JP2014002182A - Infrared zoom lens and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、８〜１３μｍ程度の赤外波長域での使用に適した赤外線用ズームレンズおよび該赤外線用ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an infrared zoom lens suitable for use in an infrared wavelength region of about 8 to 13 μm, and an imaging device including the infrared zoom lens.
現在、赤外線センサの画素サイズは２５μｍ程度が主流であるが、近年、さらに小さい１７μｍのものが開発されており、このような高解像度の赤外線センサに対応した、小型で結像性能が高く、また変倍時にＦ値の変化を生じない赤外線用ズームレンズが望まれている。 Currently, the pixel size of the infrared sensor is mainly about 25 μm, but recently, a smaller 17 μm pixel has been developed, and it is small and has high imaging performance corresponding to such a high-resolution infrared sensor. There is a demand for an infrared zoom lens that does not change the F-number when zooming.
比較的小型の赤外線用ズームレンズとしては、特許文献１〜３に記載のものが知られている。
As comparatively small infrared zoom lenses, those described in
特許文献１記載の赤外線用ズームレンズは、変倍時に第１・第３レンズが固定で、第２・第４レンズが移動するものである。この赤外線用ズームレンズは、第１レンズが固定のため全長は一定であるが、収納時全長を小さくするには機構的に複雑になる。また、第１レンズが固定のものでは、第１レンズのレンズ径を小さく押さえることは難しく、第１レンズが大きくなる。
In the infrared zoom lens described in
特許文献２記載の赤外線用ズームレンズは、変倍時に第２・絞り・第３レンズが移動するものである。この赤外線用ズームレンズは、絞りが第３レンズと共に移動するものであるため、ズーム時にＦ値が変化してしまう。 In the infrared zoom lens described in Patent Document 2, the second, aperture, and third lenses move during zooming. In this infrared zoom lens, the diaphragm moves together with the third lens, so that the F value changes during zooming.
特許文献３記載の赤外線用ズームレンズは、変倍時に第１・第２レンズが移動し、絞り・第３・第４レンズは固定である。この赤外線用ズームレンズは、第１レンズから第４レンズの材質が全てカルコゲナイドガラスで、ＤＯＥプレートを交換することにより赤外波長３〜５μｍと８〜１０μｍのどちらの波長バンド域でも使用できるものである。２つの波長バンド域で使用するため、両バンド域で透過性を有するカルコゲナイドガラスを使用しているが、この材質は波長分散が大きいためＤＯＥを使用しても色収差補正が不十分となる
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で結像性能が高く、また変倍時にＦ値の変化を生じない赤外線用ズームレンズおよび該赤外線用ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
In the infrared zoom lens disclosed in
本発明の赤外線用ズームレンズは、物体側から順に、１枚のレンズＬ１で構成される第１レンズ群、１枚のレンズＬ２で構成される第２レンズ群、絞り、２枚のレンズＬ３およびレンズＬ４で構成される第３レンズ群からなり、変倍時に第１レンズ群および第２レンズ群のみが移動する赤外線用ズームレンズであって、レンズＬ１およびレンズＬ２の材質がゲルマニウムであり、レンズＬ３およびレンズＬ４の材質がカルコゲナイドガラスであり、第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面であり、かつ、少なくとも１面にＤＯＥ（ Diffractive Optics Element：回折光学素子）が付加されたものであることを特徴とする。 The infrared zoom lens of the present invention includes, in order from the object side, a first lens group composed of one lens L1, a second lens group composed of one lens L2, an aperture, two lenses L3, and An infrared zoom lens that is composed of a third lens group composed of a lens L4 and that moves only when the first lens group and the second lens group move, and the lens L1 and the lens L2 are made of germanium. The material of L3 and lens L4 is chalcogenide glass, and the third lens group has at least one aspherical surface and at least one surface added with DOE (diffractive optical element). It is characterized by that.
ここで、「材質がゲルマニウムである」とは、ゲルマニウムを主成分とする結晶体を意味する。 Here, “the material is germanium” means a crystal body mainly composed of germanium.
また、「材質がカルコゲナイドガラスである」とは、硫黄・セレン・テルルなどを主成分とするガラスを意味する。 Further, “the material is chalcogenide glass” means a glass mainly containing sulfur, selenium, tellurium and the like.
本発明の赤外線用ズームレンズにおいて、レンズＬ３は、物体側へ凸を向けたメニスカス形状であり、かつ、物体側の面は非球面であることが好ましい。 In the infrared zoom lens of the present invention, it is preferable that the lens L3 has a meniscus shape having a convex surface directed toward the object side, and the object side surface is aspherical.
また、下記条件式を満足することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the following conditional expression is satisfied.
１．２＜ｆ３／ｆｗ＜３．０ …（１）
ただし、ｆ３：第３レンズ群の焦点距離、ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いものとする。
1.2 <f3 / fw <3.0 (1)
However, f3 is the shortest focal length of the third lens group, and fw is the shortest focal length of the entire system.
また、下記条件式を満足することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the following conditional expression is satisfied.
−６．５＜ｆ１／ｆｗ＜−２．５ …（２）
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜２．５ …（３）
ただし、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いものとする。
−6.5 <f1 / fw <−2.5 (2)
1.3 <f2 / fw <2.5 (3)
It is assumed that f1: the focal length of the first lens group, f2: the focal length of the second lens group, and fw: the focal length of the entire system are the shortest.
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の赤外線用ズームレンズを備えたことを特徴とするものである。 An imaging apparatus according to the present invention includes the above-described infrared zoom lens according to the present invention.
本発明の赤外線用ズームレンズは、物体側から順に、１枚のレンズＬ１で構成される第１レンズ群、１枚のレンズＬ２で構成される第２レンズ群、絞り、２枚のレンズＬ３およびレンズＬ４で構成される第３レンズ群からなり、変倍時に第１レンズ群および第２レンズ群のみが移動する赤外線用ズームレンズであって、レンズＬ１およびレンズＬ２の材質がゲルマニウムであり、レンズＬ３およびレンズＬ４の材質がカルコゲナイドガラスであり、第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面であり、かつ、少なくとも１面にＤＯＥが付加されたものとしたので、小型で結像性能が高く、また変倍時にＦ値の変化を生じない赤外線用ズームレンズを実現することが可能となる。 The infrared zoom lens of the present invention includes, in order from the object side, a first lens group composed of one lens L1, a second lens group composed of one lens L2, an aperture, two lenses L3, and An infrared zoom lens that is composed of a third lens group composed of a lens L4 and that moves only when the first lens group and the second lens group move, and the lens L1 and the lens L2 are made of germanium. Since the material of L3 and lens L4 is chalcogenide glass, and the third lens group has at least one aspheric surface and at least one surface is provided with DOE, it is small in size and has high imaging performance. In addition, it is possible to realize an infrared zoom lens that does not change the F-number when zooming.
また、本発明の撮像装置は、本発明の赤外線用ズームレンズを備えているため、装置を小型化できるとともに、高画質の映像を得ることができる。 In addition, since the imaging apparatus of the present invention includes the infrared zoom lens of the present invention, the apparatus can be downsized and high-quality images can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる赤外線用ズームレンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の赤外線用ズームレンズの構成と共通である。図１においては、左側が物体側、右側が像側である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lens configuration of an infrared zoom lens (common to Example 1) according to an embodiment of the present invention. The configuration example shown in FIG. 1 is common to the configuration of an infrared zoom lens of Example 1 described later. In FIG. 1, the left side is the object side, and the right side is the image side.
この赤外線用ズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、１枚のレンズＬ１で構成される第１レンズ群Ｇ１、１枚のレンズＬ２で構成される第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、２枚のレンズＬ３およびレンズＬ４で構成される第３レンズ群Ｇ３からなり、変倍時に第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のみが移動するものである。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。 This infrared zoom lens includes a first lens group G1 including one lens L1 and a second lens group G2 including one lens L2 in order from the object side along the optical axis Z. The third lens group G3 includes a stop St, two lenses L3, and a lens L4, and only the first lens group G1 and the second lens group G2 move during zooming. Note that the aperture stop St shown in FIG. 1 does not necessarily indicate the size or shape, but indicates the position on the optical axis Z.
この赤外線用ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、ローパスフィルタ等の各種フィルタを配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを第３レンズ群Ｇ３と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。なお、光学部材ＰＰの厚さや特性については要求性能により考慮されるものであり、位置や厚さや特性について限定するものではない。また、光学部材ＰＰは配置しなくてもよい。 When this infrared zoom lens is applied to an imaging apparatus, various filters such as a cover glass, a prism, and a low-pass filter are arranged between the optical system and the image plane Sim according to the configuration of the camera side on which the lens is mounted. Since it is preferable, FIG. 1 shows an example in which a parallel plate-shaped optical member PP assuming these is arranged between the third lens group G3 and the image plane Sim. Note that the thickness and characteristics of the optical member PP are considered according to the required performance, and the position, thickness, and characteristics are not limited. Further, the optical member PP may not be arranged.
第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１および第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ２の材質はゲルマニウムであり、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３およびレンズＬ４の材質はカルコゲナイドガラスである。また、第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１面が非球面であり、かつ、少なくとも１面にＤＯＥ（ Diffractive Optics Element：回折光学素子）が付加されたものである。 The material of the lens L1 of the first lens group G1 and the lens L2 of the second lens group G2 is germanium, and the material of the lenses L3 and L4 of the third lens group G3 is chalcogenide glass. The third lens group G3 has at least one aspherical surface and at least one surface added with a DOE (diffractive optical element).
変倍時に第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２のみが移動し、開口絞りＳｔ・第３レンズ群Ｇ３を固定とすることで、コンパクトで変倍時にＦ値が変化しない構成とすることができる。 Only the first lens group G1 and the second lens group G2 move during zooming, and the aperture stop St and the third lens group G3 are fixed, so that the F value does not change during zooming. it can.
また、一般にカルコゲナイドガラスは安価と言われているが、口径が大きくなるとゲルマニウムと比較してそれほど安くはなく、さらに少量を成形することを考えると高くなってしまう。また、カルコゲナイドガラスは柔らかくて脆く、また温度ショックにも弱いため、第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１や第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ２を硬質のゲルマニウムとすることは、環境条件的には有利である。従って、第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１および第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ２の材質をゲルマニウムとすることで、上記環境条件的に有利であり、かつ色収差を低減した結像性能が高いズームレンズとすることができる。 In general, chalcogenide glass is said to be inexpensive. However, when the aperture is increased, it is not so cheap as compared to germanium, and it becomes higher when a smaller amount is formed. Further, since the chalcogenide glass is soft and fragile, and is also susceptible to temperature shock, it is advantageous in terms of environmental conditions that the lens L1 of the first lens group G1 and the lens L2 of the second lens group G2 are made of hard germanium. is there. Accordingly, by using germanium as the material of the lens L1 of the first lens group G1 and the lens L2 of the second lens group G2, a zoom lens that is advantageous in terms of the environmental conditions and has high imaging performance with reduced chromatic aberration can be obtained. can do.
また、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３およびレンズＬ４の材質を成形加工が容易なカルコゲナイドガラスとすることで、非球面およびＤＯＥを容易に付加できるとともに、球面収差・像面湾曲・色収差を低減した結像性能が高いズームレンズとすることができる。 In addition, the material of the lens L3 and the lens L4 of the third lens group G3 is a chalcogenide glass that can be easily molded, so that an aspheric surface and DOE can be easily added, and spherical aberration, field curvature, and chromatic aberration are reduced. A zoom lens with high imaging performance can be obtained.
上記の様な構成とすることにより、少ない４枚のレンズ構成でありながら、コンパクトで収差を良好に低減した赤外線用ズームレンズが得られる。 By adopting the configuration as described above, it is possible to obtain an infrared zoom lens that is compact and has excellent aberration reduction while having a configuration of a small number of four lenses.
また、Ｆ値が小さい光学系とできるため、撮像装置に組み込んだ際に、画像ノイズが低減でき、またズームによるＦ値変化がないので、撮像画像のＳ／Ｎ比が安定する。 In addition, since the optical system can have a small F value, image noise can be reduced when incorporated in an imaging apparatus, and the S / N ratio of the captured image is stable because there is no F value change due to zooming.
本実施形態の赤外線用ズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３を、物体側へ凸を向けたメニスカス形状とし、かつ、物体側の面を非球面とすることで、球面収差・コマ収差を低減した結像性能が高いズームレンズとすることができる。 In the infrared zoom lens according to the present embodiment, the lens L3 of the third lens group G3 has a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and the object side surface is aspherical, so that spherical aberration and coma are reduced. A zoom lens having high imaging performance with reduced aberration can be obtained.
また、条件式（１）を満足することにより、小型で結像性能が高いズームレンズとすることができる。 Further, by satisfying conditional expression (1), it is possible to provide a zoom lens that is compact and has high imaging performance.
なお、条件式（１）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が短くなり、全系のバックフォーカスが十分にとれなくなるとともに、像面湾曲・非点収差が劣化してしまう。条件式（１）の上限を上回ると、第３レンズ群Ｇ３が大きくなり、コンパクト性が損なわれる。 If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the focal length of the third lens group G3 becomes short, the back focus of the entire system cannot be taken sufficiently, and field curvature and astigmatism deteriorate. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the third lens group G3 becomes large and the compactness is impaired.
１．２＜ｆ３／ｆｗ＜３．０ …（１）
ただし、ｆ３：第３レンズ群の焦点距離、ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いものとする。
1.2 <f3 / fw <3.0 (1)
However, f3 is the shortest focal length of the third lens group, and fw is the shortest focal length of the entire system.
また、条件式（２）・（３）を満足することにより、小型で結像性能が高いズームレンズとすることができる。 Further, by satisfying conditional expressions (2) and (3), a zoom lens having a small size and high imaging performance can be obtained.
なお、条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の移動距離が大きくなり、コンパクト性が損なわれる。条件式（２）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１のパワーが強くなり、像面湾曲・非点収差が劣化してしまう。 If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the moving distance of the first lens group G1 increases, and the compactness is impaired. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the power of the first lens group G1 will become strong, and field curvature and astigmatism will deteriorate.
また、条件式（３）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが強くなり、全系のバックフォーカスが十分にとれなくなる。十分なバックフォーカスをとるためには第３レンズ群Ｇ３にパワー負荷がかかり像面湾曲・非点収差が劣化してしまう。条件式（３）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなり、コンパクト性が損なわれる。 If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, the power of the second lens group G2 becomes strong and the back focus of the entire system cannot be sufficiently obtained. In order to obtain sufficient back focus, a power load is applied to the third lens group G3, and field curvature and astigmatism are deteriorated. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the focal length of the first lens group G1 becomes long, and the compactness is impaired.
−６．５＜ｆ１／ｆｗ＜−２．５ …（２）
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜２．５ …（３）
ただし、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いものとする。
−6.5 <f1 / fw <−2.5 (2)
1.3 <f2 / fw <2.5 (3)
It is assumed that f1: the focal length of the first lens group, f2: the focal length of the second lens group, and fw: the focal length of the entire system are the shortest.
本赤外線用ズームレンズに用いられるゲルマニウムレンズの屈折率ν１０は４．０程度、カルコゲナイドガラスレンズの屈折率ν１０は２．６程度と高いため、透過率維持やゴースト光低減等のための反射防止コートを施すことが好ましい。さらに、本赤外線用ズームレンズが厳しい環境において使用されることが想定される場合には、保護用の多層膜コートを施すようにしてもよい。 The refractive index ν10 of the germanium lens used in this infrared zoom lens is about 4.0 and the refractive index ν10 of the chalcogenide glass lens is as high as 2.6. Therefore, an antireflection coating for maintaining transmittance and reducing ghost light is used. It is preferable to apply. Further, when it is assumed that the present infrared zoom lens is used in a harsh environment, a protective multilayer coating may be applied.
また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。 In the example shown in FIG. 1, the example in which the optical member PP is arranged between the lens system and the image plane Sim is shown. However, these various filters may be arranged between the lenses, or any of them. A coating having the same action as various filters may be applied to the lens surface of such a lens.
次に、本発明の赤外線用ズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１の赤外線用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図１に、実施例２の赤外線用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図２に、実施例３の赤外線用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図３に、実施例４の赤外線用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図４に示す。 Next, numerical examples of the infrared zoom lens of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing the lens configuration of the infrared zoom lens of Example 1, FIG. 2 is a sectional view showing the lens configuration of the infrared zoom lens of Example 2, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the lens structure of the infrared zoom lens of Example 4.
なお、図１〜図４においては、光学部材ＰＰも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。 1 to 4, the optical member PP is also shown together, the left side is the object side, the right side is the image side, and the illustrated aperture stop St does not necessarily represent the size or shape. The position on the optical axis Z is shown.
実施例１の赤外線用ズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、移動面の間隔に関するデータを表３に、非球面係数に関するデータを表４に、ＤＯＥ係数に関するデータを表５に示す。また、実施例２の赤外線用ズームレンズの基本レンズデータを表６に、諸元に関するデータを表７に、移動面の間隔に関するデータを表８に、非球面係数に関するデータを表９に、ＤＯＥ係数に関するデータを表１０に示す。また、実施例３の赤外線用ズームレンズの基本レンズデータを表１１に、諸元に関するデータを表１２に、移動面の間隔に関するデータを表１３に、非球面係数に関するデータを表１４に、ＤＯＥ係数に関するデータを表１５に示す。また、実施例４の赤外線用ズームレンズの基本レンズデータを表１６に、諸元に関するデータを表１７に、移動面の間隔に関するデータを表１８に、非球面係数に関するデータを表１９に、ＤＯＥ係数に関するデータを表２０に示す。 Table 1 shows basic lens data of the infrared zoom lens of Example 1, Table 2 shows data relating to specifications, Table 3 shows data related to the distance between moving surfaces, Table 4 shows data related to aspherical coefficients, and Table 4 relates to DOE coefficients. The data is shown in Table 5. Further, basic lens data of the infrared zoom lens of Example 2 is shown in Table 6, data on specifications is shown in Table 7, data on the distance between moving surfaces is shown in Table 8, data on aspheric coefficients is shown in Table 9, and DOE. Table 10 shows data relating to the coefficients. Further, the basic lens data of the infrared zoom lens of Example 3 is shown in Table 11, the data relating to the specifications, the data relating to the distance between the moving surfaces in Table 13, the data relating to the aspheric coefficient in Table 14, and the DOE. Table 15 shows the data relating to the coefficients. Further, the basic lens data of the infrared zoom lens of Example 4 is shown in Table 16, the data concerning the specifications is shown in Table 17, the data concerning the distance between the moving surfaces is shown in Table 18, the data concerning the aspheric coefficient is shown in Table 19, and the DOE Table 20 shows the data regarding the coefficients.
以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜８についても基本的に同様である。 In the following, the meaning of the symbols in the table will be described using the example 1 as an example, but the same applies to the examples 2 to 8.
表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の媒質の波長１００００ｎｍに対する屈折率を示し、ν１０ｊの欄には最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素の波長１００００ｎｍに対するアッベ数相当ν１０を示している。なお、ν１０は以下の式（Ａ）で表される。また、硝材名の欄には該当するレンズの材質を示している。 In the lens data of Table 1, the column of Si indicates the i-th (i = 1, 2, 3,...) Surface number that sequentially increases toward the image side with the surface of the component closest to the object side as the first. The Ri column shows the radius of curvature of the i-th surface, and the Di column shows the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface. The column of Ni indicates the refractive index with respect to the wavelength of 10000 nm of the medium between the i-th surface and the (i + 1) -th surface, and the column of ν10j indicates that the optical element closest to the object side is the first and goes toward the image side. The Abbe number equivalent ν10 with respect to the wavelength of 10000 nm of the j-th (j = 1, 2, 3,. Note that ν10 is represented by the following formula (A). The column of the glass material name indicates the material of the corresponding lens.
ν１０＝（Ｎ１０−１）／（Ｎ８−Ｎ１２） …（Ａ）
なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載しており、同様に、ＤＯＥ面に相当する面の面番号の欄には面番号とともに（ＤＯＥ）という記号を記載している。また、表１のレンズデータにおいて、フォーカス時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤｎ（ｎ＝１、２）と記載している。
ν10 = (N10-1) / (N8−N12) (A)
The sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side. The basic lens data includes the aperture stop St and the optical member PP. In the surface number column of the surface corresponding to the aperture stop St, the phrase (aperture) is written together with the surface number. Similarly, in the surface number column of the surface corresponding to the DOE surface, together with the surface number (DOE) The symbol is described. In the lens data in Table 1, DDn (n = 1, 2) is described in the column of the surface interval in which the interval changes during focusing.
表２の諸元に関するデータに、ズーム倍率、焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、ＦナンバーＦｎｏ．および全画角２ωの値を示す。 The data relating to the specifications in Table 2 includes zoom magnification, focal length f ′, back focus Bf ′, F number Fno. And the value of the total angle of view 2ω.
表３の移動面の間隔に関するデータに、広角、中間、望遠における、ＤＤ２、ＤＤ４の値を示す。 The data regarding the distance between the moving surfaces in Table 3 shows the values of DD2 and DD4 at wide angle, intermediate, and telephoto.
基本レンズデータ、諸元に関するデータ、および移動面の間隔に関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。 In basic lens data, data on specifications, and data on the distance between moving surfaces, degrees are used as the unit of angle, and mm is used as the unit of length, but the optical system is proportionally enlarged or reduced. Other suitable units can also be used.
表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表４の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号Ｓｉと、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ｂ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。 In the lens data in Table 1, the surface number of the aspheric surface is marked with *, and the paraxial radius of curvature is shown as the radius of curvature of the aspheric surface. The data relating to the aspheric coefficients in Table 4 shows the surface numbers Si of the aspheric surfaces and the aspheric coefficients related to these aspheric surfaces. The aspheric coefficient is a value of each coefficient KA, Am (m = 3, 4, 5,... 10) in the aspheric expression represented by the following expression (B).
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ …（Ｂ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）
表５のＤＯＥ係数に関するデータには、ＤＯＥの面番号Ｓｉと、これらＤＯＥに関するＤＯＥ係数を示す。ＤＯＥ（回折面）は巨視的なレンズ形状と、回折面が持つべき光路長差の付加量を光軸からの高さｈの関数で示した光路差関数とにより表される。ＤＯＥによって付加される光路長は、下記の式（Ｃ）で表される。ＤＯＥ係数は、式（Ｃ）における各係数ｄｋ（ｋ＝２、３、４）の値である。
Zd = C · h 2 / {1+ (1−KA · C 2 · h 2 ) 1/2 } + ΣAm · h m (B)
However,
Zd: Depth of aspheric surface (length of perpendicular drawn from a point on the aspherical surface of height h to a plane perpendicular to the optical axis where the aspherical vertex contacts)
h: Height (distance from the optical axis)
C: Reciprocal number KA of paraxial radius of curvature, Am: aspheric coefficient (m = 3, 4, 5,... 10)
The data relating to the DOE coefficient in Table 5 shows the DOE surface number Si and the DOE coefficients relating to these DOEs. The DOE (diffractive surface) is represented by a macroscopic lens shape and an optical path difference function that indicates an additional amount of the optical path length difference that the diffractive surface should have as a function of the height h from the optical axis. The optical path length added by the DOE is expressed by the following formula (C). The DOE coefficient is a value of each coefficient dk (k = 2, 3, 4) in the equation (C).
φ（ｈ）＝λ／（２π）×Σｄｋ・ｈｋ …（Ｃ）
ただし、
φ（ｈ）のうちλの整数倍部分は除き、０〜−λの範囲を採用
ｄｋ：回折面係数
However,
Except for the integral multiple of λ in φ (h), the range of 0 to -λ is adopted. dk: Diffraction surface coefficient
実施例１〜４の赤外線用ズームレンズの条件式（１）〜（３）に対応する値を表２１に示す。なお、全実施例とも波長１００００ｎｍを基準波長としており、下記の表２１に示す値はこの基準波長におけるものである。
実施例１の赤外線用ズームレンズの各収差図を図５（Ａ）〜（Ｌ）に示す。図５（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ広角の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示し、図５（Ｅ）〜（Ｈ）はそれぞれ中間の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示し、図５（Ｉ）〜（Ｌ）はそれぞれ望遠の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 Each aberration diagram of the infrared zoom lens of Example 1 is shown in FIGS. 5A to 5D show wide-angle spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration, respectively, and FIGS. 5E to 5H show intermediate spherical aberration, astigmatism, and distortion, respectively. FIGS. 5 (I) to 5 (L) show telephoto spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration, respectively.
球面収差、非点収差、歪曲収差を表す各収差図には、波長１００００ｎｍを基準波長とした収差を示す。球面収差図には波長１００００ｎｍに加えて、波長８０００ｎｍ、波長１２０００ｎｍについての収差をそれぞれ実線、長破線、短破線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と破線で示す。倍率色収差図には波長８０００ｎｍ、波長１２０００ｎｍについての収差をそれぞれ長破線、短破線で示す。 Each aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion shows aberrations with a wavelength of 10000 nm as a reference wavelength. In the spherical aberration diagram, in addition to the wavelength of 10000 nm, aberrations at a wavelength of 8000 nm and a wavelength of 12000 nm are indicated by a solid line, a long broken line, and a short broken line, respectively. In the astigmatism diagram, the sagittal and tangential aberrations are indicated by a solid line and a broken line, respectively. In the lateral chromatic aberration diagram, the aberrations at the wavelength of 8000 nm and the wavelength of 12000 nm are shown by a long broken line and a short broken line, respectively.
また、実施例１の赤外線用ズームレンズの広角、中間、望遠の横収差図を図６に示す。 In addition, FIG. 6 shows wide-angle, intermediate, and telephoto lateral aberration diagrams of the infrared zoom lens of Example 1. FIG.
横収差図には波長１００００ｎｍ、波長８０００ｎｍ、波長１２０００ｎｍについての収差をそれぞれ実線、長破線、短破線で示す。 In the lateral aberration diagram, aberrations at a wavelength of 10000 nm, a wavelength of 8000 nm, and a wavelength of 12000 nm are shown by a solid line, a long broken line, and a short broken line, respectively.
同様に、実施例２の赤外線用ズームレンズの広角、中間、望遠の各収差図を図７（Ａ）〜（Ｌ）に示し、横収差図を図８に示す。また、実施例３の赤外線用ズームレンズの広角、中間、望遠の各収差図を図９（Ａ）〜（Ｌ）に示し、横収差図を図１０に示す。また、実施例４の赤外線用ズームレンズの広角、中間、望遠の各収差図を図１１（Ａ）〜（Ｌ）に示し、横収差図を図１２に示す。 Similarly, FIGS. 7A to 7L show aberration diagrams for the wide-angle, intermediate, and telephoto of the infrared zoom lens of Example 2, and FIG. 8 shows lateral aberration diagrams. In addition, FIGS. 9A to 9L show aberration diagrams of the wide-angle, intermediate, and telephoto of the infrared zoom lens of Example 3, and FIG. 10 shows lateral aberration diagrams. In addition, FIGS. 11A to 11L show aberration diagrams of the wide-angle, intermediate, and telephoto of the infrared zoom lens of Example 4, and FIG. 12 shows lateral aberration diagrams.
以上のデータから、実施例１〜４の赤外線用ズームレンズは全て条件式（１）〜（３）を満たしており、小型で結像性能が高く、また変倍時にＦ値の変化を生じない赤外線用ズームレンズであることが分かる。 From the above data, the infrared zoom lenses of Examples 1 to 4 all satisfy the conditional expressions (1) to (3), are small in size, have high imaging performance, and do not change the F value upon zooming. It turns out that it is an infrared zoom lens.
次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態の赤外線用ズームレンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。なお、図１３では各レンズ群を概略的に示している。この撮像装置としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等を挙げることができる。 Next, an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 shows a schematic configuration diagram of an imaging apparatus using the infrared zoom lens of the embodiment of the present invention as an example of the imaging apparatus of the embodiment of the present invention. FIG. 13 schematically shows each lens group. Examples of the imaging apparatus include a video camera and an electronic still camera that use a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS as a recording medium.
図１３に示す撮像装置１０は、ビデオカメラ１０は、赤外線用ズームレンズ１と、赤外線用ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタ等の機能を有するフィルタ６と、フィルタ６の像側に配置された撮像素子７と、信号処理回路８とを備えている。撮像素子７は赤外線用ズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子７としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子７は、その撮像面が赤外線用ズームレンズ１の像面に一致するように配置される。
In the
赤外線用ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子７の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子７からの出力信号が信号処理回路８にて演算処理され、表示装置９に像が表示される。
An image picked up by the
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。 The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the values of the radius of curvature, the surface interval, the refractive index, the Abbe number, the aspherical coefficient, etc. of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and can take other values.
１ 赤外線用ズームレンズ
６ フィルタ
７ 撮像素子
８ 信号処理回路
９ 表示装置
１０ 撮像装置
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
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記レンズＬ１および前記レンズＬ２の材質がゲルマニウムであり、
前記レンズＬ３および前記レンズＬ４の材質がカルコゲナイドガラスであり、
前記第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面であり、かつ、少なくとも１面にＤＯＥが付加されたものである
ことを特徴とする赤外線用ズームレンズ。 In order from the object side, a first lens group composed of one lens L1, a second lens group composed of one lens L2, a diaphragm, a third lens composed of two lenses L3 and L4 A zoom lens for infrared rays, in which only the first lens group and the second lens group move during zooming,
The material of the lens L1 and the lens L2 is germanium,
The material of the lens L3 and the lens L4 is chalcogenide glass,
The third lens group is an infrared zoom lens characterized in that at least one surface is aspherical and DOE is added to at least one surface.
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線用ズームレンズ。 2. The infrared zoom lens according to claim 1, wherein the lens L <b> 3 has a meniscus shape with a convex toward the object side, and the object side surface is an aspherical surface.
ことを特徴とする請求項１または２記載の赤外線用ズームレンズ。
１．２＜ｆ３／ｆｗ＜３．０ …（１）
ただし、
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いもの
とする。 The infrared zoom lens according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.2 <f3 / fw <3.0 (1)
However,
f3: Focal length of the third lens group fw: The shortest focal length of the entire system.
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の赤外線用ズームレンズ。
−６．５＜ｆ１／ｆｗ＜−２．５ …（２）
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜２．５ …（３）
ただし、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：全系の焦点距離で最も短いもの
とする。 The infrared zoom lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
−6.5 <f1 / fw <−2.5 (2)
1.3 <f2 / fw <2.5 (3)
However,
f1: Focal length of the first lens group f2: Focal length of the second lens group fw: The shortest focal length of the entire system.
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