JP2009063942A - 遠赤外線カメラ用レンズ、レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車載用の小型で安価の視野角が５０゜〜７０゜である広角の遠赤外線カメラ用レンズを提供するとともにこれを用いたレンズユニット、撮像装置を提供すること。
【解決手段】ＺｎＳの３枚のレンズを組み合わせてあり、第１レンズは中央部で物体側に凸のメニスカスレンズで、第２レンズは中央部で物体側に凹で、正の屈折力を持つメニスカスであり、周辺部では物体側に凸であり、第１、２レンズは合わせて正の屈折力を持ち、第３レンズは第２レンズと１ｍｍ以内に近接して設けられ、中央部で物体側に凸のメニスカスで、周辺部では物体側に凹であり、レンズの何れかの面には回折面が形成してあり、レンズ系全体の焦点距離ｆが６ｍｍ〜１１ｍｍ、第１レンズ、第２レンズの焦点距離ｆ_１２が５ｍｍ〜１８ｍｍであって、０．９≦ｆ_１２／ｆ≦１．６であるようにする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、広角の遠赤外線カメラ用レンズ及びこれを用いたレンズユニット及び撮像装置に関する。遠赤外光というのは８μｍ〜１２μｍの波長帯の光であって人間の出す赤外線の波長帯を含む。光通信の波長帯よりもずっと長い。遠赤外線カメラというのは夜間において、人間や動物が発生する赤外線を感知して撮像できるカメラである。自動車の夜間における走行をより安全なものにするために、前方に存在する人間や動物を速やかに且つ的確に認識できることが望ましい。

現在の自動車は、ヘッドランプによって前方を照らし、反射光で運転者が前方の道路、車両、人物、物体などの像を認識する。それは可視反射光による前方認識である。しかし可視反射光による手法だと、ランプの届かない遠方や側方は見えない。それを補完するものが遠赤外線カメラである。

人間や動物の体温は３１０Ｋ程度であり黒体輻射の３１０Ｋでのピーク波長が８〜１２μｍ程度である。よって、人間・動物の出す遠赤外を遠赤外線カメラで捉えるようにすれば人間の存在が分かる。ランプの反射光でないのだからランプの射程外の遠方側方も見える。自動車に遠赤外線カメラと画像処理装置を組み合わせた装置を備えておけば、遠方に存在する人間や動物を早くから認識できる。自動車の夜間走行の安全性が高揚するはずである。

自動車に夜間観察用の遠赤外線カメラを備えるようにすればよいのである。一部に採用されているが普及していない。それを可能にするためには、未だに解決すべき様々の難点がある。１つは遠赤外線カメラが極めて高価であるということである。また１つは未だ解像力が不十分だということである。そのように光学系の不備という問題がある。さらに安価で適当な受光素子がない。

遠赤外光はエネルギーが低いので、バンドギャップの広いＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等を基板とする通常のフォトダイオードで検出することはできない。遠赤外光はエネルギーが低いので、バンドギャップの狭い半導体でｐｎ接合を作れば、受光できる筈である。しかし遠赤外のエネルギーは室温程度であるから、受光素子を室温にしたのでは検出できない。従って、受光素子を強く冷却して置かなければならず、車載用には使い難い。

そこで遠赤外線カメラの撮像素子としては、８〜１２μｍに感度を持つボロメータ、サーモパイル、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ダイオードなどを用いる。これらはｐｎ接合を持つ受光素子でなく、熱を電気に変換する素子であり、非冷却型の撮像素子である。現在１６０×１２０、或いは３２０×２４０という画素数の撮像素子が利用されている。

ここでは光学系に問題を絞ることにする。遠赤外光を集光するためのレンズ材料に１つの問題がある。赤外光を良く通す材料としてゲルマニウム（Ｇｅ）がある。ゲルマニウムは赤外光を良く通し、屈折率（遠赤外で４程度）も高いので、優れた赤外材料である。波長１０μｍの遠赤外のＧｅの透過率は４０〜４５％程度であるが、適切な反射防止コーティングを施した場合、９０％〜９８％程度である。

しかしながらＧｅは産出量の少ない希少鉱物である。限られた天然資源であり極めて高価である。それにＧｅは極めて硬い。レンズを作るには、まず大きなＧｅ塊を切削してレンズの形を作り、次に研磨して平滑面を作る必要がある。それは精密な設備を使って長時間かかる作業となる。Ｇｅが硬いから工具も特別のものになる。Ｇｅレンズを使うとどうしても高価なものになる。高価な遠赤外線カメラであると中々普及しない。

赤外用レンズの材料としてカルコゲナイドガラスも知られている。カルコゲナイドガラスは、塩素、臭素、沃素などのカルコゲンと、ゲルマニウムを含むガラスである。赤外光の吸収が少ないので、赤外光用レンズとして使用可能である。加熱して液状にできるので、型によって造形できる。しかし、これもゲルマニウムを主成分として含むので材料費が嵩む。

Ｇｅを含まない材料としてＺｎＳｅがある。ＺｎＳｅはＣＶＤ法で多結晶を作りそれを削り出してレンズとすることができる。Ｇｅと同様に切削、研磨に加工コストがかかる。

遠赤外線カメラを自動車へ搭載したものを広く普及させるには、遠赤外線カメラを安価に製造する必要がある。そのために、８μｍ〜１２μｍの遠赤外を効率よく感受できるセンサを開発すると共に、レンズ光学系を安価に製造するようにしなければならない。先述のように、遠赤外に対し最も良い材料はゲルマニウムである。しかしこれは高価な材料であり、Ｇｅを使っている限り安価な遠赤外線カメラはできない。それに次いでカルコゲナイドガラスも候補であるが、これもゲルマニウムを大量に含むので、コストを削減できない。ＺｎＳｅも赤外光用として候補に挙げられるが、これは遠赤外の吸収が大きくてカメラレンズとしては不適である。

次にＺｎＳ（硫化亜鉛）が候補として考えられる。これは安価な材料である。ゲルマニウムよりも遠赤外の透過率が低く吸収が大きい。１０μｍ波長で透過率は７０％〜７５％程度であり、適切な反射防止コーティングを施した場合は、８５％〜９０％程度である。屈折率はゲルマニウムよりも低い。よって、レンズとしての特性はゲルマニウムに劣る。さらに、ＺｎＳも加工が難しい。現在のところＣＶＤ法でＺｎＳの多結晶を作り、これを切削加工して円形凸状、または円形凹状の形状とし、さらに研磨して表面を平滑に仕上げるということが可能である。しかし、これも硬い材料であり切削、研磨の加工コストがかかる。そのような訳でこれまでのところ、ＺｎＳレンズを作って赤外光学系を実現したものはない。

しかしＺｎＳレンズによる遠赤外レンズの提案は幾つかある。特許文献１はＺｎＳレンズを焼結法によって作製する方法を提案しており、レンズ形状の金型を用いて、ＺｎＳ粉末を熱間圧縮成形するものである。

特許文献２は９００℃〜１０００℃の温度範囲にて、１５０〜８００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力下で熱間圧縮成形し、多結晶ＺｎＳ焼結体としてレンズを作製する方法を提案している。

ＷＯ２００３／０５５８２６

特開平１１−２９５５０１

遠赤外線カメラの有用な応用例の１つは自動車の運転者の歩行者認知を補助するナイトビジョンシステムである。それは遠赤外線カメラによる夜間の歩行者検知システムである。人間や動物はかなり高い体温を持つので８μｍ〜１２μｍの赤外光を出す。その波長帯の赤外光を感知するカメラによって夜間に於ける道路上の人間や動物の存在を検出することができる。反射光を検出するのではないから、ランプの光が到達しない遠くや斜め部分に存在する人間や動物も検知できる。速い速度で走る自動車からヘッドランプの反射光では十分に見えない視野の片隅の人間や動物の存在を感受することが期待される。従って、広角であることが強く望まれる。また人間か物体かを識別できるためには、高い解像度が要請がされる。さらに車載用の場合はスペースの余裕がないので、小型であることが必須である。さらに車載用なので低コストということも必須である。たくさんの枚数のレンズを組み合わせれば、広角のカメラレンズを構成できる。遠赤外光の場合、吸収の少ないＧｅレンズを多数組み合わせることは可能である。しかしそれは高価な材料を大量に使うので極めて高価になる。低コストということはＧｅ以外の遠赤外材料を少数枚使うということである。

ＺｎＳを材料として、広視野で小型で低コストの赤外線カメラ用レンズを提供することが本発明の第１の目的である。より詳しくは、視野角が５０゜〜７０゜の広角の赤外線カメラ用レンズを与えるのが目的である。

低コスト、小型という条件下でレンズを広角化するため、本発明は３つのＺｎＳレンズを用いて光学系を構成する。遠赤外に対してＺｎＳは吸収が大きいから、多数枚重ねると透過光量が減ってしまう。１枚、２枚では収差を抑えて広角レンズにはできない。それ故３枚に限る。

本発明の赤外光レンズは、ＺｎＳからなり、中央付近で物体側に凸、像面側に凹であって、周辺部では物体側に凹、像面側に凸である第１レンズと、中央付近で物体側に凹、像面側に凸で正の屈折力を持ち、周辺部では物体側に凹である第２レンズと、中央部で物体側に凸、像面側に凹で、周辺部で物体側に凹、像面側に凸である第３レンズとよりなり、幾つかのレンズは非球面とし、少なくとも１つの面は回折面とする。第２、第３レンズは、中央部が１ｍｍ以内に近接して設ける。非球面や回折面は、さまざまな収差を抑制するためである。

これらレンズの組み合わせによってレンズユニットとすることが可能である。又、このレンズユニットとこれらレンズにて結像した像を撮像する撮像部とを備えた撮像装置（赤外光カメラ）とすることも可能である。

広角ということは広い入射角を持つ光線をも、内側へ屈折させるということである。従って、第２レンズの有効直径の方が、第１レンズの有効直径よりも広い。第１、２レンズの屈折力が充分に大きい場合は、第３レンズの屈折力は幾分小さくてもよい。場合によっては、第３レンズの屈折力は僅かに負であることも可能である。第１、２レンズの屈折力が小さい場合は、第３レンズの屈折力が強くなければならない。レンズの直径が大きいと焦点距離を長くできるし、解像度を上げるのも容易である。しかし、車載の赤外光カメラの場合は寸法が限られる。取付場所が限定され且つ、低コストが望まれるからである。

レンズの直径、センサの直径は少しずつ違うが、大体同じ程度の寸法になる。センサの上に結像するので、センサの有効直径Ｄが問題になる。レンズの全体の焦点距離をｆとする。非球面を使うので、焦点距離といっても厳密には定義できない。近軸光線のみによって定義される焦点距離である。センサに結像可能な光線の最大の入射角をΘとする。視野角Ｙというのはその２倍である。するとセンサの有効寸法Ｄと視野角の間には、Ｄ＝２ｆｔａｎΘという近似的な関係がある。広角というのはΘが大きいということである。視野角をＹ＝５０゜〜７０゜とすると、最大入射角Θ＝２５゜〜３５゜程度となる。これが全体の焦点距離ｆの取れる範囲を限定する。ｆ＝Ｄ／２ｔａｎΘという関係が目安になる。

解像度を決めるのはセンサの画素数である。画素ピッチは遠赤外センサの製造技術によるが現在のところ２５μｍ角の画素を作ることができる。センサの直径Ｄを大きく出来れば解像度を上げることができるが、先述のようにカメラ全体の直径（レンズ直径＋筒の厚み）をあまり大きく出来ない。例えば、センサの直径Ｄは９ｍｍ程度だとする。最大入射角を２５゜だとすると、ｆ＝１０ｍｍ程度となる。最大入射角Θを３５゜とすると、ｆ＝６ｍｍ程度になる。センサの直径をＤ＝１０ｍｍとすると、最大入射角Θ＝２５゜に対してｆ＝１１ｍｍ程度、Θ＝３５゜に対してｆ＝７ｍｍ程度になる。従って、センサの寸法が９〜１０ｍｍであるとすると、入射角２５゜〜３５゜（視野角５０゜〜７０゜）に対して全体の焦点距離がｆ＝６ｍｍ〜１１ｍｍ程度となる。カメラの寸法をもっと大きく取れるなら、それに応じてｆも大きく出来る。

広角のカメラを目指すので、第１、２レンズの合成焦点距離ｆ_１２もかなり小さくないといけない。大きい入射角の光線を、第１、２レンズによって内向きに曲げる必要があるからである。第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズである。面Ｓ１は中央部で凸であるが、広角にするので周辺部では一部凹面を形成する必要がある。それは周辺部入射の広入射角の光線を広げる必要があるからである。第２レンズでは、前面Ｓ３は中央部では凹で光線を広げるが、周辺部では広がっている光線を纏める必要があるから一部が凸面となる。

ｆ_１２は全体の焦点距離ｆとほぼ同じ程度の値を取る。しかし、ｆから少し短いということも可能であるし、ｆより長いということも可能である。第３レンズの焦点距離ｆ_３はｆ_１２によって異なる。先述のようにＤ＝９〜１０ｍｍなら、全焦点距離ｆの範囲が６〜１１ｍｍというように決まる。第３レンズは内向きに屈折力を充分に発揮するように第２レンズとほぼ接触するように近接して配置するのがよい。そうすると、第３レンズの屈折力１／ｆ_３がかなり小さくても光線を収束させることができる。１／ｆ_１２が充分に大きい時は１／ｆ_３がわずかに負であってもよい。また、ｆ_１２／ｆの下限は０．９程度とする。これは第１、２レンズが正屈折力を持ち、近接している場合である。この場合、１／ｆ_３は負の場合もあり得る。第３レンズは広がっている光線を像面に収束させるので、物体側に凸のメニスカスレンズとする。１／ｆ_１２が小さい場合は、１／ｆ_３を正で大きくしなければならない。そうすることにより全体の屈折力１／ｆが大きくなる。ｆ_１２／ｆの上限は１．６程度である。よって、０．９≦ｆ_１２／ｆ≦１．６というような限定がある。広角でＤが小さいから、ｆもｆ_１２も小さい値を取る。ｆ_１２は５ｍｍ〜１８ｍｍ程度である。

広角にするには屈折力１／ｆや１／ｆ_１２を特に大きくする必要がある。そのため球面だけでは難しい。さらに、同じレンズでも中心光と周辺光に対する作用が違うので、球面だけでは実現できない。そこで第１、２、３レンズの少なくとも片面を非球面とする。広角にすると球面収差、非点収差が強く現れる。球面にするだけでは、球面収差、非点収差の補正が困難であるため、非球面とする必要がある。ＺｎＳは色収差が大きいので補正しなければならない。本発明は、レンズの何れかの面に回折面を用いる。回折面によって、色収差を良好に補正することができるようになる。また回折面は球面収差の補正にも有用である。

ＺｎＳ製の第１〜第３レンズは、モールド成形によって作製される。従って、切削によって製造する場合に比べて加工コストを低減することができる。

さらに本発明は、レンズ形状の金型を用いて、高温高圧下でＺｎＳ原料粉末を熱間圧縮成形することでＺｎＳレンズを作る。そのためレンズの形状にも、ある制限が加えられる。高温高圧下で十分な成形性（機械強度、加工精度）を確保するには、レンズ厚みがある程度大きい方がよい。しかしその反面、あまり厚いと吸収が大きくなるから好ましくない。ＺｎＳはＧｅより８〜１２μｍでの吸収が大きいので、レンズの厚みは８ｍｍ以下とするのがよい。凹凸があるので、レンズの厚みは部位によって異なるが、中心の厚みと周辺部の厚み（これをコバ厚という）で厚みの制限を表現する。中間部はその中間の値をとるから、それで厚みの範囲を表現する。

成形性と透明性を勘案して、例えば画素ピッチが２５μｍの撮像素子をターゲットとした高解像度レンズ系の場合、本発明のＺｎＳレンズは、
１．５ｍｍ＜中心厚み＜８．０ｍｍ
１．０ｍｍ＜コバ厚＜８．０ｍｍ
となるように条件を付ける。

高温高圧下での成形において成形性（機械強度、加工精度）を確保するには、レンズの曲率は小さい方がよい。レンズの曲率半径Ｒの逆数が曲率であるが口径が小さくて焦点距離が短いので、球面レンズだとどうしても曲率が大きくなる。中心と端でのレンズ面の高さの差をサグ量という。サグ量が大きいと高温高圧を利用したモールド成形では製造が難しくなる。本発明ではＺｎＳレンズのサグ量を５ｍｍ（サグ量＜５ｍｍ）未満とする。

つまり、本発明の遠赤外レンズは第１〜第３レンズが次のような条件を満たすようにする。

第１レンズ：中央部で物体側に凸、周辺部で物体側に凹であるメニスカスレンズ
第２レンズ：中央部で物体側に凹、周辺部で物体側に凸であるメニスカスレンズ
第３レンズ：中央部で物体側に凸、周辺部で物体側に凹であるメニスカスレンズ
非球面、回折面を設け球面収差、非点収差を抑制する。
６ｍｍ≦ｆ≦１１ｍｍ
５ｍｍ≦ｆ_１２≦１８ｍｍ
０．９≦ｆ_１２／ｆ≦１．６
１．５ｍｍ＜中心厚み＜８．０ｍｍ
１．０ｍｍ＜コバ厚＜８．０ｍｍ
サグ量＜５ｍｍ

第１、２レンズの合成焦点距離ｆ_１２も短くなくてはならない。これが短いと、第３レンズの屈折力１／ｆ_３が小さくてもよい。僅かに負であることも可能である。しかし第３レンズは広がった光線を像面に収束させるものであるからあまり大きい負の屈折力を持つことはできない。それでｆ_１２／ｆの下限は０．９とする。ｆ_１２が長い場合、つまり第１、２レンズの屈折力が十分でない場合は、第３レンズで光線を収束させる必要がある。その場合、第３レンズは大きい屈折力を持つレンズとなる。それでｆ_１２／ｆの上限は１．６とする。元々全焦点距離ｆが短いのでｆ_１２も短い。レンズ・センサ直径Ｄが９〜１０ｍｍの場合、ｆ_１２は５ｍｍ〜１８ｍｍ程度である。

レンズ１、２、３は中央（近軸光線）付近を通る光線と周辺を通る光線に対する屈折力が異なる。そのために広角になるのである。レンズの周辺と中央での凹凸の関係が変化する。それは球面レンズでは実現できないから非球面とする。非球面は切削加工で作ると高コストになるが、本発明はレンズ形状の金型を用いてモールド成形するので非球面であってもコストは上昇しない。

ＺｎＳはＧｅよりも波長分散が大きい。通常ＺｎＳレンズは色収差が発生し、性能が劣化する。それに対し本発明は、回折面を用いることによって色収差を低減する。また回折面は球面収差の補正にも大きく寄与する。

本発明の遠赤外線カメラ用レンズは視野角が５０゜〜７０゜の広角のものとすることができる。Ｆ値は０．８〜１．２程度のものを用いる。高価なＧｅでなく、安価なＺｎＳで作るので材料費を削減できる。しかしＺｎＳであっても切削加工で製造すると、時間と費用がかかり低コストにならない。本発明は、レンズ形状の金型を用い、ＺｎＳ原料粉末を熱間圧縮成形（モールド成形）することで作製したＺｎＳレンズとし、低コスト化を実現している。ＺｎＳは吸収があるので、レンズの明るさはＦ値だけで論ずることはできない。吸収を減らすためにレンズの合計厚みを小さくする必要がある。本発明は直径が小さく厚みも薄い３枚のレンズを使うから吸収も小さい。

本発明は、特開平１１−２９５５０１に記載のモールド成形時の圧力・温度条件に適した形状（最大径、レンズ厚）を満たすように設計を行うことによって、低コスト光学系を実現することができる。

高温高圧下での成形において、成形性（機械強度、加工精度）を確保するにはレンズ厚がある程度大きいほうがよい。ただし、ＺｎＳは吸収が大きいのでレンズ厚が大きくなるとレンズの透過率が低下する。成形性と透過率のトレードオフを考慮して厚みを決定する必要がある。

例えば、画素ピッチ２５μｍの撮像素子をターゲットとした高解像度レンズ系の場合、本発明は１．５ｍｍ＜中心厚み＜８．０ｍｍ，１．０ｍｍ＜コバ厚＜８．０ｍｍ、サグ量＜５ｍｍの条件を満たすように設計する。これによって成形性と透過率の両方を満足させる。

本発明のＺｎＳレンズを用いた遠赤外線カメラの応用の１つとしてナイトビジョンシステムが挙げられる。これは自動車に搭載する夜間の歩行者検知システムである。人の体温によって発生する遠赤外光を検知して道路上の歩行者を検出する。車載遠赤外線カメラ用レンズには、画像認識の精度向上、車へのカメラの搭載容易性などの要求から、高解像度で小型のものが強く求められる。

通常、フロントグリルやバンパー周辺など風雨が当たり走行中の飛来物が衝突するという過酷な環境下に遠赤外線カメラが設置されることになるため、レンズの傷対策や汚れ対策などの耐環境対策が重要である。

赤外センサとしては冷却型、非冷却型のものがある。本発明の遠赤外線カメラには８〜１２μｍの波長帯に感度を持つ、ボロメーター、サーモパイル、ＳＯＩダイオードなどの非冷却熱型撮像素子をセンサとして用いることができる。

非冷却熱型撮像素子は通常１６０×１２０或いは３２０×２４０といった画素数の撮像素子が用いられている。熱型のセンサであるから画素のサイズをあまり小さくできない。しかし現在でも例えば２５μｍピッチの画素を製造することは可能である。２５μｍ×２５μｍの画素を使えば、上述の画素数のセンサの有効面積はそれぞれ４ｍｍ×３ｍｍ、８ｍｍ×６ｍｍとなり画像面を小さくできる。画像面が小さいとレンズ径を小さくできる。レンズ径が小さいとカメラの全体をより小型化することができる。

レンズ枚数、レンズサイズを増やすことなく、レンズの何れかの面に非球面や回折面を形成することによって、光学性能（明るさ、周波数分解能、温度分解能）の優れた高解像度レンズを製造することができる。これによって画像認識処理への適用が容易になる。レンズとしては、視野角５０゜〜７０゜、Ｆ値が０．８〜１．２程度のものを使う。

レンズ形状の金型を用い、ＺｎＳ原料粉末を熱間圧縮成形（モールド成形）することで、遠赤外レンズを製造するので材料費、加工費を低減できる。低コストのレンズとすることができる。

雨水、ガス、汚れなどに曝されるレンズの最外面は（第１レンズの物体面側）ＤＬＣコートなどの超硬質膜で被覆するのがよい。それによって、表面強度が増強され、耐環境性も高揚する。

本発明は、車載遠赤外線カメラ向けレンズなどの車載用途に極めて有用である。それに加え、車載用途以外にも有用である。
外部環境に曝される最外のレンズ面にＤＬＣコート処理を行うことによって、レンズに傷が入らず、汚れを落ち易くし、メンテナンスの難しい場所に設置される監視カメラ用レンズとしても有効である。

人間のような遠赤外の発熱体の検知に適しているので、救助活動の有効な手段とすることができる。また、山間部や海上など過酷な環境下で、遭難者の探索に用いるカメラレンズとしても有用である。

可視光ではなく遠赤外を検知するから、煙が充満し視野不良の火災現場で、室内に取り残された人間の所在を的確に探知することができるので、救助活動に役立てることができる。また、火災現場にて壁や屋根の中のホットスポット（熱源）を探すことによって、迅速的確に消火活動を行うことができる。残火処理などの熱画像解析などにも利用することができる。

自動車の夜間走行の安全性を高めるための赤外線カメラ用レンズであるから、低コスト、小型、広角であることが要求される。本発明は、コストを低減するためにＺｎＳレンズを使う。切削加工すると、硬くて高コストになってしまう。しかし、レンズ型の金型に材料粉末を入れて高温高圧で圧縮成形すると、低コストでＺｎＳレンズを製造する可能性がある。金型で作るから非球面や回折面の形成も容易である。しかしＺｎＳは吸収が大きいので、全体のレンズの厚みをできるだけ小さくしなければならない。直径の大きいレンズを何枚も重ねると広角にできる。しかし、レンズの直径が大きいと厚みも大きくなる。厚み合計が大きいと、ＺｎＳの場合は吸収が増えてレンズ系として機能しなくなる。

それ故、ＺｎＳレンズの場合直径をあまり大きくできない。さらに枚数も少ない方がよい。そこで本発明は３枚レンズ系とする。広角といっても色々なものがあるが、ここでは５０゜〜７０゜の視野角を目標にする。レンズ・センサの有効直径が９ｍｍ〜１０ｍｍ程度だとすると、全体の焦点距離ｆは６ｍｍ〜１１ｍｍ程度となる。

本発明は３枚のＺｎＳレンズからなり、中央部で物体側に凸、像面側に凹のメニスカスで、周辺部で物体側に凹で、像面側に凸である第１レンズと、中央部で物体側に凹の正メニスカスで、周辺部で物体側に凸である第２レンズと、中央部で物体側に凸のメニスカスで、周辺部で凹である第３レンズを組み合わせている。第１レンズは正、負の屈折力を持つことができる。第１、２レンズの合成屈折力は正である。レンズ周辺部に入ってくる大きく傾斜した光線を、第２レンズが中央側へ屈折させる。第１レンズより第２レンズの有効直径の方が大きい。第３レンズは中央部で物体側へ凸のメニスカスレンズであるが、第２レンズの凸面と殆ど接触するように設ける。第３レンズの屈折力を有効に利用するためである。

［実施例１（図１、図２）］
ＺｎＳ、３枚組レンズ （Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）
ｆ_１２／ｆ＝１．２３
ｆ＝８．４８ｍｍ
ｆ_１２＝１０．４６ｍｍ
Ｆ値 ０．９４
最大径 ９ｍｍ
ディストーション −５．１３％
視野角 ６４．２゜

実施例１は、視野角６４．２゜、ｆ_１２／ｆ＝１．２３となる例である。ｆ_１２はＧ１、Ｇ２の合成焦点距離、ｆは全体の焦点距離である。既に何度も述べているが、非球面レンズであるから焦点距離ｆは全体について定義できない。中心軸に近い軌跡を通る光線について定義される値である。ｆ_１２も同じである。レンズのＦ値は焦点距離ｆを有効直径Ｄで割ったｆ／Ｄのことである。

図１に実施例１に係るレンズ系の断面を示す。これは３枚レンズよりなる。３枚レンズを物体側からＧ１、Ｇ２、Ｇ３とする。すべてＺｎＳ製である。レンズ形状の金型にＺｎＳの粉末材料を入れ高温高圧でモールド成形する。４枚目の平坦な部材はセンサの窓Ｗである。センサ窓Ｗはセンサに付随するものでＧｅ製である。最後のレンズＧ３と窓Ｗの間にはシャッター（図示せず）が設けられる。センサ窓Ｗの背後にはセンサ面（像面；結像面）Ｊがある。

対物レンズである第１レンズＧ１は正の屈折力を持ち、中央部で物体側に凸、像面側に凹のメニスカスレンズである。非球面であって一様な曲率でなく、周辺部で物体側に凹、像面側に凸となっている。第２（中間）レンズＧ２は中央部は物体側が凹、像面側が凸である。非球面であってこれも複雑で物体側の周辺部は凸になっている。第３レンズＧ３は中央部で物体側が凸、像面側が凹である。これも一様曲率でなく、周辺部で物体側に凹の部分があり像面側に凸の部分がある。表１にレンズの特性のあらましを示す。

面番号は無限遠にある物体を０としてレンズの両面に番号を順に付けたものである。Ｇ１の面が面Ｓ１、面Ｓ２、Ｇ２の面が面Ｓ３、面Ｓ４、Ｇ３の面が面Ｓ５、面Ｓ６である。センサ窓Ｗの面は平坦面であるが、それぞれ面Ｓ７、面Ｓ８である。像面Ｊが面Ｓ９である。幾つかの入射角の異なる光線束の軌跡を３本組にして示している。Ｇ１レンズの最上部を通る光線、Ｇ１レンズ中央を通る光線、Ｇ１レンズの下方を通る光線の３つの光線である。

最も上向きの入射角を持つ光線（ヲ）を実線で示す。２番目の入射角の光線（ワ）を一点鎖線で示す。３番目に大きい入射角の光線（カ）をニ点鎖線で示す。４番目の入射角の光線（ヨ）を破線によって示す。同じ入射角の平行光線が無数にＧ１を通るのであるが、像面Ｊでは一点に収束する。よって、３本の光線で代表させることができる。

面間隔というのは、レンズの厚みとレンズ間の中心の間隔を意味する。
物体と第１レンズＧ１の距離は無限大である。
第１レンズＧ１の中心厚みが２．８０００ｍｍ、
Ｇ１とＧ２の対向面の中心間距離は１．８３８２ｍｍ、
第２レンズＧ２の中心厚みが３．７０００ｍｍ、
Ｇ２とＧ３の対向面の中心間距離は０．１０００ｍｍ、
第３レンズＧ３の中心厚みが３．４０００ｍｍである。
Ｇ３と窓の対向面の距離は２．６２６４ｍｍである。
センサ窓Ｗの厚みは１．００００ｍｍ、
センサ窓とセンサ面の距離が１．６４００ｍｍ
である。

本発明の目的は広角のレンズを与えることである。車載用でヘッドランプ反射光による可視光の信号を補完するものだから、ヘッドランプの光が及ばない斜め方向の道路の様子も検知できることが望まれる。よって、広角というのは遠赤外線カメラに強く望まれる。
レンズ面の凹凸は半径座標ｒを用いて、次のように表現する。

Ｚ（ｒ）＝（ｒ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｒ^２／Ｒ^２）｝^１／２］
＋Ａ_２ｒ^２＋Ａ_４ｒ^４＋Ａ_６ｒ^６＋Ａ_８ｒ^８＋…＋φ（ｒ） （１）

φ（ｒ）＝｛１／（ｎ−１）｝ｍｏｄ（ΣＣ_ｊｒ^ｊ，−λ） （２）

Ｚ（ｒ）は半径座標がｒの点でのレンズ面の高さを示す。物体側へ突出する場合が負、像面側へ突出する場合を正と約束する。Ｒは球面レンズの場合の曲率半径にあたる量である。中心が物体側にあり円弧が像面側にある曲面の曲率半径を負に、中心が像面側にあり円弧が物体側にある曲面の曲率半径を正として表現する。Ｒの正または負は、レンズ前面と後面で凹凸が反対になるよう対応する。Ｋは離心率である。

Ａ_２、Ａ_４、Ａ_６…は２次、４次、６次…の非球面係数である。この項は簡単にΣＡ_２ｉｒ^２ｉと略記することもできる。球面レンズを用いる場合、非球面係数は０である。非球面レンズを使う時は非球面係数は０でない値を持つ。非球面を採用するのは非点収差、球面収差、像面彎曲などの収差を補正するためである。本発明は視野角の広いレンズを与えるのが目的である。非球面係数の選択は、視野角の大小にあまり関係がないので詳しく述べない。

φ（ｒ）というのは回折面を決める関数である。

Ｃ_ｊはｊ次の回折係数である。ｍｏｄ（ｐ，ｑ）というのはｐをｑで割った剰りの値を示す。つまりｐがｑだけ増加するごとにｑを引いていくというものである。半径ｒが増えることによって曲面が増加するとｑだけ差し引くことによって高さがｑの同心円構造を持つ回折格子を作ることになる。ここでは波長λと、高さの関数Ｃ_１ｒ＋Ｃ_２ｒ^２＋Ｃ_３ｒ^３＋Ｃ_４ｒ^４…＝ΣＣ_ｊｒ^ｊを比較して、波長λを引けるだけ差し引き、剰り（０＜剰り＜λ）を求め、それによって同心の回折格子の高さを半径ｒの関数として決める。回折高さΣＣ_ｊｒ^ｊが正の場合は、＋λと比較し、回折高さΣＣ_ｊｒ^ｊが負の場合は、−λと比較する。ＺｎＳは色収差が大きい。屈折率と回折の波長依存性は相反する。回折面は色収差の抑制のために用いる。

（Ｇ１の物体側面：面Ｓ１）
第１レンズＧ１の面Ｓ１は中央付近で物体側に凸、像面側に凹の形状の非球面である。凹凸は一様でなく、周辺部では物体側へ凹、像面側へ凸になっている。周辺部へ広角で入った光線を広げるためにそのような形状になっている。面Ｓ１のアパーチャ半径は４．５０００ｍｍである。有効直径は９ｍｍである。
曲率半径 Ｒ＝１１．１５８５ｍｍ
離心率 Ｋ＝−１．１６９７
非球面係数は
Ａ_２＝−７．８０５３×１０^−３ｍｍ^−１
Ａ_４＝−３．０９３７×１０^−４ｍｍ^−３
Ａ_６＝−１．３２０１×１０^−６ｍｍ^−５
Ａ_８＝−７．００３２×１０^−７ｍｍ^−７
である。
Ｃ_１＝Ｃ_２＝Ｃ_３＝Ｃ_４＝…＝０である。
つまり面Ｓ１には回折作用がない。
Ｇ１のレンズ厚みは２．８０００ｍｍである。

（Ｇ１の像面側面：面Ｓ２）
第１レンズＧ１の面Ｓ２は凹面の非球面である。アパーチャ半径は５．６４９４ｍｍである。有効直径は１１．２９８８ｍｍである。外斜め入射の光線が面Ｓ１の周辺部に入射した場合、それが漏れてしまってはいけないので、面Ｓ２のアパーチャ半径の方が面Ｓ１より広い。 面Ｓ２の曲率半径はＲ＝９．９３８１ｍｍである。中心が右に、レンズ面が左にある場合にＲが正であると定義しているから、面Ｓ２は凹面である。
離心率はＫ＝１．０５４１である。
非球面係数は
Ａ_２＝−２．７２５３×１０^−２ｍｍ^−１
Ａ_４＝−１．８９２６×１０^−４ｍｍ^−３
Ａ_６＝−２．５０１２×１０^−５ｍｍ^−５
Ａ_８＝＋６．９２８４×１０^−８ｍｍ^−７
である。
それより高次の非球面係数は０である。
回折係数は
Ｃ_１＝−１．３１５６×１０^−３
Ｃ_２＝４．３１４８×１０^−５ｍｍ^−１
第１レンズＧ１は中央部付近で物体側に凸、像面側に凹であるメニスカスレンズである。周辺部で物体側に凹、像面側に凸である。物体側に凸であるのは広角に対応するものである。広い入射角の範囲で光線がうまくレンズＧ１に入るためには凸面であることが必要である。Ｇ２が離れているので、Ｇ１であまりに収束させるとＧ２で広げるのが難しい。よって、Ｇ１は弱い屈折力でよいこともある。ここでは僅かに負の屈折力となっている。

（Ｇ２の物体側面：面Ｓ３）
第２レンズの物体側面である面Ｓ３は凹面の非球面である。アパーチャ半径は６．５３４５ｍｍである。有効直径は１３．０６９ｍｍである。面Ｓ２を外向きにデータ周辺光も受け取らなければならないので、面Ｓ３のアパーチャ半径は面Ｓ２よりも広い。
曲率半径はＲ＝−２１．４５７０ｍｍである。負であってレンズの前面なので凹面である。Ｇ２の中央部に入った光線を広げる働きがある。これは中央部だけのことである。周辺部に斜め外向きに入射した光線はＧ２から逃がしてはならないので周辺部は凸面となる。上方で光線ヲ、ワ、カが斜め上向き入射し屈折して水平向きになっているのはこの凸面がきついからである。凸面によって光線を広げることができる。
離心率はＫ＝−９．５６５４×１０である。
非球面係数は
Ａ_２＝＋１．５８３９×１０^−３ｍｍ^−１
Ａ_４＝＋５．４２１２×１０^−４ｍｍ^−３
Ａ_６＝−１．０８６８×１０^−６ｍｍ^−５
Ａ_８＝−８．１７４１×１０^−１０ｍｍ^−７
である。Ａ_４が正なので周辺部１部が凸になる。Ａ_６、Ａ_８が負であるのでさらに遠い周辺部で曲率が変化して１部凹型となっている。それより高次の非球面係数は０である。回折係数は０である。第２レンズの厚みは３．７００ｍｍである。

（Ｇ２の像面側面：面Ｓ４）
第２レンズＧ２の像面側面である面Ｓ４は凸面の非球面である。回折面が形成されている。アパーチャ半径は６．５３４５ｍｍである。有効直径は１３．０６９ｍｍである。
曲率半径はＲ＝−１９．２２２８ｍｍである。かなり強い凸面になっている。周辺部を通る光線は強く内向きに屈折する。入射角が大きいので強く曲げないとレンズから逸れてしまい、像面Ｊまで到達できない。Ｇ２レンズが厚い（３．７０００ｍｍ）のは中央部付近に入って斜め伝搬している光線が面Ｓ４を出て十分に広がるためである。Ｇ１とＧ２はかなり距離があるので合成した屈折力は強くない。これはＧ３が大きい屈折力を持つことを要求する。全屈折力１／ｆは先述のように、センサの有効直径Ｄと（最大）視野角Ｙとに、１／ｆ＝ｔａｎ（Ｙ／２）／Ｄという関係で結びつく。
但し全焦点距離ｆといっても、近軸光線だけについて定義されるもので厳密な焦点距離ではない。上の関係も厳密式ではない。とにかく、センサの有効寸法Ｄと視野角Ｙが決まると全屈折力１／ｆは大体決まってしまう。もしも１／ｆ_１２が小さいと、Ｇ３の屈折力１／ｆ_３で補えばよい。しかしＧ３をあまりに凸にすると収差が大きくなるから、１／ｆ_３を大きくするにも限界がある。ｆ_１２／ｆ＝１．６という上限はそのような条件から来る。実施例１はｆ_１２／ｆ＝１．２だから中間的である。それはＧ１・Ｇ２間距離が中間的であり、ｆ_１２の値が中間的だということである。
離心率はＫ＝５．６５５３である。
非球面係数は
Ａ_２＝＋１．８６１７×１０^−２ｍｍ^−１
Ａ_４＝−７．５７０４×１０^−４ｍｍ^−３
Ａ_６＝＋１．６９０４×１０^−５ｍｍ^−５
Ａ_８＝−１．５４６１×１０^−８ｍｍ^−７である。
回折係数は
Ｃ_１＝−４．５９１７×１０^−３、
Ｃ_２＝−３．３２２４×１０^−５ｍｍ^−１、
第２、第３レンズＧ２、Ｇ３の間隔は、極めて狭く０．１０００ｍｍである。

（Ｇ３の物体側面：面Ｓ５）
第３レンズＧ３の物体側面である面Ｓ５は凸面の非球面である。アパーチャ半径は５．２６５２ｍｍである。Ｇ２によって内向き屈折するから、アパーチャ半径は、面Ｓ５の方が面Ｓ４より狭くてよい。
曲率半径はＲ＝７．４７４３ｍｍである。
このように面Ｓ５の曲率半径が小さく、屈折力が大きいということは重要である。面Ｓ４の凸面と面Ｓ５の凸面が光線を強く内側へ曲げるので、大きい入射角の光線をも内側へ引き込み、像面Ｊで結像できるようにする。それはレンズ系が広角であるための条件となる。それは第１、２レンズＧ１、Ｇ２の合成の屈折力が小さい場合（合成焦点距離ｆ_１２が長い場合）に特に必要となる。ｆ_１２が長いといっても限度がある。
レンズ系の直径が小さくて、しかも広角であるとすると、第１、第２レンズはかなり強い屈折力を持つ必要がある。それはｆ_１２がある程度短いということである。
像面（センサ面）の直径をＤとする。入射角がθの無限遠の像は像面において、ｆｔａｎθの高さに結像する筈である。広角レンズの最大入射角をΘとする。それがセンサの端に実像を作るのだとすると、２ｆｔａｎΘ＝Ｄという条件が成り立つ。これは全体の焦点距離ｆの上限を決めることになる。但しこれは条件を単純化させている。構成要素のレンズが非球面を持つので、合成焦点距離ｆというのは近軸光線について定義されるだけである。周辺光に対しては焦点距離ｆが定義できない。そこで近軸光線にしか定義できない焦点距離ｆの概念を広げ、２ｆｔａｎΘ＝Ｄというおおよその評価式を用いて概略の議論を進めることにする。

レンズの最大視野角Ｙは、最大入射角の２倍だから２Θである（Ｙ＝２Θ）。全体の焦点距離ｆはｆ＝Ｄ／２ｔａｎΘ＝Ｄ／２ｔａｎ（Ｙ／２）ということになる。
視野角Ｙが例えば５０゜であるとするとΘ＝２５゜であるから、ｆ＝１．０７Ｄである。
視野角Ｙが例えば６０゜であるとするとΘ＝３０゜であるから、ｆ＝０．８７Ｄである。
視野角Ｙが例えば７０゜であるとするとΘ＝３５゜であるから、ｆ＝０．７１Ｄである。本発明は視野角を５０゜〜７０゜の程度とする。従って、その場合０．７１Ｄ≦ｆ≦１．０７Ｄである。例えばセンサのアパーチャ半径を５ｍｍとすると、センサの直径はＤ＝１０ｍｍとなる。その場合７．１ｍｍ≦ｆ≦１０．７ｍｍとなる。先述のようにｆ、ｆ_１２は近軸光線にしか定義できないから、これは近似的な式である。
レンズの実効中心がどこにあるのかということはレンズ系を構成する個々のレンズによる。レンズＧ１、Ｇ２は実像を結ばずＧ３だけが実像を作るということからレンズの実効中心はレンズ系Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の存在する辺りにある。
第１、２レンズの合成屈折力が大きい場合（ｆ_１２が短い）は光線が十分に内向きに集められているから、面Ｓ５の曲率半径を短くする必要は少なくなる。反対に第１、２レンズの合成屈折力が小さい（ｆ_１２が長い）場合は、光線が十分に集めきれていないので、面Ｓ５の凸面の曲率を大きくしなければならない。
次の面Ｓ５で強くビームを内側へ屈折させるには、面Ｓ４と面Ｓ５の距離が近い方がより有効である。面Ｓ４、面Ｓ５が離れると面Ｓ４、面Ｓ５の曲率をさらに増やす必要がある。そうすると収差が余計に増えて収差の補正が難しくなる。そのような難点を避けるため、面Ｓ４と面Ｓ５の距離は短くする。ここでは０．１ｍｍと設定されているが、殆ど接触しているということである。面Ｓ４、面Ｓ５の距離は１ｍｍ以下であるのがよい。
離心率はＫ＝−４．０６０５である。
非球面係数は
Ａ_２＝＋１．１３２１×１０^−２ｍｍ^−１
Ａ_４＝＋４．４４８３×１０^−５ ｍｍ^−３
Ａ_６＝−１．６０９９×１０^−７ｍｍ^−５
Ａ_８＝−９．２３３０×１０^−７ｍｍ^−７
である。Ａ_６、Ａ_８が負であるので、周辺部の形状が凹型になる。これは周辺光を広げる役割がある。
回折係数は何れも０である。第３レンズＧ３の厚みは３．４０００ｍｍである。

（Ｇ３の像面側面：面Ｓ６）
第３レンズＧ３の像面側面である面Ｓ６は凹面の非球面である。アパーチャ半径は４．９９７６ｍｍである。
曲率半径はＲ＝８．８２９８ｍｍである。
離心率はＫ＝＋６．５８６０×１０^−１である。
非球面係数は
Ａ_２＝−１．４５２６×１０^−２ｍｍ^−１
Ａ_４＝＋１．９１７９×１０^−３ｍｍ^−３
Ａ_６＝−１．３９２４×１０^−４ｍｍ^−５
Ａ_８＝＋１．７５５８×１０^−６ｍｍ^−７である。
回折係数は何れも０である。面Ｓ６は中央部では強い凹面である。面Ｓ５で強く中央へ収束させた光線を広げる役割をする。全体としてＧ３の焦点距離ｆ_３は正で、正の屈折力（１／ｆ_３）を持つ。が、それは中程度の屈折力である。ｆ_１２が長い（Ｇ１、Ｇ２の屈折力が弱い）場合はＧ３はかなりの正の屈折力を分担しなければならない。しかしｆ_１２が短い時は、Ｇ３には強い屈折力（１／ｆ_３）は要らない。
Ｇ３は入射角θの小さい軸上の光線は殆ど収束させず、θの大きい周辺光を広げて、センサの端部へ巧く結像するという役割を持つ。Ｇ３の外周部で、面Ｓ５が凹面に、面Ｓ６が凸面になるのはそのためである。Ｇ３は外周近くでは負の屈折力を持つのである。Ｇ３の屈折力が強くなく、それ程弱くもないので、Ｇ３が付け加わって全体の焦点距離が少し縮む。ｆ_１２＝１０．４６ｍｍで、ｆ＝８．４８ｍｍだから、Ｇ３のために２ｍｍほど焦点距離が短くなる。なぜなら、Ｇ３は中央部では正の屈折力を持つからである。
レンズＧ３の後面Ｓ６とセンサ窓Ｗの前面Ｓ７の距離は２．６２６４ｍｍである。これと窓厚み、窓・センサ間距離を加えた値は約５．３ｍｍである。これをバックフォーカスというが、狭いバックフォーカスである。窓・センサ間が短い（１．６４ｍｍ）ので、狭いバックフォーカスでも窓とＧ３の間にシャッターを入れることは可能である。

（窓の物体面側面：面Ｓ７）
センサ窓Ｗはセンサと一体となったものでＺｎＳでなく、Ｇｅ製である。物体側面Ｓ７は平坦である。曲率半径は無限大、非球面係数は０である。センサ窓Ｗの厚みは１．０００ｍｍである。アパーチャ半径は４．９４８７ｍｍである。有効直径は９．８９４ｍｍである。

（窓の像面側面：面Ｓ８）
窓の像面側面Ｓ８も平坦である。曲率半径は無限大、非球面係数は０である。窓の後面Ｓ８とセンサ面Ｓ９との距離は１．６４００ｍｍである。アパーチャ半径は４．９４１１ｍｍである。有効直径は９．８８２２ｍｍである。

（センサ面：面Ｓ９）
これは画素が縦横に並ぶセンサ面である。アパーチャ半径は５．００００ｍｍである。有効直径は１０ｍｍである。５０μｍ角の画素であれば、２００×２００の画素群を縦横に設けることができる。２５μｍ角の画素であれば、４００×４００の画素を縦横に設けることができる。

図２に実施例１のレンズのＭＴＦカーブを示す。横軸は空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；単位ｌｐ／ｍｍ）である。縦軸はＭｏｄｕｌａｔｉｏｎである。入射角度を０゜（軸上）、１９．８４゜、２６．０７゜、３２．１０゜としている。それぞれの角度の入射光に対するサジタル成分（Ｓａｇｉｔｔａｌ）とタンゼンシャル成分（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）を示す。タンゼンシャル成分というのは入射角の傾きの接線の方向での値で、サジタルというのはそれと直交する方向の値である。

イ：回折限界
ロ：軸上光線（０゜）
ハ：１９．８４゜ タンゼンシャル成分
ニ：１９．８４゜ サジタル成分
ホ：２６．０７゜ タンゼンシャル成分
ヘ：２６．０７゜ サジタル成分
ト：３２．１０゜ タンゼンシャル成分
チ：３２．１０゜ サジタル成分

経験上、このレンズ系が像面にあるセンサの上に解像度の高い像を形成するには、センサの画素ピッチｐの２倍（２ｐ）の逆数（１／２ｐ）であるナイキスト周波数においてＭＴＦが０．２以上だということが条件となる。画素ピッチが２５μｍの場合、ナイキスト周波数は２０ｌｐ／ｍｍである。
このグラフによれば、ヘの２６．０７゜入射のサジタル成分のＭＴＦが、空間周波数２０ｌｐ／ｍｍで０．４２に、２４ｌｐ／ｍｍで０．３３に、２８ｌｐ／ｍｍで０．２６に低下している。
ロの０゜入射（軸上）のＭＴＦが、空間周波数２０ｌｐ／ｍｍで０．４９に、２４ｌｐ／ｍｍで０．３８に、２８ｌｐ／ｍｍで０．３０に低下している。
しかし、何れにしても空間周波数２０ｌｐ／ｍｍでＭＴＦが０．２以上という条件を満足する。ＭＴＦのグラフは全体が分かりやすいが、ある特定の空間周波数での値は分かりにくい。

表２は実施例１のレンズの入射角が０゜、１９．８４゜、２６．０７゜、３２．１０゜で、空間周波数が２０ｌｐ／ｍｍにおけるＭＴＦのｓａｇｉｔｔａｌ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ成分の値を示す表である。２０ｌｐ／ｍｍというのは画素ピッチを２５μｍとした時のナイキスト周波数である。グラフ、表に表した角度範囲でサジタル、タンゼンシャル成分共にナイキスト周波数が２０ｌｐ／ｍｍの時、ＭＴＦが０．２より大きい。

画素ピッチ２５μｍ、画素サイズ３２０×２４０の撮像素子（８ｍｍ×６ｍｍ）とを組み合わせる際に要求される高解像度を実現することができる。その場合、画素ピッチがｐ＝０．０２５ｍｍなのでナイキスト周波数は１／２ｐ＝２０ｌｐ／ｍｍである。入射角度が２６．０７゜で、ナイキスト周波数２０ｌｐ／ｍｍにおけるサジタル成分のＭＴＦが０．４２２、タンゼンシャル成分のＭＴＦが０．５５３である。入射角度が３２．１０゜であっても、サジタル成分のＭＴＦは０．５３４もあるし、タンゼンシャル成分のＭＴＦは０．５２２である。入射角は法線とビームの間のなす角度であるから、視野角は最大入射角の２倍になる。入射角が０゜〜３２．１０゜の間で２０ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦが何れも０．２以上であるから、画素ピッチ２５μｍの撮像素子と組み合わせ解像度の高いカメラを構成することができる。

さらに非球面を駆使することによって、レンズ系全体でのレンズ厚を小さく抑えることができ、明るいレンズ系を実現できる。各レンズの最大直径、曲率、中心厚（中心厚み１．５ｍｍ〜８ｍｍ）、コバ厚（周辺厚みのこと；１〜８ｍｍ）サグ量（５ｍｍ未満）が前述の条件を満たしている。そのため、モールド成形による製造が可能である 。
以下に実施例１のサグ量、コバ厚の数値を列挙する。
サグ量
Ｇ１レンズ：（物体側）０．４８７６ｍｍ、（像面側）０．２２８９ｍｍ
Ｇ２レンズ：（物体側）０．５８１６ｍｍ、（像面側）０．８２１０ｍｍ
Ｇ３レンズ：（物体側）１．２３２９ｍｍ、（像面側）１．０２６６ｍｍ
コバ厚
Ｇ１レンズ：２．５４１３ｍｍ
Ｇ２レンズ：２．２９７４ｍｍ
Ｇ３レンズ：３．１９３７ｍｍ

［実施例２（図３、図４）］
ＺｎＳ、３枚組レンズ（Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６）
ｆ_１２／ｆ＝１．５９
ｆ＝８．４９ｍｍ
ｆ_１２＝１３．５ｍｍ
Ｆ値 ０．９４
最大径 ９ｍｍ
ディストーション −４．３８％
視野角 ６４．２２゜

実施例２は、視野角が６４．２２゜で十分に広角である。広角にするためにｆが短く８．４９ｍｍである。先程の式Ｄ＝２ｆｔａｎ（Ｙ／２）から計算するとＤ＝１０．６５ｍｍとなるが、センサ直径は１０ｍｍなので少し足りない。しかしＭＴＦから見ると、３２．１１゜の入射角の光線もＭＴＦが０．２以上となるから、視野角６４．２２゜は十分にある。

図３に実施例２に係るレンズ系の断面を示す。これも３枚レンズＧ４、Ｇ５、Ｇ６よりなりＺｎＳ製である。４枚目の平坦な部材はセンサの窓Ｗである。センサ窓はセンサに付随するものでＧｅ製である。最後のレンズＧ６と窓Ｗの間にはシャッター（図示せず）が設けられる。窓Ｗの背後にはセンサ面（像面；結像面）Ｊがある。

対物レンズである第１レンズＧ４の物体側面Ｓ１は非球面の凸面である。高入射角で周辺に入射した光線を強く内側へ曲げ過ぎないため、面Ｓ１の周辺部は凹面になっている。像面側面Ｓ２も非球面で、中央が凹であるが、周辺部は凸周回面となっている。高入射角周辺光は面Ｓ１で凹面を通り、曲がり方が不足するので面Ｓ２が凸周回面を持つ。第２（中間）レンズＧ５は厚いレンズである。斜め入射角が周辺部に入ってもそれを集光しなければならないから、有効径がＧ４よりも広くなっている。Ｇ５の物体側面Ｓ３は中央が凹で、周辺が円環状に凸となる。また非球面であるので回折面が形成される。入射光の周辺部はＧ４で曲がり方が不足するので、Ｇ５の凸円環で内側へ屈折させる。Ｇ５の像面側面Ｓ４は凸になっている。面Ｓ２、面Ｓ４は回折面を持つ。Ｇ５とＧ６は極めて近く殆ど隙間がない。第３レンズＧ６は物体側面Ｓ５が非球面である。面Ｓ５の中央が強い凸で周辺では凹面になる。Ｇ６の像面側面Ｓ６は中央で強い凹である。これも一様曲率でなく、周辺部で曲率が緩和される。

図３から分かるように、Ｇ４、Ｇ５の屈折力（１／ｆ_１２）は弱くてｆ_１２＝１３．５ｍｍである。これは長い合成焦点距離である。第３レンズＧ６が強い正の屈折力を持っている。それがｆ_１２の弱い屈折力を補充している。ｆ_１２＝１３．５ｍｍというのは長すぎるが、Ｇ６の強い屈折力で補われて、全体でｆ＝８．４９ｍｍとなる。ｆ_１２／ｆ＝１．５９なので、本発明の要求する０．９〜１．６という範囲に入っている。限界値の１．６はｆ_１２の上限（Ｇ４、Ｇ５の屈折力の下限）を与えるものである。Ｆ値が０．９４なので十分に明るいレンズである。
図４に実施例２のレンズのＭＴＦカーブを示す。横軸は空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；単位ｌｐ／ｍｍ）である。縦軸はＭｏｄｕｌａｔｉｏｎである。入射角度を０゜（軸上）、１９．８１゜、２６．０４゜、３２．１１゜としている。それぞれの角度の入射光に対するサジタル成分とタンゼンシャル成分を示す。

イ：回折限界
ロ：軸上光線（０゜）
ハ：１９．８１゜ タンゼンシャル成分
ニ：１９．８１゜ サジタル成分
ホ：２６．０４゜ タンゼンシャル成分
ヘ：２６．０４゜ サジタル成分
ト：３２．１１゜ タンゼンシャル成分
チ：３２．１１゜ サジタル成分

このグラフによれば、ロの軸上光線（入射角０゜）のＭＴＦの空間周波数による低下が著しい。入射角０の光線は、空間周波数が２０ｌｐ／ｍｍで、ＭＴＦが０．２０、２４ｌｐ／ｍｍでＭＴＦが０．１０に低下する。ヘの２６．０４゜の入射角のサジタル成分もＭＴＦの減少が目立つ。２６．０４゜サジタル成分は２０ｌｐ／ｍｍでＭＴＦが０．２２、２４ｌｐ／ｍｍで０．１４である。
しかし、何れにしても空間周波数２０ｌｐ／ｍｍで０．２以上という条件を満足する。多数の画素よりなるセンサと組み合わせるには、画素サイズに応じたナイキスト周波数において、ＭＴＦが０．２以上になるということが条件となる。これは３２．１１゜以内の全入射角に対し空間周波数が２０ｌｐ／ｍｍで、ＭＴＦが０．２以上という条件を満たす。従って、視野角は６４．２２゜以上である。

表３は実施例２のレンズの入射角が０゜、１９．８１゜、２６．０４゜、３２．１１゜で、空間周波数が２０ｌｐ／ｍｍにおけるＭＴＦのサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）、タンゼンシャル（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）成分の値を示す表である。先述のように、２０ｌｐ／ｍｍというのは画素ピッチを２５μｍとした時のナイキスト周波数である。画素ピッチをもっと小さくするのであれば、さらに大きい空間周波数でのＭＴＦが問題となる。先述のように、軸上光線（入射角０゜）のＭＴＦの減少が顕著である。０゜入射でサジタル成分のＭＴＦが０．２０５、タンゼンシャル成分のＭＴＦが０．２０５である。２６．０４゜入射のサジタル成分はＭＴＦが０．２２４である。それ以外の値はこれらより大きい。つまりグラフ、表に表した角度範囲で２０ｌｐ／ｍｍの時、ＭＴＦが０．２より大きい。有効な入射角の２倍が視野角であるから、このレンズ系では視野角は６４．２２゜である。Θ＝３２．１１゜でまだ余裕があるので、実際はもっと広い。
以下に実施例２のサグ量、中心厚、コバ厚の数値を列挙する。
サグ量
Ｇ１レンズ：（物体側）０．６６００ｍｍ、（像面側）０．１１１９ｍｍ
Ｇ２レンズ：（物体側）０．００５５ｍｍ、（像面側）０．３７００ｍｍ
Ｇ３レンズ：（物体側）１．３０００ｍｍ、（像面側）０．７６８２ｍｍ
中心厚
Ｇ１レンズ：２．８ｍｍ
Ｇ２レンズ：３．７ｍｍ
Ｇ３レンズ：３．４ｍｍ
コバ厚
Ｇ１レンズ：２．２５１９ｍｍ
Ｇ２レンズ：３．３２４５ｍｍ
Ｇ３レンズ：２．８６８２ｍｍ

［実施例３（図５、図６）］
ＺｎＳ、３枚組レンズ（Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９）
ｆ_１２／ｆ＝０．９１
ｆ＝７．６８ｍｍ
ｆ_１２＝７ｍｍ
Ｆ値 １．０６
最大径 ７．２ｍｍ
ディストーション −５．８％
視野角 ６８．９０゜

実施例３は、視野角が６８．９０゜で十分に広角である。広角にするためにｆ_１２が短くて７ｍｍになっている。ｆも短くて７．６８ｍｍである。ｆ_１２／ｆ＝０．９１なので、本発明の要求する０．９〜１．６という範囲に入っている。Ｆ値が１．０６なので十分に明るいレンズである。先程のＤ＝２ｆｔａｎ（Υ／２）という式を検討すると、２ｆｔａｎ３４．４５゜＝１０．５ｍｍとなる。センサの有効寸法Ｄは１０ｍｍであるが、周辺光に対して実効的なｆは７．６８ｍｍより短いのでΘ＝３４．４５゜の光を巧く像面の端に結像することができる。

図５に実施例３に係るレンズ系の断面を示す。これも３枚レンズＧ７、Ｇ８、Ｇ９よりなりＺｎＳ製である。４枚目の平坦な部材はセンサの窓Ｗである。センサ窓Ｗはセンサに付随するものでＧｅ製である。最後のレンズＧ３と窓Ｗの間にはシャッター（図示せず）が設けられることもある。窓Ｗの背後にはセンサ面（像面；結像面）Ｊがある。

対物レンズである第１レンズＧ７は物体側に凸の正の屈折力を持つレンズである。第１面Ｓ１中央は凸面である。第２面Ｓ２中央は凹面である。面Ｓ１、面Ｓ２の周辺部は凹周面、凸周面となっている。これは周辺部へ広角で入射したビームをあまりに強く曲げると大きい収差が出るので、大入射角周辺光の曲げを緩和するためである。第２（中間）レンズＧ８は、物体側面Ｓ３は中央が凹、周辺部が凸形状である。第２レンズＧ８の像面側面Ｓ４は凸であり、強い凸彎曲をしている。これは周辺入射光を強く内画へ曲げるためである。広い視野角を実現するため、第２レンズは周辺光を強く屈折させる。また、第２レンズＧ８は第１レンズＧ７よりも有効径が大きい。
第３レンズＧ９は物体側面Ｓ５が凸面である。像面側面Ｓ６は凹面である。物体側に凸のメニスカスレンズとなっている。面Ｓ４、面Ｓ５の凸面は特に重要である。面Ｓ４の凸面と面Ｓ５の凸面によって大きい入射角で入射した光線を強く中央寄りに屈折させる。その点は実施例１、２と同様である。
実施例１、２と異なる点はＧ７とＧ８の距離が短いことと、メニスカスレンズＧ９の屈折力が弱いことである。それは次のようなことを意味する。
両方とも凸レンズであるＧ７とＧ８が接近（０．７ｍｍ程度）しており、合成の屈折力が大きくなるから合成焦点距離ｆ_１２が短くなる。ｆ_１とｆ_２の合成焦点距離は１／ｆ_１２＝１／ｆ_１＋１／ｆ_２−ｕ／ｆ_１ｆ_２によって与えられる。ｕはレンズ間の距離である。実施例３ではｕが短いので屈折力が強く、焦点距離ｆ_１２が短くなるのである。実施例３はＧ７、Ｇ８によって必要な全屈折力の殆どを作り出すことができる。合成屈折力１／ｆ＝１／７．６８ｍｍ＝０．１３０ｍｍ^−１と、Ｇ７、Ｇ８による屈折力１／ｆ_１２＝１／７ｍｍ＝０．１４３ｍｍ^−１を比較すると、１／ｆ_１２の方が大きい。Ｇ７とＧ８は近接しており、その距離は０．１ｍｍ程度である。だからＧ９の屈折力１／ｆ_３は負である。負メニスカスレンズとしてＧ９がある。これはｆ_１２／ｆ＝０．９１となる。Ｇ７、Ｇ８の屈折力が強ければＧ９負メニスカスレンズであってよいということの例である。これは０．９≦ｆ_１２／ｆ≦１．６の下限近くの実施例である。

図６に実施例３のレンズのＭＴＦカーブを示す。横軸は空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；単位ｌｐ／ｍｍ）である。縦軸はＭｏｄｕｌａｔｉｏｎである。入射角度を０゜（軸上）、２１．４７゜、２８．０６゜、３４．４５゜としている。それぞれの角度の入射光に対するサジタル成分とタンゼンシャル成分を示す。

イ：回折限界
ロ：軸上光線（０゜）
ハ：２１．４７゜ タンゼンシャル成分
ニ：２１．４７゜ サジタル成分
ホ：２８．０６゜ タンゼンシャル成分
ヘ：２８．０６゜ サジタル成分
ト：３４．４５゜ タンゼンシャル成分
チ：３４．４５゜ サジタル成分

高解像度を得るためには、全画角において画素サイズに応じたナイキスト周波数において、ＭＴＦが０．２以上になるということが条件となる。センサの画素の寸法によってナイキスト周波数が変わる。前述のように２５μｍ角の画素を持つセンサの場合は、ナイキスト周波数が２０ｌｐ／ｍｍである。上に角度の範囲で、空間周波数２０ｌｐ／ｍｍでＭＴＦが０．２以上である。

このグラフによれば、ヘの２８．０６゜入射のサジタル成分が、空間周波数２８ｌｐ／ｍｍで０．０７に、２４ｌｐ／ｍｍで０．１３に、２０ｌｐ／ｍｍで０．２３に低下している。ニの２１．４７゜入射のサジタル成分に対し、２４ｌｐ／ｍｍで０．２９に、２０ｌｐ／ｍｍで０．３７に低下している。しかし、何れにしても空間周波数２０ｌｐ／ｍｍで０．２以上という条件を満足する。

表４は実施例２のレンズの入射角が０゜、２１．４７゜、２８．０６゜、３４．４５゜で、空間周波数が２０ｌｐ／ｍｍにおけるＭＴＦのサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）、タンゼンシャル（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）成分の値を示す表である。２０ｌｐ／ｍｍというのは、画素ピッチを２５μｍとした時のナイキスト周波数である。画素ピッチをもっと小さくするのであれば、さらに大きい空間周波数でのＭＴＦが問題となる。

２８．０６゜のサジタル成分のＭＴＦが０．２２７で、表４の中では最小値である。３４．４５゜入射のビームでタンゼンシャル成分のＭＴＦが０．４３８、サジタル成分のＭＴＦが０．５１５である。つまりグラフ、表に表した角度範囲で２０ｌｐ／ｍｍの時ＭＴＦが何れの場合でも０．２より大きい。有効な入射角の２倍が有効視野角であるから、このレンズ系では有効な視野角は６８．９゜である。入射角３４．４５゜で、まだ０．２までＭＴＦに余裕があるから、実際にはもっと視野角は大きい。
以下に実施例３のサグ量、中心厚、コバ厚の数値を列挙する。
サグ量
Ｇ１レンズ：（物体側）０．４４１１ｍｍ、（像面側）０．１３０７ｍｍ
Ｇ２レンズ：（物体側）０．４３８８ｍｍ、（像面側）０．７１６３ｍｍ
Ｇ３レンズ：（物体側）０．２７４２ｍｍ、（像面側）０．４６０４ｍｍ
中心厚：
Ｇ１レンズ：２．８ｍｍ
Ｇ２レンズ：３．７ｍｍ
Ｇ３レンズ：３．４ｍｍ
コバ厚
Ｇ１レンズ：２．４８９６ｍｍ
Ｇ２レンズ：２．５４４９ｍｍ
Ｇ３レンズ：３．５８６２ｍｍ

［実施例４：３枚レンズからなるレンズユニット（図７、８、９）］
実施例１の遠赤外レンズの組を使ってレンズユニットにした。レンズユニットの全体の側面図を図７に示す。斜視図を図８に示す。縦断面図を図９に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ３、第２スペーサ６８、第２レンズＧ２、第１スペーサ６７、第１レンズＧ１が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ３は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ３の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ３と第２レンズＧ２の間に挿入され、第２、３レンズＧ２、Ｇ３の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ２と第１レンズＧ１の間にあって第１、２レンズＧ１、Ｇ２の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ１の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８の作用によって、Ｇ１、Ｇ２間が１．８３８２ｍｍに、Ｇ２、Ｇ３間が０．１０００ｍｍに定められる。スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。

［実施例５：３枚レンズからなるレンズユニット（図１０）］
実施例２の遠赤外レンズの組を使ってレンズユニットにした。レンズユニットの側面図、斜視図は図７、図８に示すものとほぼ同一である。縦断面図を図１０に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ６、第２スペーサ６８、第２レンズＧ５、第１スペーサ６７、第１レンズＧ４が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ６は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ６の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ６と第２レンズＧ５の間に挿入され、第２、３レンズＧ５、Ｇ６の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ５と第１レンズＧ４の間にあって第１、２レンズＧ４、Ｇ５の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ４の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。

［実施例６：３枚レンズからなるレンズユニット（図１１）］
実施例３の遠赤外レンズの組を使ってレンズユニットにした。レンズユニットの側面図、斜視図は図７、図８に示すものとほぼ同一である。縦断面図を図１１に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ９、第２スペーサ６８、第２レンズＧ８、第１スペーサ６７、第１レンズＧ７が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ９は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ９の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ９と第２レンズＧ８の間に挿入され、第２、３レンズＧ８、Ｇ９の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ８と第１レンズＧ７の間にあって第１、２レンズＧ７、Ｇ８の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ１の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。

［実施例７：３枚レンズからなるレンズユニットに撮像素子を結合した撮像装置（図１２）］
実施例７は、実施例４の遠赤外レンズユニットに撮像素子を結合して撮像装置としたものである。実施例７の撮像装置の全体の縦断面図を図１２に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ３、第２スペーサ６８、第２レンズＧ２、第１スペーサ６７、第１レンズＧ１が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ３は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ３の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ３と第２レンズＧ２の間に挿入され、第２、３レンズＧ２、Ｇ３の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ２と第１レンズＧ１の間にあって第１、２レンズＧ１、Ｇ２の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ１の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８の作用によって、Ｇ１、Ｇ２間が１．８３８２ｍｍに、Ｇ２、Ｇ３間が０．１０００ｍｍに定められる。スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。
有底円筒形の撮像素子ホルダ−８０は後方に底板８２を、前開口部８３の内側面に雌螺子部８５を有する。底板８２には開口部を持つ円筒形の窓ホルダ−８４が同心状内側へ形成される。窓ホルダ−８４の開口部には窓Ｗが固定される。底板８２には撮像素子チップ８６が中央に固定してある。撮像素子チップ８６の前面が像面Ｊである。雌螺子部８５を、鏡筒６０の外周中間位置にある雄螺子条６２に螺合する。そうすることによって、撮像素子とレンズユニットが一体化し撮像装置となる。

［実施例８：３枚レンズからなるレンズユニットに撮像素子を結合した撮像装置（図１３）］
実施例８は、実施例５の遠赤外レンズユニットに撮像素子を結合して撮像装置としたものである。実施例８の撮像装置の全体の縦断面図を図１３に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ６、第２スペーサ６８、第２レンズＧ５、第１スペーサ６７、第１レンズＧ４が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ６は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ６の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ６と第２レンズＧ５の間に挿入され、第２、３レンズＧ５、Ｇ６の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ５と第１レンズＧ４の間にあって第１、２レンズＧ４、Ｇ５の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ４の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。
有底円筒形の撮像素子ホルダ−８０は後方に底板８２を、前開口部８３の内側面に雌螺子部８５を有する。底板８２には開口部を持つ円筒形の窓ホルダ−８４が同心状内側へ形成される。窓ホルダ−８４の開口部には窓Ｗが固定される。底板８２には撮像素子チップ８６が中央に固定してある。撮像素子チップ８６の前面が像面Ｊである。雌螺子部８５を、鏡筒６０の外周中間位置にある雄螺子条６２に螺合する。そうすることによって、撮像素子とレンズユニットが一体化し撮像装置となる。

［実施例９：３枚レンズからなるレンズユニットに撮像素子を結合した撮像装置（図１４）］
実施例９は、実施例６の遠赤外レンズユニットに撮像素子を結合して撮像装置としたものである。実施例９の撮像装置の全体の縦断面図を図１４に示す。
金属製円筒形の鏡筒６０は、外周面の中間位置に雄螺子条６２、内周面前方に雌螺子部６３を有する。鏡筒６０の内周面は中間部及び後方部で平滑な内筒面６６となっている。内周面の最後方は内側へ***した止突条７４となる。外周の中間部の雄螺子条６２の前方は直径の大きい平滑面部である。雄螺子条６２の後方にはより直径の小さい平滑部７３がある。
金属製リング形状のレンズ押さえ６４は外周に雄螺子部６５を持つ。雄螺子部６５は鏡筒６０の雌螺子部６３と螺合できる。レンズ押さえ６４の前方には直径方向に並ぶ切欠き７２、７２がある。治具を切欠き７２、７２に差し込んでレンズ押さえ６４を中心軸回りに回転し、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に対し着脱するようになっている。鏡筒６０、レンズ押さえ６４は例えばアルミで作ることができる。
鏡筒６０の内筒面６６に沿って、第３レンズＧ９、第２スペーサ６８、第２レンズＧ８、第１スペーサ６７、第１レンズＧ７が奥から順に挿入されている。第３レンズＧ９は最後端の止突条７４で後面が押さえられる。第３レンズＧ９の軸方向の位置が決まる。第２スペーサ６８は略円筒形であるが第３レンズＧ９と第２レンズＧ８の間に挿入され、第２、３レンズＧ８、Ｇ９の相対的な位置を決める。第１スペーサ６７は第２レンズＧ８と第１レンズＧ７の間にあって第１、２レンズＧ７、Ｇ８の相対位置を決める。レンズ押さえ６４の雄螺子部６５は、鏡筒６０の前の雌螺子部６３に螺合して第１レンズＧ７の前額部を押さえる。切欠き７２に治具を入れて右に廻せば、レンズ押さえ６４を鏡筒６０に螺合固定できる。左に廻せばレンズ押さえ６４を鏡筒６０から外すことができる。
スペーサ６７、６８はアルミ、セラミック、プラスチック等をリング状に形成することによって作られる。
有底円筒形の撮像素子ホルダ−８０は後方に底板８２を、前開口部８３の内側面に雌螺子部８５を有する。底板８２には開口部を持つ円筒形の窓ホルダ−８４が同心状内側へ形成される。窓ホルダ−８４の開口部には窓Ｗが固定される。底板８２には撮像素子チップ８６が中央に固定してある。撮像素子チップ８６の前面が像面Ｊである。雌螺子部８５を、鏡筒６０の外周中間位置にある雄螺子条６２に螺合する。そうすることによって、撮像素子とレンズユニットが一体化し撮像装置となる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸の第１レンズＧ１、中央部で物体側に凹像面側に凸で周辺部で物体側に凸で正屈折力の第２レンズＧ２、中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸である第３レンズＧ３の３枚レンズからなる本発明の実施例１に係る遠赤外線カメラ用レンズの断面図。

実施例１の遠赤外線カメラ用レンズの空間周波数を横軸、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎを縦軸とし、入射角をパラメータとしたＭＴＦ曲線グラフ。

中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸の第１レンズＧ４、中央部で物体側に凹像面側に凸で周辺部で物体側に凸で正屈折力の第２レンズＧ５、中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸である第３レンズＧ６の３枚レンズからなる本発明の実施例２に係る遠赤外線カメラ用レンズの断面図。

実施例２の遠赤外線カメラ用レンズの空間周波数を横軸、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎを縦軸とし、入射角をパラメータとしたＭＴＦ曲線グラフ。

中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸の第１レンズＧ７、中央部で物体側に凹像面側に凸で周辺部で物体側に凸で正屈折力の第２レンズＧ８、中央部で物体側に凸像面側に凹で周辺部で物体側に凹像面側に凸である第３レンズＧ９の３枚レンズからなる本発明の実施例３に係る遠赤外線カメラ用レンズの断面図。

実施例３の遠赤外線カメラ用レンズの空間周波数を横軸、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎを縦軸とし、入射角をパラメータとしたＭＴＦ曲線グラフ。

実施例１の遠赤外レンズとスペーサを鏡筒に組み込みレンズ押さえを鏡筒に固定した本発明の実施例４に係るレンズユニットの側面図。

実施例１の遠赤外レンズとスペーサを鏡筒に組み込みレンズ押さえを鏡筒に固定した本発明の実施例４に係るレンズユニットの斜視図。

実施例１の遠赤外レンズとスペーサを鏡筒に組み込みレンズ押さえを鏡筒に固定した本発明の実施例４に係るレンズユニットの縦断面図。

実施例２の遠赤外レンズとスペーサを鏡筒に組み込みレンズ押さえを鏡筒に固定した本発明の実施例５に係るレンズユニットの縦断面図。

実施例３の遠赤外レンズとスペーサを鏡筒に組み込みレンズ押さえを鏡筒に固定した本発明の実施例６に係るレンズユニットの縦断面図。

実施例４のレンズユニットに撮像素子を結合した本発明の実施例７に係る撮像装置の縦断面図。

実施例５のレンズユニットに撮像素子を結合した本発明の実施例８に係る撮像装置の縦断面図。

実施例６のレンズユニットに撮像素子を結合した本発明の実施例９に係る撮像装置の縦断面図。

符号の説明

Ｇ１、Ｇ４、Ｇ７ 第１レンズ
Ｇ２、Ｇ５、Ｇ８ 第２レンズ
Ｇ３、Ｇ６、Ｇ９ 第３レンズ
Ｓ１〜Ｓ６ レンズ面
Ｓ７〜Ｓ８ センサ窓面
Ｓ９ 像面（センサ面）
Ｊ 像面（センサ面）
６０ 鏡筒
６２ 雄螺子条
６３ 雌螺子部
６４ レンズ押さえ
６５ 雄螺子部
６６ 内筒面
６７ 第１スペーサ
６８ 第２スペーサ
７２ 切欠き
７３ 平滑部
７４ 止突条
８０ 撮像素子ホルダ−
８２ 底板
８３ 前開口部
８４ 窓ホルダ−
８５ 雌螺子部
８６ 撮像素子チップ

Claims (8)

1. ＺｎＳ製で中央部で物体側に凸像面側に凹のメニスカスで、周辺部で物体側に凹像面側に凸である第１レンズと、ＺｎＳ製で中央部で物体側に凹で正の屈折力を持つメニスカスであり周辺部で物体側に凸である第２レンズと、ＺｎＳ製で第２レンズと近接して設けられ中央部で物体側に凸のメニスカス形状で、周辺部では物体側に凹である第３レンズとよりなり、何れかのレンズ面に回折面が形成され、視野角が５０゜〜７０゜であることを特徴とする遠赤外線カメラ用レンズ。
2. 第３レンズが第２レンズと１ｍｍ以内に近接して設けられることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線カメラ用レンズ。
3. 全体の焦点距離ｆが６ｍｍ〜１１ｍｍであって、第１、第２レンズだけの焦点距離ｆ_１２が５ｍｍ〜１８ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠赤外線カメラ用レンズ。
4. ３枚レンズ全体の焦点距離をｆ、第１、第２レンズだけの焦点距離をｆ_１２として、０．９≦ｆ_１２／ｆ≦１．６であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の遠赤外線カメラ用レンズ。
5. ＺｎＳ製の第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが、レンズ形状の金型を用いてＺｎＳ原料粉末を熱間圧縮成形することで作製されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の遠赤外線カメラ用レンズ。
6. 第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ共に、サグ量＜５ｍｍ、１．５ｍｍ＜中心厚＜８ｍｍ、１ｍｍ＜コバ厚＜８ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の遠赤外線カメラ用レンズ。
7. 請求項１〜６の何れか１つに記載のレンズを用いたことを特徴とするレンズユニット。
8. 請求項７に記載のレンズユニットと、該レンズユニットにて結像した像を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする撮像装置。
   

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