特許 6035981 赤外線ズームレンズ、赤外線多焦点レンズおよび赤外線撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6035981

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】赤外線ズームレンズ、赤外線多焦点レンズおよび赤外線撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/167 20060101AFI20161121BHJP

   G02B 13/14 20060101ALI20161121BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   G02B15/167

   G02B13/14

   G02B13/18

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-177178(P2012-177178)

(22)【出願日】2012年8月9日

(65)【公開番号】特開2014-35482(P2014-35482A)

(43)【公開日】2014年2月24日

【審査請求日】2015年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100078189

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆男

(72)【発明者】

【氏名】須藤 健太

【審査官】 堀井 康司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１６２７５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−３０７９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側より順に、
合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、
検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、
中間像を形成し、前記中間像を前記検出器面に再結像させ、
以下の条件式（２）を満足する赤外線ズームレンズ。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_１２：広角端における前記第１レンズ群から前記第２レンズ群までの合成焦点距離
ｆ_Ｗ：前記赤外線ズームレンズの広角端における全系焦点距離

【請求項2】

請求項１に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
以下の条件式（１０）を満足する赤外線ズームレンズ。
１．２＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．０ ・・・（１０）

【請求項3】

物体側より順に、
合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、
検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、
中間像を形成し、前記中間像を前記検出器面に再結像させ、
前記中間像の結像位置は、望遠端において、前記第２レンズ群内に位置する赤外線ズームレンズ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
変倍に伴って、前記中間像の結像位置を移動させる赤外線ズームレンズ。

【請求項5】

請求項４に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
望遠端から広角端への変倍に伴って、前記中間像の結像位置を物体側へ移動させる赤外線ズームレンズ。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
以下の条件式（１）を満足する赤外線ズームレンズ。
０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＜１．５ ・・・（１）
ただし、
ｆ_１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ_Ｔ：前記赤外線ズームレンズの望遠端における全系焦点距離

【請求項7】

請求項６に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
以下の条件式（１１）を満足する赤外線ズームレンズ。
０．７＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＜１．２ ・・・（１１）

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群によって前記中間像を形成し、
前記第３レンズ群および前記第４レンズ群によって前記中間像を再結像する赤外線ズームレンズ。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群の一部のレンズは、望遠端から広角端への変倍に伴って、前記中間像の結像位置をまたぐように移動する赤外線ズームレンズ。

【請求項10】

物体側より順に、
合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、
検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、
中間像を形成し、前記中間像を前記検出器面に再結像させ、
以下の条件式（２）を満足する赤外線多焦点レンズ。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_１２：広角端における前記第１レンズ群から前記第２レンズ群までの合成焦点距離
ｆ_Ｗ：前記赤外線多焦点レンズの広角端における全系焦点距離

【請求項11】

物体側より順に、
合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、
変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、
検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、
中間像を形成し、前記中間像を前記検出器面に再結像させ、
前記中間像の結像位置は、望遠端において、前記第２レンズ群内に位置する赤外線多焦点レンズ。

【請求項12】

請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズ、または請求項１０若しくは１１に記載の赤外線多焦点レンズと、
前記赤外線ズームレンズまたは前記赤外線多焦点レンズにより結像された像を撮像する赤外線検出器と、
を備える赤外線撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線ズームレンズ、赤外線多焦点レンズおよび赤外線撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

第１レンズ群〜第５レンズ群から構成される５群構成の赤外線ズームレンズが知られている（特許文献１参照）。この赤外線ズームレンズでは、第４レンズ群と第５レンズ群との間に中間像が形成され、この中間像の結像位置が変倍の際に移動しないように設計されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−１４２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した特許文献１に記載の赤外線ズームレンズは、光学系の全長が長く、全体的なサイズが大きいという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（１）請求項１に記載の発明による赤外線ズームレンズは、物体側より順に、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、中間像を形成し、中間像を検出器面に再結像させ、
以下の条件式（２）を満足する。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_１２：広角端における第１レンズ群から第２レンズ群までの合成焦点距離
ｆ_Ｗ：赤外線ズームレンズの広角端における全系焦点距離
（２）請求項３に記載の発明による赤外線ズームレンズは、物体側より順に、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、中間像を形成し、中間像を検出器面に再結像させ、中間像の結像位置は、望遠端において、第２レンズ群内に位置する。
（３）請求項１０に記載の発明による赤外線多焦点レンズは、物体側より順に、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、中間像を形成し、中間像を検出器面に再結像させ、以下の条件式（２）を満足する。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_１２：広角端における第１レンズ群から第２レンズ群までの合成焦点距離
ｆ_Ｗ：赤外線多焦点レンズの広角端における全系焦点距離
（４）請求項１１に記載の発明による赤外線多焦点レンズは、物体側より順に、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、検出器面に像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群とが配設され、中間像を形成し、中間像を検出器面に再結像させ、中間像の結像位置は、望遠端において、第２レンズ群内に位置する。
（５）請求項１２に記載の発明による赤外線撮像装置は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズ、または請求項１０若しくは１１に記載の赤外線多焦点レンズと、赤外線ズームレンズまたは赤外線多焦点レンズにより結像された像を撮像する赤外線検出器と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、光学系の全長を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施の形態による赤外線ズームレンズが搭載される赤外線撮像装置の構成を説明する図である。

【図2】第１実施例による赤外線ズームレンズの構成を説明する図である。

【図3】第１実施例による赤外線ズームレンズの望遠端状態における横収差図である。

【図4】第１実施例による赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。

【図5】第１実施例による赤外線ズームレンズの広角端状態における横収差図である。

【図6】第２実施例による赤外線ズームレンズの構成を説明する図である。

【図7】第２実施例による赤外線ズームレンズの望遠端状態における横収差図である。

【図8】第２実施例による赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。

【図9】第２実施例による赤外線ズームレンズの広角端状態における横収差図である。

【図10】第３実施例による赤外線ズームレンズの構成を説明する図である。

【図11】第３実施例による赤外線ズームレンズの望遠端状態における横収差図である。

【図12】第３実施例による赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。

【図13】第３実施例による赤外線ズームレンズの広角端状態における横収差図である。

【図14】（Ａ）は先行技術の赤外線ズームレンズの構成を示す図であり、（Ｂ）は第１実施例による赤外線ズームレンズの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の赤外線ズームレンズの実施形態を説明する。図１は、本実施形態の赤外線ズームレンズ１０が搭載される赤外線撮像装置１の構成を簡略化して説明する図である。赤外線撮像装置１は、赤外線ズームレンズ１０と、赤外線検出器（ディテクタ）１１とから主に構成される。なお、図１では、簡略化のため、赤外線ズームレンズ１０を単レンズとして図示しているが、実際は、後述するように複数のレンズ群から構成されている。

【0009】

赤外線ズームレンズ１０は、被検物体等から放射される熱、すなわち赤外線を集光し、赤外線検出器１１の検出器面上に結像させる。赤外線検出器１１は、赤外線ズームレンズ１０により被検物体等からの赤外線が集光される位置に配置され、検出器面上に複数の受光素子（ＣＣＤ（電荷結合素子））を有しており、赤外線ズームレンズ１０により結像された像を撮像する。

【0010】

赤外線ズームレンズ１０と赤外線検出器１１との間には、被写体以外から放射される不要な赤外線が赤外線検出器１１に入射するのを防止するために、コールドアパーチャ１２と呼ばれる開口マスクが配置されている。コールドアパーチャ１２は、赤外線ズームレンズ１０の開口絞りとなっており、赤外線ズームレンズ１０の射出瞳と位置および大きさ（径）が一致するように設計されている。このような状態は一般に「開口整合の取れた状態」と呼ばれている。

【0011】

次に、本実施形態の赤外線ズームレンズ１０について説明する。赤外線ズームレンズ１０は、図２に示すように、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、を備える。第１レンズ群Ｇ１は、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群Ｇ４は、赤外線検出器１１の検出器面（像面）Ｉに像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する。開口絞りＡＳは、第４レンズ群Ｇ４と検出器面Ｉとの間に配置されている。

【0012】

被検物体から放射される熱すなわち赤外線は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４を順に通過し、開口絞りＡＳを介して検出器面Ｉ上に集光され、検出器面Ｉ上に設けられた受光素子によって受光される。赤外線ズームレンズ１０は、入射した赤外線の中間像を形成し、この中間像を検出器面Ｉ上で再結像させるように設計されている。なお、赤外線ズームレンズ１０では、上述したようにコールドアパーチャ１２を設ける必要があり、検出器面Ｉの直前に開口絞りＡＳを配置する必要があるため、中間像を形成する構成が用いられている。

【0013】

また図２は、上から順に、望遠端状態、中間焦点距離状態、広角端状態を示しており、変倍（ズーミング）の際の各レンズ群の移動の様子を示している。赤外線ズームレンズ１０では、変倍時において、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４と開口絞りＡＳとは固定されており、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動する。これに伴って、中間像の結像位置（中間結像位置）も、光軸上を移動する。

【0014】

本実施形態の赤外線ズームレンズ１０は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。なお、条件式（１）において、ｆ_１は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ｆ_Ｔは、赤外線ズームレンズ１０の望遠端における全系焦点距離である。
０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＜１．５ ・・・・・・（１）

【0015】

条件式（１）は、赤外線ズームレンズ１０の良好な結像性能と小型化とを両立させるための条件式である。望遠端状態において、ｆ_１／ｆ_Ｔが条件式（１）の下限値を下回ると、中間像の大きさが小さくなり、軸外収差を補正する負担は小さくなるが、中間像のＮＡ（開口数）が大きくなり、この高ＮＡの光線に対する収差、すなわち軸上収差（特に球面収差）を補正する負担が大きくなってしまう。

【0016】

逆に、ｆ_１／ｆ_Ｔが条件式（１）の上限値を上回ると、中間像のＮＡは小さくなり、この高ＮＡの光線に対する収差を補正する負担が小さくなるが、中間像の大きさが大きくなり、軸外収差（特に非点収差、コマ収差、倍率色収差）を補正する負担が大きくなってしまう。また、ｆ_１／ｆ_Ｔが条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなり、赤外線ズームレンズ１０の全長が長くなってしまう。

【0017】

このように、ｆ_１／ｆ_Ｔが条件式（１）の下限値および上限値のいずれを超えても、軸上収差と軸外収差のバランスが大きく崩れてしまい、良好な結像性能が得られず好ましくない。そのため、条件式（１）を満足することが好ましい。さらに理想的には、０．７＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＜１．２を満足することが望ましい。

【0018】

さらに、本実施形態の赤外線ズームレンズ１０は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。なお、条件式（２）において、ｆ_１２は、広角端における第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２までの合成焦点距離であり、ｆ_Ｗは、赤外線ズームレンズ１０の広角端における全系焦点距離である。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・・・・（２）

【0019】

条件式（２）も、赤外線ズームレンズ１０の良好な結像性能と小型化とを両立させるための条件式である。広角端状態において、ｆ_１２／ｆ_Ｗが条件式（２）の下限値を下回ると、中間像の大きさが小さくなり、軸外収差を補正する負担は小さくなるが、中間像のＮＡが大きくなり、この高ＮＡの光線に対する収差、すなわち軸上収差（特に球面収差）を補正する負担が大きくなってしまう。

【0020】

逆に、ｆ_１２／ｆ_Ｗが条件式（２）の上限値を上回ると、中間像のＮＡは小さくなり、この高ＮＡの光線に対する収差を補正する負担が小さくなるが、中間像の大きさが大きくなり、第３レンズ群Ｇ３のレンズ径が大きくなり、軸外収差（特に非点収差、コマ収差、倍率色収差）を補正する負担が大きくなってしまう。また、ｆ_１２／ｆ_Ｗが条件式（２）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２までの合成焦点距離が長くなり、赤外線ズームレンズ１０の全長が長くなってしまう。

【0021】

このように、ｆ_１２／ｆ_Ｗが条件式（２）の下限値・上限値のいずれを超えても、軸上収差と軸外収差のバランスが大きく崩れてしまい、良好な結像性能が得られず好ましくない。そのため、条件式（２）を満足することが好ましい。さらに理想的には、１．２＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．０を満足することが望ましい。

【0022】

−実施例−
次に、本実施形態に係る各実施例を説明する。ここで表１に、各実施例において赤外線ズームレンズを構成する硝材として用いた、シリコン、ゲルマニウムおよび硫化亜鉛の屈折率を示す。表１では、第１および第２実施例に対応する波長３〜５μｍおよび第３実施例に対応する波長８〜１２μｍの赤外光に対する屈折率を示している。

【0023】

【表1】

【0024】

また、各実施例の赤外線ズームレンズには、非球面レンズが含まれている。この非球面レンズの形状は、次の式（３）によって表されるものとする。なお、式（３）において、ｙは光軸からの高さであり、Ｚ（ｙ）は高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）であり、Ｒは頂点曲率半径であり、κは円錐係数であり、Ｃ_４，Ｃ_６は４次，６次の非球面係数である。

【数1】

【0025】

また、後述する各実施例の諸元の値を示す表において、ＦＮｏは光学系全体のＦナンバーを示し、λは光学系の波長帯域を示し、ｆは光学系の全系焦点距離を示す。面番号は、物体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面（又は像面Ｉ）までの光軸上の距離を示し、レンズ群は光学面が所属するレンズ群を示す。なお、ｄ１〜ｄ３は、変倍によって変化する面間隔を示す。面番号の前に＊（アスタリスク）が記された光学面は、非球面形状である。表中では、この非球面形状を規定する上記式（３）の各パラメータも示している。

【0026】

焦点距離ｆ、曲率半径、面間隔など、その他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、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、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。また、表において、曲率半径の「０．００００」は平面または開口を示している。

【0027】

また、以下の各実施例において、イメージサークル径は２ｙ＝１２ｍｍとなっている。

【0028】

（第１実施例）
図２は、第１実施例に係る赤外線ズームレンズの構成を示している。図２では、上から順に望遠端状態、中間焦点距離状態、広角端状態を示しており、変倍の際の各レンズ群の移動の様子を示している。第１実施例に係る赤外線ズームレンズは、３〜５μｍの波長域（基準波長４μｍ）に対応するものであり、Ｆナンバーが２．０となっている。

【0029】

第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、図２に示すように、望遠端から広角端への変倍の際、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って物体側へ移動する。これに伴って、中間結像位置も光軸に沿って物体側へ移動する。

【0030】

具体的に、望遠端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の前側（物体側）のレンズとによって中間像を形成し、第２レンズ群Ｇ２の後ろ側（検出器面Ｉ側）のレンズと第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２の前側のレンズと後ろ側のレンズとの間に中間結像位置がある。

【0031】

中間焦点距離状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。すなわち、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、第２レンズ群Ｇ２における後ろ側のレンズが中間結像位置をまたぐように移動している。また、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、中間結像位置が若干物体側へと移動している。

【0032】

広角端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。また、中間焦点距離から広角端への変倍に伴って、中間結像位置が物体側へと移動している。

【0033】

第１実施例における赤外線ズームレンズの諸元の値を、表２〜表４に示す。なお、表２は、各光学面の詳細数値データを示し、表３は、非球面形状を規定する上記式（３）の各パラメータを示し、表４は、変倍によって変化する面間隔を示す。

【表2】

【表3】

【表4】

【0034】

また、第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、条件式（１）におけるｆ_１／ｆ_Ｔは０．８１０である。したがって、０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＝０．８１０＜１．５となり、本実施例は条件式（１）を満たす。さらに、条件式（２）におけるｆ_１２／ｆ_Ｗは１．３２８である。したがって、０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＝１．３２８＜２．５となり、本実施例は条件式（２）も満たす。

【0035】

図３〜図５は、第１実施例に係る赤外線ズームレンズの横収差図である。図３は望遠端状態における横収差図、図４は中間焦点距離状態における横収差図、図５は広角端状態における横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高毎にタンジェンシャル像面及びサジタル像面における収差曲線を示している。また、各収差図において、実線は波長５μｍ、点線は４μｍ、一点鎖線は３μｍの収差曲線をそれぞれ示している。

【0036】

図３〜図５に示す各収差図を参照すると、第１実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態、中間焦点距離状態、および広角端状態において、いずれの場合にもほぼ回折限界まで収差が補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。

【0037】

（第２実施例）
図６は、第２実施例に係る赤外線ズームレンズの構成を示す図である。図６では、上から順に望遠端状態、中間焦点距離状態、広角端状態を示しており、変倍の際の各レンズ群の移動の様子を示している。第２実施例に係る赤外線ズームレンズは、第１実施例と同様に３〜５μｍの波長域（基準波長４μｍ）に対応するものであるが、Ｆナンバーは第１実施例と異なり４．０となっている。

【0038】

第２実施例に係る赤外線ズームレンズでは、図６に示すように、望遠端から広角端への変倍の際、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って物体側へ移動する。これに伴って、中間結像位置も光軸に沿って物体側へ移動する。

【0039】

具体的に、望遠端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の前側のレンズとによって中間像を形成し、第２レンズ群Ｇ２の後ろ側のレンズと第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２の前側のレンズと後ろ側のレンズとの間に中間結像位置がある。

【0040】

中間焦点距離状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。すなわち、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、第２レンズ群Ｇ２における後ろ側のレンズが中間結像位置をまたぐように移動している。また、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、中間結像位置が物体側へと移動している。

【0041】

広角端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。また、中間焦点距離から広角端への変倍に伴って、中間結像位置が物体側へと移動している。

【0042】

第２実施例における赤外線ズームレンズの諸元の値を、表５〜表７に示す。なお、表５は、各光学面の詳細数値データを示し、表６は、非球面形状を規定する上記式（３）の各パラメータを示し、表７は、変倍によって変化する面間隔を示す。

【表5】

【表6】

【表7】

【0043】

また、第２実施例に係る赤外線ズームレンズでは、条件式（１）におけるｆ_１／ｆ_Ｔは０．８９８である。したがって、０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＝０．８９８＜１．５となり、本実施例は条件式（１）を満たす。さらに、条件式（２）におけるｆ_１２／ｆ_Ｗは１．６１６である。したがって、０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＝１．６１６＜２．５となり、本実施例は条件式（２）も満たす。

【0044】

図７〜図９は、第２実施例に係る赤外線ズームレンズの横収差図である。図７は望遠端状態における横収差図、図８は中間焦点距離状態における横収差図、図９は広角端状態における横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高毎にタンジェンシャル像面及びサジタル像面における収差曲線を示している。また、各収差図において、実線は波長５μｍ、点線は４μｍ、一点鎖線は３μｍの収差曲線をそれぞれ示している。

【0045】

図７〜図９に示す各収差図を参照すると、第２実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態、中間焦点距離状態、および広角端状態において、いずれの場合にもほぼ回折限界まで収差が補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。

【0046】

（第３実施例）
図１０は、第３実施例に係る赤外線ズームレンズの構成を示す図である。図１０では、上から順に望遠端状態、中間焦点距離状態、広角端状態を示しており、変倍の際の各レンズ群の移動の様子を示している。第３実施例に係る赤外線ズームレンズは、第１実施例と異なり８〜１２μｍの波長域（基準波長１０μｍ）に対応するものであるが、Ｆナンバーは第１実施例と同様に２．０となっている。

【0047】

第３実施例に係る赤外線ズームレンズでは、図１０に示すように、望遠端から広角端への変倍の際、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿って物体側へ移動する。これに伴って、中間結像位置も光軸に沿って物体側へ移動する。

【0048】

具体的に、望遠端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の前側のレンズとによって中間像を形成し、第２レンズ群Ｇ２の後ろ側のレンズと第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２の前側のレンズと後ろ側のレンズとの間に中間結像位置がある。

【0049】

中間焦点距離状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。すなわち、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、第２レンズ群Ｇ２における後ろ側のレンズが中間結像位置をまたぐように移動している。また、望遠端から中間焦点距離への変倍に伴って、中間結像位置が物体側へと移動している。

【0050】

広角端状態では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とによって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とによって中間像を再結像させている。したがって、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に中間結像位置がある。また、中間焦点距離から広角端への変倍に伴って、中間結像位置が物体側へと移動している。

【0051】

第３実施例における赤外線ズームレンズの諸元の値を、表８〜表１０に示す。なお、表８は、各光学面の詳細数値データを示し、表９は、非球面形状を規定する上記式（３）の各パラメータを示し、表１０は、変倍によって変化する面間隔を示す。

【表8】

【表9】

【表10】

【0052】

また、第３実施例に係る赤外線ズームレンズでは、条件式（１）におけるｆ_１／ｆ_Ｔは０．９７７である。したがって、０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＝０．９７７＜１．５となり、本実施例は条件式（１）を満たす。さらに、条件式（２）におけるｆ_１２／ｆ_Ｗは１．８２４である。したがって、０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＝１．８２４＜２．５となり、本実施例は条件式（２）も満たす。

【0053】

図１１〜図１３は、第３実施例に係る赤外線ズームレンズの横収差図である。図１１は望遠端状態における横収差図、図１２は中間焦点距離状態における横収差図、図１３は広角端状態における横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高毎にタンジェンシャル像面及びサジタル像面における収差曲線を示している。また、各収差図において、実線は波長１２μｍ、点線は１０μｍ、一点鎖線は８μｍの収差曲線をそれぞれ示している。

【0054】

図１１〜図１３に示す各収差図を参照すると、第３実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態、中間焦点距離状態、および広角端状態において、いずれの場合にもほぼ回折限界まで収差が補正され、良好な結像性能が確保されていることがわかる。

【0055】

（第１〜第３実施例と先行技術との比較）
ここで、上述した第１〜第３実施例に係る赤外線ズームレンズと、上述した特許文献１の実施例１に開示されている先行技術の赤外線ズームレンズとを比較する。なお、先行技術の赤外線ズームレンズと、上記第１〜第３実施例に係る赤外線ズームレンズとは、全系焦点距離およびズーム比が同一となっている。先行技術の赤外線ズームレンズは、図１４（Ａ）に示すように、物体側から順に、合焦機能を有し正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、変倍機能を有し負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、焦点位置を補償する機能を有し正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３と、中間像を形成するための第４レンズ群Ｇ１４と、中間像を検出器面Ｉにリレー結像させるための第５レンズ群Ｇ１５とを備え、第５レンズ群Ｇ１５と検出器面Ｉとの間に開口絞りＡＳが配置されている。

【0056】

図１４（Ａ）からわかるように、先行技術に記載の赤外線ズームレンズでは、第４レンズ群Ｇ１４と第５レンズ群Ｇ１５との間に中間結像位置があり、この中間結像位置が、変倍の際に移動しないように設計されている。このように、第４レンズ群Ｇ１４と第５レンズ群Ｇ１５との間で中間結像位置を固定する構成では、第１〜第４レンズ群Ｇ１１〜Ｇ１４として、従来から可視光のズームレンズで用いられているアフォーカル系の４群ズームレンズと同じ構成を用いることができるため、簡易にレンズ設計を行えるというメリットがある。

【0057】

しかしながら、先行技術に記載の赤外線ズームレンズでは、光学系の光軸方向の全長（第１面から結像面までの距離）が約３４０ｍｍとなっているため、光軸方向の全長が長く、全体的なサイズが大きくなっている。

【0058】

そこで、本実施形態の上記第１〜第３実施例の赤外線ズームレンズは、全て正の屈折力を有する第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４からなり、変倍の際に中間結像位置を移動させる構成とすることで、光学系の全長の短縮を実現した。図１４（Ｂ）は、上記第１実施例に係る赤外線ズームレンズの構成を、図１４（Ａ）と同縮尺で記載した図である。図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）とを比較するとわかるように、上記第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、先行技術に記載の赤外線ズームレンズと比較して光軸方向の全長が大幅に短くなっている。具体的に、上記第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、光学系の光軸方向の全長が約１５０ｍｍとなっており、先行技術に記載の赤外線ズームレンズと比較して半分以下となっている。

【0059】

また上記第２実施例に係る赤外線ズームレンズでは、光学系の光軸方向の全長が約１００ｍｍとなっており、上記第３実施例に係る赤外線ズームレンズでは、光学系の光軸方向の全長約１５０ｍｍとなっている。したがって、上記第２および第３実施例に係る赤外線ズームレンズにおいても、先行技術に記載の赤外線ズームレンズと比較して光学系の全長が大幅に短くなっている。

【0060】

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）赤外線ズームレンズは、物体側より順に、合焦機能を有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に光軸上を移動し、変倍機能を有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、変倍時に光軸上を移動し、変倍により変動した焦点位置を補償する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、検出器面Ｉに像を形成する機能を有し、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を備え、中間像を形成し、中間像を検出器面Ｉに再結像させるように構成した。そして、変倍に伴って、中間像の結像位置を移動させるように構成した。これにより、従来と比して光学系の全長を大幅に短縮することができ、コンパクトな赤外線ズームレンズを実現することができる。

【0061】

（２）上記（１）の赤外線ズームレンズにおいて、以下の条件式（１）を満足するように構成した。
０．５＜ｆ_１／ｆ_Ｔ＜１．５ ・・・（１）
ただし、
ｆ_１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆ_Ｔ：赤外線ズームレンズの望遠端における全系焦点距離
これにより、赤外線ズームレンズの良好な結像性能と小型化とを両立させることができる。

【0062】

（３）上記（１）または（２）の赤外線ズームレンズにおいて、以下の条件式（２）を満足するように構成した。
０．９＜ｆ_１２／ｆ_Ｗ＜２．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_１２：広角端における第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２までの合成焦点距離
ｆ_Ｗ：赤外線ズームレンズの広角端における全系焦点距離
これにより、赤外線ズームレンズの良好な結像性能と小型化とを両立させることができる。

【0063】

（４）上記（１）〜（３）の赤外線ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２によって中間像を形成し、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４によって中間像を再結像するように構成した。これにより、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２の移動によって中間結像位置を移動させるが、第３レンズ群Ｇ３が移動することで再結像位置が検出器面Ｉとなるように調整することができる。

【0064】

以上の説明はあくまで一例であり、上述した構成に何ら限定されるものではなく、種々の態様を変更してもよい。例えば、各レンズ群を構成するレンズ数や、各レンズの曲率半径、面間隔、硝材等を適宜変更してもよい。

【0065】

また、上述した実施例では、中間結像位置は、望遠端において、第２レンズ群Ｇ２内に位置し、第２レンズ群の一部のレンズ（後ろ側レンズ）が、望遠端から広角端への変倍に伴って、中間結像位置をまたぐように移動する例について説明した。しかしながら、望遠端および広角端における中間結像位置は適宜変更してもよいし、変倍に伴って中間結像位置をまたぐレンズはあってもなくてもよい。

【0066】

また、上述した実施の形態は、焦点距離が連続的に変化する赤外線ズームレンズの例について説明したが、例えば、望遠端および広角端に切り替え可能な２焦点レンズや、望遠端、中間焦点距離および広角端に切り替え可能な３焦点レンズなど、多数の焦点距離に切り替え可能な赤外線多焦点レンズに本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0067】

１…赤外線撮像装置、１０…赤外線ズームレンズ、１１…赤外線検出器、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、ＡＳ…開口絞り、Ｉ…検出器面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】