の高い赤外線画像を得ることができる [0032] このような構成のレンズ L1〜L4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、多結晶硫化亜 鉛焼結体であるレンズ L1〜L4を得る。このように、硫化亜鉛を用いた金型成形により レンズ L1〜L4を製造することにより、赤外線ズームレンズ laの材料コスト及び力卩ェコ 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〜L4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。
[0033] 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。
[0034] ここで、所定の光学性能を有する赤外線ズームレンズ 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〜L4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。
[0035] 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ズームレンズの使用方法、場所、状況を鑑みて適宜 選択される。
[0036] まず、レンズ L1〜L4の外径 Rdについては、レンズ L1〜L4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〜L4の外径 Rdは、以下の関係式：
Rd<40mm (3)
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。 [0037] また、レンズ LI〜L4の厚みにっ 、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〜L4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〜L4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<Tm< 8. Omm (4)
1. 0mm<Te< 8. Omm (5)
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 れた赤外線ズームレンズ laを実現できるとともに、レンズ L1〜L4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。
[0038] 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、赤外線ズームレンズ laは、製造上好適な最大径 30mm程度になる。
[0039] <実施例 >
以下では、上記実施形態の具体例として 5つの実施例 1〜5について記載する。実 施例 1は上記のパラメータ条件（1) , (2)の略中央値に対応しており、実施例 2, 3は ノ ラメータ条件（1)の略境界値に対応しており、実施例 4, 5はパラメータ条件（2)の 略境界値に対応している。また、パラメータ条件（1)に対応する比較例 1, 2とパラメ ータ条件（2)に対応する比較例 3, 4を紹介し、各実施例 1〜5と比較例 1〜4とを比 較する。
[0040] [実施例 1]
実施例 1に係る赤外線ズームレンズ laは、図 1ないし図 4に示す構成を有し、 fl/f tは 1.672、 f2Zftは 0.597、F値は 1. 1、視野角は 40度→22度に設定されて V、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 4に示す非球面、回折面の形状は、そのパラメータを 次式：
[0041] [数 1]
Figure imgf000014_0001
+ Α · y 4+Β · y 6+C · y8+D · y 10
[0042] [数 2]
Φ ( y ) 'mocHdr 2+C2r4+C3r6+C"8+C5「 10 , — λ )
n A— n B n A：像側面の屈折率 n B： wm&j m
[0043] 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、 A、 B、 C、 Dは 4次、 6 次、 8次、 10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〜C5は回折面係数である。なお、回折非球面の面形状は上の数 1, 2の線 形結合によって与えられる。
[0044] この実施例 1の構成における視野角内（広角時: 0° 、8.71° 、 14.97° Z望遠 時： 0° 、 6.64° 、 11. 19° ；)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 5ないし図 10に示すような特性となっている。
[0045] また、広角、望遠の各モードにおける波長 8 m、 m、 12 mに対する球面収 差、非点収差、ディストーションは、図 11ないし図 16に示すような特性となっている。 また、視野角内（広角時: 0° 、 8. 71° 、 14. 97° Z望遠時: 0° 、 6. 64° 、 11. 1 9° )の各像高に対応する波長 8 m、 10 ^ m, 12 mに対する横収差は、図 17 (a )ないし図 17 (c)、及び図 18 (a)ないし図 18 (c)に示すような特性となっている（各図 にお!/、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）。
[0046] [実施例 2]
実施例 2に係る赤外線ズームレンズ lbは、図 19ないし図 22に示す構成を有し、 fl Zftは 0. 986、 F値は 1. 1、視野角は 40度→29度に設定されている（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)。
[0047] この実施例 2の構成においても、視野角内（広角時： 0° 、 11. 54° 、 19. 77° / 望遠時： 0° ゝ 8. 75° ゝ 14. 50° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 mに対する MTF特性等を調べており、その結果は図 51 (b)に基づいて後述する。
[0048] [実施例 3]
実施例 3に係る赤外線ズームレンズ lcは、図 23ないし図 26に示す構成を有し、 fl Zftは 3. 355、 F値は 1. 1、視野角は 24度→18度に設定されている（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)。
[0049] この実施例 3の構成においても、視野角内（広角時: 0° 、 6. 94° 、 11. 83° Z望 遠時： 0° ゝ 5. 32° 、 8. 97° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 /z mに対する MTF 特性等を調べており、その結果は図 52 (b)に基づいて後述する。
[0050] [実施例 4]
実施例 4に係る赤外線ズームレンズ Idは、図 27ないし図 30に示す構成を有し、 f2 Zftは— 0. 351、 F値は 1. 1、視野角は 40度→29度に設定されている（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)。
[0051] この実施例 4の構成においても、視野角内（広角時： 0° 、 11. 56° 、 19. 83° Z 望遠時： 0° ゝ 8. 77° ゝ 14. 57° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 mに対する MTF特性等を調べており、その結果は図 54 (b)に基づいて後述する。 [0052] [実施例 5]
実施例 5に係る赤外線ズームレンズ leは、図 31ないし図 34に示す構成を有し、 f2 Zftは— 1. 236、 F値は 1. 1、視野角は 27度→19度に設定されている（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)。
[0053] この実施例 5の構成においても、視野角内（広角時: 0° 、 7. 79° 、 13. 54° Z望 遠時： 0° ゝ 5. 50° ゝ 9. 34° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 /z mに対する MTF 特性等を調べており、その結果は図 55 (a)に基づいて後述する。
[0054] [比較例 1]
比較例 1に係る赤外線ズームレンズ 2aは、図 35ないし図 38に示す構成を有し、 fl Zftは 0. 954、 F値は 1. 1、視野角は 40度→29度に設定されている（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)。
[0055] この比較例 1の構成においても、視野角内（広角時： 0° 、 11. 54° 、 19. 75° / 望遠時： 0° ゝ 8. 74° ゝ 14. 49° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 mに対する MTF特性等を調べており、その結果は図 51 (a)に基づいて後述する。
[0056] [比較例 2]
比較例 2に係る赤外線ズームレンズ 2bは、図 39ないし図 42に示す構成を有し、 fl Zftは 3. 518、 F値は 1. 1、視野角は 24度→18度に設定されている（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)。
[0057] この比較例 2の構成においても、視野角内（広角時: 0° 、 6. 94° 、 11. 83° Z望 遠時： 0° ゝ 5. 32° 、 8. 97° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 /z mに対する MTF 特性等を調べており、その結果は図 53に基づいて後述する。
[0058] [比較例 3]
比較例 3に係る赤外線ズームレンズ 2cは、図 43ないし図 46に示す構成を有し、 f2 Zftは— 0. 334、 F値は 1. 1、視野角は 39度→29度に設定されている（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)。
[0059] この比較例 3の構成においても、視野角内（広角時： 0° 、 11. 45° 、 19. 52° Z 望遠時： 0° ゝ 8. 75° ゝ 14. 50° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 mに対する MTF特性等を調べており、その結果は図 54 (a)に基づいて後述する。
[0060] [比較例 4]
比較例 4に係る赤外線ズームレンズ 2dは、図 47ないし図 50に示す構成を有し、 f2 Zftは— 1. 276、 F値は 1. 1、視野角は 27度→19度に設定されている（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)。
[0061] この比較例 4の構成においても、視野角内（広角時: 0° 、 7. 78° 、 13. 53° Z望 遠時： 0° ゝ 5. 50° ゝ 9. 34° )における波長 8 mゝ 10 mゝ 12 /z mに対する MTF 特性等を調べており、その結果は図 55 (b)に基づいて後述する。
[0062] [まとめ]
図 51 (a)、図 51 (b)、図 52 (a)、図 52 (b)及び図 53は、上記のパラメータ条件（1) に対応する実施例 1〜3及び比較例 1 , 2の MTF特性等を表にまとめたものであり、 比較例 1、実施例 2、実施例 実施例 3、比較例 2の順に掲載している。また、図 54 ( a)、図 54 (b)、図 55 (a)及び図 55 (b)は、上記のパラメータ条件（2)に対応する実施 例 4, 5及び比較例 3, 4の MTF特性等を表にまとめたものであり、比較例 4、実施例 4、実施例 5、比較例 4の順に掲載している。各表中の MTF値は空間周波数 201p/m mにおける値となっている。
[0063] ここで、 8〜12 mの波長帯をターゲットとした赤外線ズーム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. 1を下回ると、大きく画像の コントラストが低下することが経験的に分力つている。
[0064] そこで、広角から望遠に渡る全画角及び 8〜12 μ mの全波長において MTFが 0.
1以上となっている力否かを基準として、上記の実施例 1〜5及び比較例 1〜4を評価 することとする。すると、上記の表に示す MTF特性より、 fl/ft, f2Zftの値が上記 ノ メータ条件（1) , (2)を満たす実施例 1〜5については、広角力も望遠に渡る全 画角及び全波長において 0. 1以上の MTFが得られている力 flZft, f2Zftの値 が上記パラメータ条件（1) , (2)満たさない比較例 1〜4については、広角から望遠に 渡るいずれかの画角又は波長によって 0. 1以上の MTFが得られない部分が生じて いる。これより、広角から望遠に渡る全画角及び全波長において 0. 1以上の MTFを 得るためには、上記パラメータ条件（1) , (2)を満たすように、 f lZft及び f 2Zftの値 を設定すればょ 、ことが分かる。
[0065] <適用例 >
以下では、本実施形態に係る赤外線ズームレンズ la〜： Le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 56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 した画像に基づいて画像処理 (コントラストに基づい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。変形例として、赤外線カメラ 21の撮像画像を単に 表示部 23に表示する構成としてもよ!ヽ。
[0066] 赤外線カメラ 21は、上述の赤外線ズームレンズ la〜le、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。
[0067] このように本実施形態に係る赤外線ズームレンズ la〜： Le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 によって、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、赤外線ズームレンズ la〜： Leが小型化に適しているた め、赤外線カメラの小型化をは力ることができ、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。
[0068] また、本実施形態に係る赤外線ズームレンズ la〜： Leを用いることによりズーム式の 赤外線カメラ 21を構成できるため、車両の走行状態に応じて望遠モードと広角モー ドの切り替えが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] 物体側力も順に、第 1ないし第 3レンズ群を備え、
ズーミング時に前記第 1及び第 3レンズ群が固定された状態で、前記第 2レンズ群 が移動され、
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つ のレンズを有することを特徴とする赤外線ズームレンズ。
[2] 請求項 1に記載の赤外線ズームレンズにお ヽて、
前記第 1レンズ群は、 1又は 2枚のレンズで構成され、正の屈折力を有し、 前記第 2レンズ群は、 1又は 2枚のレンズで構成され、負の屈折力を有し、 前記第 3レンズ群は、 2枚以上のレンズで構成され、レンズ群全体として正の屈折力 を有するとともに、像面側の最終レンズとして物体側に凸面を向けた正のメニスカスレ ンズを有し、
前記第 1ないし第 3レンズ群が有するすべてのレンズが、硫ィ匕亜鉛により形成されて V、ることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
[3] 請求項 1又は請求項 2に記載の赤外線ズームレンズにお 、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ズームレンズ。
[4] 請求項 1な 、し請求項 3の!、ずれかに記載の赤外線ズームレンズにお!/、て、
前記第 1及び第 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、非球 面とされて ヽることを特徴とする赤外線ズームレンズ。
[5] 請求項 1な 、し請求項 4の!、ずれかに記載の赤外線ズームレンズにお!/、て、
以下の条件：
0. 97<fl/ft< 3. 40
但し、
ft：第 1な 、し第 3レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
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ズームレンズ。
[6] 請求項 1な 、し請求項 5の!、ずれかに記載の赤外線ズームレンズにお!/、て、 以下の条件：
1. 25<f2/ft< -0. 34
但し、
ft：第 1な 、し第 3レンズ群全体の最望遠側の焦点距離
ί2 :第 2レンズ群の焦点距離
を満たすことを特徴とする赤外線ズームレンズ。
[7] 請求項 1な 、し請求項 6の!、ずれかに記載の赤外線ズームレンズにお!/、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ズームレンズ。
[8] 請求項 1な 、し請求項 7の!、ずれかに記載の赤外線ズームレンズにお!/、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ズームレンズ。
[9] 請求項 1な 、し請求項 8の 、ずれかに記載の赤外線ズームレンズと、
前記赤外線ズーム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。
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