JP2002196233A

JP2002196233A - 赤外光学系及びこれを備えた赤外光学装置

Info

Publication number: JP2002196233A
Application number: JP2000395266A
Authority: JP
Inventors: Kaori Mukai; 香織向井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズの構成枚数が少なく、バックフォーカス
が大きく、歪曲を含めた諸収差を良好に補正した明るい
赤外光学系等を提供する。【解決手段】物体側から順に、少なくとも１枚の物体側
に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１を含む負の屈
折力を有する第一レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する
第二レンズ群Ｇ２とから構成され、所定の条件式を満足
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は赤外光学系、特に、
赤外線撮像装置等に好適な赤外光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、赤外検出器としてエリアディテク
タであるＣＣＤ（電荷結合素子）の発達に伴い、様々な
赤外光学系が提案されている。

【０００３】しかしながら、通常可視域に用いる光学系
と比較して、赤外波長域では、ＣＣＤの感度や光量の問
題等があるため、口径比の小さな、非常に明るい赤外光
学系（Ｆ/１．２程度）を用いるのが一般的である。

【０００４】また、赤外波長域では鏡筒の自己放射等の
被検物以外から放射される不要な赤外線を生ずる。この
不要な赤外線が検出器に入射しないように、光学系の後
ろ（像側）に絞りを置く。そして、該絞りと、赤外線を
反射又は透過させないように冷却した材料（コールドシ
ールド）とを一致させて開口整合を取ることが多い。こ
の構成のため、歪曲収差を良好に補正した広角レンズの
設計は困難である。

【０００５】また、赤外光学系に用いられる光学材料
は、可視用の光学材料と比較して高価である。従って、
コストの面より赤外光学系を構成するレンズの枚数が少
ないことが望ましい。

【０００６】開口整合を取った広角の赤外線用レンズと
して、例えば、特開平４−３５６００８号公報や特開平
７−３１８７９７号公報に開示のものが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−３５６００
８号公報に開示されたレンズ系は、中間像を形成し、リ
レーレンズによって中間像を中継する構成としている。
このため、レンズの構成枚数が多くなっている。従っ
て、透過率が低下し、Ｓ/Ｎ比が悪くなる。また、フレ
アも増加する可能性が高く、性能上不利である。さら
に、上述のように赤外光学系用の光学材料は高価で、コ
スト上不利であるという問題がある。

【０００８】特開平７−３１８７９７号公報に開示され
たレンズ系は、口径比がＦ/２と大きく暗い。また、バ
ックフォーカスを大きくとっているために、第一レンズ
群のパワーが強くなっており、歪曲収差が大きくなって
いるという問題がある。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、レンズの構成枚数が少なく、バックフォーカスが
大きく、歪曲収差を含めた諸収差を良好に補正した明る
い赤外光学系及び赤外光学装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、物体側から順に、少なくとも１枚の物体側
に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１を含む負の屈
折力を有する第一レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する
第二レンズ群Ｇ２とから構成され、以下の条件式（１）
を満足することを特徴とする赤外光学系を提供する。

【００１１】−６＜ｆ１/ｆ＜−４（１）ただし、ｆ : 前記赤外光学系全体の焦点距離，ｆ１: 前記第一レンズ群Ｇ１の焦点距離．条件式（１）は第一レンズ群Ｇ１の焦点距離と系全体の
焦点距離との比の適切な範囲を規定している。条件式
（１）の上限値を上回ると歪曲収差が大きくなる。逆に
条件式（１）の下限値を下回るとバックフォーカスが短
くなってしまう。いずれにおいても上記目的を達成でき
ない。

【００１２】また、本発明の好ましい態様では、前記第
一レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズの片面が非球面で
あることが望ましい。

【００１３】また、本発明の好ましい態様では、前記第
二レンズ群Ｇ２が非球面３を備えるレンズＬ２１を有す
ることが望ましい。

【００１４】また、本発明は、請求項１乃至３の何れか
一項に記載の赤外光学系と、この赤外光学系による物体
からの赤外光を受光する赤外検出部Ｐとを有することを
特徴とする赤外光学装置を提供する。

【００１５】尚、本発明の構成を説明する上記課題を解
決するための手段の項では、本発明を分かり易くするた
めに発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発
明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態について説明する。

【００１７】（第１実施形態）図１は本実施形態に係る
赤外光学系を備える赤外線撮像装置の構成図である。物
体側から順に、１枚の負メニスカスレンズＬ１１から成
る第一レンズ群Ｇ１と、３枚の正、負、正の屈折力を持
つレンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３から成る第二レンズ群
Ｇ２とから構成される。そして、結像面にはＣＣＤ窓Ｄ
２を有する赤外検出器Ｐが設けられている。検出器Ｐ
は、デュア窓Ｄ１と開口絞りＳとを有するデュア部材Ｃ
で覆われている。デュア部材Ｃの内部は不図示の冷却器
で冷却される。そして、上述した開口整合を取ることに
より、鏡筒等からの不要な赤外放射光を遮蔽できる。

【００１８】また、赤外光学系は、条件式（１）を満足
することによって第一レンズ群Ｇ１のパワーを抑えてい
る。これにより、長いバックフォーカスを確保してい
る。

【００１９】また、本実施形態では面１と面３とが非球
面である。これにより、さらに効果的に歪曲収差を補正
している。

【００２０】表１に本実施形態の諸元値を掲げる。尚、
諸元値表における、非球面形状は、次式で示される。

【数１】Z = (Y²/R)/[1+[1-(1+K)Y²/R²]^1/2] + AY⁴ + B
Y⁶ + CY⁸ + DY¹⁰

【００２１】ここで、Ｙは光軸からの距離を表し、Ｚは
光軸と非球面の交点を含み、かつ光軸に垂直な基準平面
から非球面までの変位量（サグ量）である。Ｒは該非球
面の近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ〜Ｄは非球面係数
である。また、非球面係数中の「Ｅ−ｎ」は「×１
０^-n」を示す。以下、全ての実施形態で同様である。

【００２２】また、諸元表の焦点距離、曲率半径、面間
隔その他の長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、
光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が
得られるので、これに限られるものではない。

【００２３】

【表１】（全体諸元）焦点距離 f = 7.6 mm Ｆナンバー F/1.2 画角 2ω= 66° （レンズデータ）面曲率半径面間隔光学材料屈折率アッベ数 1 30.27558 2.000000 Si 3.425406 240.95 2 21.68816 90.619207 3 130.39238 3.000000 Si 3.425406 240.95 4 22600.38571 22.227521 5 45.18173 1.500000 Ge 4.024610 102.22 6 27.87542 1.232130 7 32.04095 4.000000 Si 3.425406 240.95 8 -4229.22605 5.621142 9 ∞（平面） 3.000000 Si 3.425406 240.95 10 ∞（平面） 1.260000 11 ∞（平面） 10.240000 12 ∞（平面） 0.300000 Si 3.425406 240.95 （非球面係数）［面１］ K = 0.280716 A = -0.132491E-06 B = 0.497655E-09 C = -0.697027E-12 D = 0.521752E-15 ［面３］ K = 0.000000 A = -0.184407E-05 B = -0.783308E-09 C = -0.322286E-12 D = 0.0 （条件式対応値）ｆ１＝−３７．７５ｆ１/ｆ＝−４．９７

【００２４】また、光学材料のＳｉはシリコン、Ｇｅは
ゲルマニウムをそれぞれ示す。表１の屈折率は波長４μ
ｍにおける屈折率であり、アッベ数は（ｎ４−１）/
（ｎ３−ｎ５）である。ここで、ｎ３，ｎ４，ｎ５はそ
れぞれ波長３μｍ，４μｍ，５μｍの屈折率である。

【００２５】表２に各屈折率ｎ３，ｎ４，ｎ５を示す。

【００２６】

【表２】光学材料 n3 n4 n5 Si 3.432338 3.425406 3.422272 Ge 4.044976 4.024610 4.015388

【００２７】図２に本実施形態の諸収差図を示す。図２
中の点線はサジタル像面、実線はメリジオナル像面を表
す。図２より諸収差が良好に補正されていることが分か
る。尚、最大画角における歪曲は−４．５％である。

【００２８】（第２の実施形態）図３は本実施形態に係
る赤外光学系を備える赤外線撮像装置の構成図である。
尚、上記第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を
付し、重複する説明は省略する。

【００２９】本実施形態に係る赤外光学系は、物体側か
ら順に、１枚の負メニスカスレンズＬ１１から成る第一
レンズ群Ｇ１と、４枚の正、負、負、正の屈折力を持つ
レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４から成る第二レ
ンズ群Ｇ２とから構成される。

【００３０】また本実施形態では面１を非球面とし、よ
り効果的に歪曲収差を補正している。

【００３１】表３に第２実施形態の諸元値を掲げる。

【００３２】

【表３】（全体諸元）焦点距離 f = 7.6 mm Ｆナンバー F/1.2 画角 2ω = 66° （レンズデータ）面曲率半径面間隔光学材料屈折率アッベ数 1 36.20205 2.000000 Si 3.425406 240.95 2 24.87787 109.348762 3 94.04404 6.000000 Si 3.425406 240.95 4 -574.24433 8.896893 5 -60.83181 2.000000 Ge 4.024610 102.22 6 -122.38193 25.095198 7 24.75313 1.500000 Ge 4.024610 102.22 8 21.20958 1.859147 9 28.30978 3.500000 Si 3.425406 240.95 10 88.24014 5.000000 11 ∞（平面） 3.000000 Si 3.425406 240.95 12 ∞（平面） 1.260000 13 ∞（平面） 10.240000 14 ∞（平面） 0.300000 Si 3.425406 240.95 （非球面係数）［面１］ K = -0.128160 A = 0.836588E-06 B = 0.412366E-08 C = -0.530485E-11 D = 0.642836E-14 （条件式対応値）ｆ１＝−３７．４８ｆ１/ｆ＝−４．９３

【００３３】図４に本実施形態の諸収差図を示す。図４
中の点線はサジタル像面、実線はメリジオナル像面を表
す。図４より諸収差が良好に補正されていることが分か
る。尚、最大画角における歪曲は−４．５％である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズの構成枚数が少なく、バックフォーカスが大き
く、歪曲収差を含めた諸収差を良好に補正した明るい赤
外光学系及び赤外光学装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る赤外光学系を備える赤外
線撮像装置の構成図である。

【図２】第１の実施形態に係る赤外光学系の諸収差図で
ある。

【図３】第２の実施形態に係る赤外光学系を備える赤外
線撮像装置の構成図である。

【図４】第２の実施形態に係る赤外光学系の諸収差図で
ある。

【符号の説明】

Ｇ１第一レンズ群Ｇ２第二レンズ群Ｓ絞り（コールドシールド）Ｄ１デュア窓Ｄ２ＣＣＤ窓Ｐ赤外検出器Ｃデュア部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、少なくとも１枚の物体側に凸面を向けた負メニスカスレ
ンズを含む負の屈折力を有する第一レンズ群と、正の屈折力を有する第二レンズ群とから構成され、以下の条件式を満足することを特徴とする赤外光学系。 −６＜ｆ１/ｆ＜−４ただし、ｆ : 前記赤外光学系全体の焦点距離，ｆ１: 前記第一レンズ群の焦点距離．
【請求項２】前記第一レンズ群の負メニスカスレンズの
片面が非球面であることを特徴とする請求項１に記載の
赤外光学系。
【請求項３】前記第二レンズ群が非球面レンズを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外光学系。
【請求項４】請求項１乃至３の何れか一項に記載の赤外
光学系と、前記赤外光学系による物体からの赤外光を受光する赤外
検出部と、を有することを特徴とする赤外光学装置。