(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来の赤外線用光学系は、広角化されたものが増えてきており、中でも負レンズ群先行タイプ、すなわち物体側第1レンズ群を負にしたものが多く提案されている。広角化した場合、焦点距離が短くなり、バックフォーカスが短くなる傾向がある。そのため、必要なバックフォーカスを確保するために、有利な前記負レンズ群先行タイプが用いられているのである。
【0003】
従来の赤外線用光学系としては、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、所定の条件式を満足するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
この赤外線用光学系は、負レンズ群先行タイプであり、FNo.が1.2、画角が66°であるが、絞りを最も像側に配置しており、物体側第1レンズの直径が大きい問題がある。
【0005】
従来の他の赤外線用光学系としては、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第1レンズL1と正の屈折力を持つ第2レンズL2とで構成された負の第1レンズ群G1と、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第3レンズL3と物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第4レンズL4とで構成された正の第2レンズ群G2とを備え、所定の条件を満足するものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
この赤外線用光学系は、負レンズ群先行タイプであり、FNo.が1.0、画角が39°であるが、絞りを最も像側のレンズ群と結像位置の間に配置し、また像側に近い2枚の負レンズと正レンズの形状から前記像側に近い2枚のレンズによって軸外光線を大きく曲げることとなり、軸外光線の収差が大きく補正が困難である問題がある。従って、更に広角化しようとすると軸外光線の収差の補正が実際上極めて困難となる。また、絞りを最も像側のレンズ群と結像位置の間に配置したことにより、物体側第1レンズの直径が大きくなる問題がある。
【0007】
従来の他の赤外線用光学系としては、物体側より順に、負の屈折力を有する第1群と、該第1群と所定の間隔をあけて配置された正の屈折力を有する第2群とを備え、前記第1群は、物体側に凸面を向けた1枚の負メニスカスレンズで構成され、前記第2群は、物体側より順に正屈折力の第1レンズ、負屈折力の第2レンズ及び正屈折力の第3レンズの3枚のレンズで構成されており、所定の条件を満たすものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
【0008】
この赤外線用光学系は、負レンズ群先行タイプであり、FNo.が1.2、画角が37°である。レンズ構成は、物体側から順に負レンズ群、正レンズ群、絞り、負レンズ群、正レンズ群であり、絞りを最も像側の正レンズ群と結像位置の間に配置せず、4レンズ群の中央位置に配置している。そのため、広角化しても物体側第1レンズの直径が大きくなることはないが、ペッツバール和が大きいため、さらに広角化した場合像面の平面性を保つことが困難である問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、赤外線用光学系に関する先行技術の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、広角であってもコンパクトで、またペッツバール和も大きくなく、バランス良く良好に収差補正された赤外線用光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、
物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第3レンズ群からなり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする赤外線用光学系。
-0.86 ≦ f1/f2 ≦ -0.24 ・・・・・・・・・・・(1)
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
である。
【0012】
条件式(1)に関し、好ましくは、
-0.81 ≦ f1/f2 ≦ -0.52 ・・・・・・・・・・・(1')
である。
【発明の効果】
【0013】
本発明の赤外線用光学系によれば、絞りをレンズ系の中間位置に配置することによって、広角にしても軸外光線が各レンズの低いところを通過するようにし、各面における軸外収差の発生量を抑えて軸外収差の補正を容易にするとともに、レンズの直径が大きくなることを防いで コンパクトな赤外線用光学系を実現できる。
本発明の赤外線用光学系によればまた、ペッツバール和の増大を抑制しているので、広角化に際して問題となる像面の平面性を保ち易くすることができる。
条件式(1)の下限を下回ると、ペッツバール和が大きくなり、像面を平面に保つのが難しく、広角化が困難になる。条件式(1)の上限を上回ると、第1レンズ群で光線が強く発散され、第2レンズ群の直径が大きくなる。
【0014】
本発明の実施態様及びその効果は以下の通りである。
(実施態様1)
前記本発明の構成において、前記第1レンズ群が、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の1枚の負レンズからなり、第2レンズ群が、1枚の正レンズからなり、第3レンズ群が、最も像側のレンズを像側の面に比して物体側の面で強い屈折力を有する正レンズにしたことを特徴とする。
この構成により、簡易なレンズ構成で上述した本発明の効果を得ることができ、優れた結像性能を得ることができる。
【0015】
(実施態様2)
前記本発明の構成において、前記第1レンズ群の負レンズの少なくとも1面が、非球面であることを特徴とする。
【0016】
(実施態様3)
前記本発明の構成において、前記第1レンズ群の負レンズが、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
1.4 ≦ R /f ≦ 4.0 ・・・・・・・・・・・・・・(2)
ただし、
R:第1レンズ群の負レンズの像側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離
条件式(2)の上限を上回ると、球面収差及び非点収差が補正過剰となる。条件式(2)の下限を下回ると、球面収差及び非点収差が補正不足となる。
【0017】
条件式(2)に関し、好ましくは、
1.5 ≦ R /f ≦ 2.3 ・・・・・・・・・・・・・・(2')
である。
【0018】
(実施態様4)
前記本発明の構成において、全てのレンズが、ゲルマニウムからなることを特徴とする。
全てのレンズが、屈折率が高く、色分散特性に優れたガラス材料であるゲルマニウムを使用することにより、カルコゲナイト等他のガラス材料を使用する場合に比較して、球面収差や色収差を抑制し易いという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】本発明の第1実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図2】本発明の第1実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図3】本発明の第2実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図4】本発明の第2実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図5】本発明の第3実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図6】本発明の第3実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図7】本発明の第4実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図8】本発明の第4実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図9】本発明の第5実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図10】本発明の第5実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図11】本発明の第6実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図12】本発明の第6実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図13】本発明の第7実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図14】本発明の第7実施形態の赤外線用光学系の収差図であり、(a)は球面収差差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図15】本発明の第8実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図16】本発明の第8実施形態の赤外線用光学系の球面収差図であり、(a)は球面収差差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図17】本発明の第9実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図18】本発明の第9実施形態の赤外線用光学系の球面収差図であり、(a)は球面収差差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【
図19】本発明の第10実施形態の赤外線用光学系の光学断面図である。
【
図20】本発明の第10実施形態の赤外線用光学系の球面収差図であり、(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図である。球面収差図(a)において、8,10,14はそれぞれ波長8μm、10μm、14μmの球面収差を示す。非点収差図(b)において、Sは波長10μmのサジタル方向の非点収差を示し、Mは波長10μmのメリジオナル方向の非点収差を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に、本発明の赤外線レンズの実施形態のレンズデータ等を示す。波長は、10μmである。
以下の実施形態の説明において、非球面形状は、光軸に垂直方向の座標をH、面頂点を原点としたときの高さHにおける光軸方向の変位量をX(H)、近軸曲率半径をR、円錐係数をε、2次の非球面係数A,4次の非球面係数B,6次の非球面係数C,8次の非球面係数D,10次の非球面係数Eとしたとき、次の式で表される。
【数1】
【0021】
(第1実施形態)
焦点距離 : f = 6.9mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0022】
第1実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 40.1765 1.20 Ge 4.0064
*2 15.4354 11.60 1.0000
3 -207.4141 1.75 Ge 4.0064
4 -46.7201 3.87 1.0000
(絞り)5 INF 15.05 1.0000
6 39.0409 1.53 Ge 4.0064
*7 178.6134 14.27 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0023】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.2940 0.00000E+000 4.57628E-005 4.84668E-008 3.57032E-009 -3.51591E-011
面7 1.0000 0.00000E+000 5.65914E-006 8.19144E-009 -1.84179E-010 8.70399E-013
【0024】
第1実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.43
R /f= 2.22
【0025】
(第2実施形態)
焦点距離 : f = 7.6mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0026】
第1実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 214.3044 1.37 Ge 4.0064
*2 27.7776 13.79 1.0000
3 -662.9003 1.99 Ge 4.0064
4 -65.9870 0.73 1.0000
(絞り)5 INF 17.12 1.0000
6 32.4339 1.74 Ge 4.0064
*7 78.4177 15.58 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0027】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.9885 0.00000E+000 2.60590E-005 -1.92490E-009 3.80167E-009 -2.87487E-011
面7 1.0000 0.00000E+000 4.24046E-006 -1.40713E-008 1.50205E-010 -5.86114E-013
【0028】
第2実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.44
R /f= 3.63
【0029】
(第3実施形態)
焦点距離 : f = 7.1mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0030】
第3実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 22.0392 1.27 Ge 4.0064
*2 13.1631 13.59 1.0000
3 -125.1731 1.85 Ge 4.0064
4 -64.5494 3.60 1.0000
(絞り)5 INF 12.99 1.0000
6 46.5172 1.80 Ge 4.0064
*7 -7581.1024 17.22 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0031】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.2274 0.00000E+000 6.42274E-005 3.00770E-007 4.69438E-010 3.83618E-011
面7 1.0000 0.00000E+000 5.20223E-006 -6.51261E-009 6.21296E-012 3.64432E-014
【0032】
第3実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.28
R /f= 1.86
【0033】
(第4実施形態)
焦点距離 : f = 6.9mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0034】
第4実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 23.3390 1.05 Ge 4.0064
*2 12.6966 14.64 1.0000
3 44.1116 1.53 Ge 4.0064
4 545.2040 0.27 1.0000
(絞り)5 INF 9.10 1.0000
6 37.4291 1.34 Ge 4.0064
*7 90.2795 11.51 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00
【0035】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.5600 0.00000E+000 6.79081E-005 4.16976E-007 6.09171E-009 8.09457E-012
面7 1.0000 0.00000E+000 2.17108E-005 -3.00226E-008 2.08797E-009 -1.37475E-011
【0036】
第4実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.63
R /f= 1.84
【0037】
(第5実施形態)
焦点距離 : f = 9.9mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 65°
【0038】
第5実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 24.0333 1.59 Ge 4.0064
*2 15.3736 17.13 1.0000
3 68.4731 2.09 Ge 4.0064
4 -556.1859 9.47 1.0000
(絞り)5 INF 3.81 1.0000
6 46.2005 1.69 Ge 4.0064
*7 129.1164 12.92 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0039】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.5988 0.00000E+000 2.75658E-005 1.25330E-007 1.91542E-012 6.12367E-012
面7 1.0000 0.00000E+000 9.38284E-006 -1.28500E-008 5.18894E-010 -3.13452E-012
【0040】
第5実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.81
R /f= 1.55
【0041】
(第6実施形態)
焦点距離 : f =11.9mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 53.8°
【0042】
第6実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 43.0880 1.99 Ge 4.0064
*2 22.3950 14.39 1.0000
3 1060.9337 2.79 Ge 4.0064
4 -79.3144 20.53 1.0000
(絞り)5 INF 2.56 1.0000
6 54.4795 2.09 Ge 4.0064
*7 294.3988 15.98 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0043】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.6663 0.00000E+000 1.14856E-005 1.00992E-008 2.12347E-011 -3.25577E-014
面7 1.0000 0.00000E+000 3.05662E-006 -3.28369E-009 3.54078E-011 -1.07228E-013
【0044】
第6実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.68
R /f= 1.88
【0045】
(第7実施形態)
焦点距離 : f = 6.4mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0046】
第7実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 15.4071 1.07 Ge 4.0064
*2 10.3009 19.31 1.0000
3 47.4084 1.56 Ge 4.0064
4 628.1133 1.79 1.0000
(絞り)5 INF 11.18 1.0000
6 -22.4635 0.98 Ge 4.0064
7 -36.0056 0.20 1.0000
8 29.7926 1.76 Ge 4.0064
*9 8721.9772 9.05 1.0000
10 INF 1.00 Ge 4.0064
11 INF 1.00 1.0000
【0047】
面番号*2及び*9は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.9258 0.00000E+000 1.18552E-005 3.31986E-007 -3.46655E-009 3.98090E-011
面9 1.0000 0.00000E+000 3.24354E-005 -1.63403E-007 1.45827E-009 -7.16614E-012
【0048】
第7実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.72
R /f= 1.60
【0049】
(第8実施形態)
焦点距離 : f = 9.0mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 73.1°
【0050】
第8実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
*1 30.1754 1.49 Ge 4.0064
2 16.7735 11.66 1.0000
3 -406.4942 2.09 Ge 4.0064
4 -52.8352 16.71 1.0000
(絞り)5 INF 2.53 1.0000
6 35.4008 1.89 Ge 4.0064
*7 125.8017 11.43 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0051】
面番号*1及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面1 0.2681 0.00000E+000 -8.63386E-006 1.13441E-008 1.72725E-010 -6.39603E-013
面7 1.0000 0.00000E+000 5.92759E-006 -1.85338E-008 3.31507E-010 -2.20547E-012
【0052】
第8実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.68
R /f= 1.87
【0053】
(第9実施形態)
焦点距離 : f = 7.5mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0054】
第9実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 23.2363 1.22 Ge 4.0064
*2 14.5087 21.92 1.0000
3 258.1215 1.77 Ge 4.0064
4 -74.9484 2.03 1.0000
(絞り)5 INF 12.69 1.0000
6 -13.8143 1.11 Ge 4.0064
7 -15.4846 0.22 1.0000
8 26.4610 2.00 Ge 4.0064
9 49.1995 10.60 1.0000
10 INF 1.00 Ge 4.0064
11 INF 1.00 1.0000
【0055】
面番号*2は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.7308 0.00000E+000 3.60930E-005 1.08867E-007 2.77495E-009 6.80029E-012
【0056】
第9実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.74
R /f= 1.94
【0057】
(第10実施形態)
焦点距離 : f = 6.8mm(λ=10μm)
FNo = 1.0
画角(2ω)= 100°
【0058】
第10実施形態の赤外線用光学系の光学緒元値は以下の通りである。
面番号 曲率半径 面間隔 光学材料 屈折率
1 24.9090 1.10 Ge 4.0064
*2 13.4847 11.42 1.0000
3 -189.9885 1.60 Ge 4.0064
4 -46.2580 9.60 1.0000
(絞り)5 INF 8.30 1.0000
6 29.9102 1.40 Ge 4.0064
*7 99.6599 11.39 1.0000
8 INF 1.00 Ge 4.0064
9 INF 1.00 1.0000
【0059】
面番号*2及び*7は、以下の非球面係数をもつ非球面である。
ε A B C D E
面2 0.5296 0.00000E+000 4.45131E-005 1.54085E-007 4.12168E-010 2.02237E-012
面7 1.0000 0.00000E+000 7.85313E-006 -1.83922E-008 1.41975E-010 -5.57451E-013
【0060】
第10実施形態の赤外線用光学系の本発明の条件式の値は以下の通りである。
f1/f2=-0.52
R /f= 1.99