特許 6397584 赤外線用結像レンズシステム

(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】6397584

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】赤外線用結像レンズシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/14 20060101AFI20180913BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G02B13/14

   G02B13/18

【請求項の数】8

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2017-554124(P2017-554124)

(86)(22)【出願日】2016年11月30日

(86)【国際出願番号】JP2016085473

(87)【国際公開番号】WO2017094744

(87)【国際公開日】20170608

【審査請求日】2018年4月12日

(31)【優先権主張番号】特願2015-236958(P2015-236958)

(32)【優先日】2015年12月3日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390022459

【氏名又は名称】京セラオプテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001988

【氏名又は名称】特許業務法人小林国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 暁彦

【審査官】 小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０６０１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４１５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６６５３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ １３／１４

Ｇ０２Ｂ １３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から順に、
１ｍｍ厚の場合に、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上であるシリコンで形成した第１レンズと、
カルコゲナイドガラスで形成した第２レンズと、を備え、
前記第１レンズと前記第２レンズの間に絞りを有し、
前記第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズであり、
前記第２レンズは像側に凸のメニスカスレンズである赤外線用結像レンズシステム。

【請求項2】

前記第１レンズの物体側の面が球面であり、かつ、像側の面が球面である請求項１に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項3】

前記第２レンズは、物体側の面が非球面であり、かつ、像側の面が非球面である請求項１または２に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項4】

前記第２レンズの物体側の面が回折面である請求項１に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項5】

全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１とする場合に、
（式１） １．１≦ｆ１／ｆ≦１．６
を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項6】

前記第１レンズの中心厚をＤ１、前記第２レンズの中心厚をＤ４とする場合に、
（式２） １．６≦Ｄ４／Ｄ１≦６．０
を満たす請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項7】

前記第１レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１、前記第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２とする場合に、
（式３） １．２５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．７０
を満たす請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【請求項8】

前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの物体側の面との距離をΔとする場合に、
（式４） ２．４≦ｆ１／Δ≦３．２
を満たす請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外線用結像レンズシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線によってイメージセンサの撮像面に被写体の像を結像する赤外線用結像レンズに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、いわゆる遠赤外線（波長３μｍ〜１５μｍ程度の赤外線）で周辺環境等の被写体を撮影する監視カメラや車載カメラ等が普及している。これらのカメラが搭載する赤外線用結像レンズには、当然ながら、赤外線の透過率が高い材料からなるレンズを使用する。例えば、特許文献１〜４の赤外線用結像レンズは、カルコゲナイドガラス、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、または、ＺｎＳｅ（ジンクセレン）を使用している。この他、サファイア等も赤外線に対して高い透過率を有しているので、赤外線用結像レンズに使用可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１１３１９１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１２８５３８号公報

【特許文献3】特開２０１１−２３７６６９号公報

【特許文献4】特開２０１２−１０３４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

赤外線用結像レンズは、赤外線に対して高い透過率を有していなければならないので、使用できる硝材が比較的少数に限られているが、これらの硝材はいずれも高価である。特に、結晶の硝材を使用すると、非球面を研削によって形成するしかないので、赤外線用結像レンズは非常に高価になる。このような赤外線用結像レンズの高価さが、赤外線によって周辺環境等を撮影する監視カメラや車載カメラ等の普及を遅らせる原因の一つとなっているので、より安価に赤外線用結像レンズを製造販売することが求められている。

【0005】

赤外線用結像レンズによく使用する硝材の中では、カルコゲナイドガラスは比較的安価であり、モールド成形によって非球面を形成して容易に所望の光学性能を得ることもできる。このため、特許文献１〜４の赤外線用結像レンズのように、近年の赤外線用結像レンズではカルコゲナイドガラスの使用頻度が高い。しかしながら、カルコゲナイドガラスは、従来、赤外線用結像レンズに使用されてきた硝材の中では比較的安価であるといっても、可視光によって被写体を撮像するためのレンズ（以下、可視光用結像レンズという）に使用する硝材と比較すれば、非常に高価であることに変わりはない。

【0006】

可視光用結像レンズには、例えば、樹脂や合成石英（ＳｉＯ₂）等の安価な硝材を使用するが、赤外線（特に遠赤外線）はこれらの硝材に非常に吸収されやすい。例えば、合成石英は、耐候性や温度依存性の点においては、赤外線用結像レンズにも使用可能であるが、９μｍ付近の赤外線を強く吸収するという欠点がある。このため、合成石英を赤外線用結像レンズに使用すると、撮影光量の不足等のために所望の画像が得られ難い。したがって、特許文献１〜４等で使用していないことからも分かるように、従来の赤外線用結像レンズに合成石英を使用しない。

【0007】

合成石英が９μｍ付近の赤外線を吸収するのは、シリコン（Ｓｉ）に加えて、酸素を含んでいるからである。このため、合成石英に対して、酸素を含まないシリコンの結晶等であれば、９μｍ付近の赤外線の吸収が抑えられるので、赤外線用結像レンズの硝材として使用可能になる。しかし、酸素を含まないシリコン結晶は、通常は高価なＦＺ法（Floating Zone法）法で製造するので、むしろコスト高になる。このため、従来の赤外線用結像レンズではシリコンの結晶等を硝材としては使用しない。

【0008】

ＦＺ法の他にも、シリコンの結晶を製造する代表的な方法としては、例えばＣＺ法（Czochralski法）が知られている。ＣＺ法は、ＦＺ法よりも安価にシリコンの結晶を得ることができるが、酸素等の不純物を多く含み、純粋なシリコン結晶を得られないという欠点がある。しかし、近年では、ＣＺ法でも、酸素等の不純物の混入量を制御できるようになってきており、安価なまま、含有する酸素の濃度（以下、酸素濃度という）を低下し、遠赤外線の吸収を抑えたシリコン結晶が得られるようになってきている。このため、遠赤外線の吸収を抑えたシリコン結晶を使用し、より安価に赤外線用結像レンズを提供することが望まれている。

【0009】

なお、従来の赤外線用結像レンズではシリコンを使用できなかった経緯から、シリコンを使用した場合の赤外線用結像レンズが知られていない。また、レンズの性能は、使用する硝材によっても大きく変わるので、従来の高価な赤外線用硝材を単にシリコンに置き換えただけでは、監視カメラや車載カメラに求められる画質の画像は到底得られない。

【0010】

本発明は、少なくとも赤外線での使用に堪える程度に酸素濃度が低く、９μｍ付近の赤外線の吸収を抑えたシリコンを使用して、従来よりも安価な赤外線用結像レンズ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】

本発明の赤外線用結像レンズシステムは、物体側から順に、１ｍｍ厚の場合に、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上であるシリコンで形成した第１レンズと、カルコゲナイドガラスで形成した第２レンズと、を備え、第１レンズと前記第２レンズの間に絞りを有し、第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズであり、第２レンズは像側に凸のメニスカスレンズである。

【0012】

第１レンズの物体側の面が球面であり、かつ、像側の面が球面であることが好ましい。

【0013】

第２レンズは、物体側の面が非球面であり、かつ、像側の面が非球面であることが好ましい。

【0015】

第２レンズの物体側の面が回折面であることが好ましい。

【0016】

全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１とする場合に、
（式１） １．１≦ｆ１／ｆ≦１．６
を満たすことが好ましい。

【0017】

第１レンズの中心厚をＤ１、前記第２レンズの中心厚をＤ４とする場合に、
（式２） １．６≦Ｄ４／Ｄ１≦６．０
を満たすことが好ましい。

【0018】

第１レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２とする場合に、
（式３） １．２５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．７０
を満たすことが好ましい。

【0019】

第１レンズの焦点距離をｆ１、第１レンズの像側の面と第２レンズの物体側の面との距離をΔとする場合に、
（式４） ２．４≦ｆ１／Δ≦３．２
を満たすことが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、１ｍｍ厚の場合に、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上であるシリコンからなるレンズを使用したことで、従来よりも安価に赤外線用結像レンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】赤外線用結像レンズの断面図である。

【図2】１ｍｍ厚のシリコンの透過率を示すグラフである。

【図3】反射防止コーティングを施した１ｍｍ厚のシリコンの透過率を示すグラフである。

【図4】実施例１の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図5】実施例１の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図6】実施例１の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図7】実施例２の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図8】実施例２の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図9】実施例２の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図10】実施例３の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図11】実施例３の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図12】実施例３の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図13】実施例４の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図14】実施例４の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図15】実施例４の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図16】実施例５の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図17】実施例５の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図18】実施例５の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図19】実施例６の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図20】実施例６の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図21】実施例６の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図22】実施例７の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図23】実施例７の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図24】実施例７の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【図25】実施例８の赤外線用結像レンズの断面図である。

【図26】実施例８の（Ａ）球面収差、（Ｂ）非点収差、及び（Ｃ）ディストーションを示すグラフである。

【図27】実施例８の空間周波数に対するＭＴＦを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１に示すように、赤外線用結像レンズ１０（赤外線用結像レンズシステム）は、イメージセンサ１１の撮像面Ｓ８に遠赤外線によって被写体の像を結像するレンズである。赤外線用結像レンズ１０は、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の２枚のレンズを有する２枚構成のレンズ系である。また、赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に絞りＳ３を備える。イメージセンサ１１は、カバーガラスＣＧによって撮像面Ｓ８を保護しているので、赤外線用結像レンズ１０は、カバーガラスＣＧを介して撮像面Ｓ８に被写体の像を結像する。

【0023】

第１レンズＬ１は、１ｍｍ厚の場合に、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上であるシリコンによって形成する。１ｍｍ厚の場合に、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上という条件は、シリコンが含有する酸素の濃度が低い（例えば、従来のＣＺ法で製造する一般的なシリコンよりも酸素濃度が低い）ときに満たされる。以下、従来の酸素濃度が高いシリコンと区別するため、第１レンズＬ１の硝材を便宜的に低酸素シリコンといい、相対的に酸素濃度が高い従来のシリコンを高酸素シリコンという。

【0024】

図２に破線で示すように、１ｍｍ厚の高酸素シリコンは、波長約９μｍ付近の赤外線の吸収が顕著である。このため、波長８μｍ以上１３μｍ以下の波長帯域でみれば、高酸素シリコンの透過率は、波長約９μｍ付近で最低となり、その最低透過率は４０％を下回る。一方、図２に実線で示すように、１ｍｍ厚の低酸素シリコンは、高酸素シリコンよりも酸素濃度を低下したことにより、波長約９μｍ付近の赤外線の透過率が上がり、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率は４０％以上になる。低酸素シリコンが、高酸素シリコンに対してどの程度赤外線の吸収（特に波長９μｍ付近の赤外線の吸収）抑えることができるかは、低酸素シリコンの酸素濃度によるが、少なくとも波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率が４０％以上になっていれば、赤外線用結像レンズ１０に使用可能である。

【0025】

低酸素シリコンは、例えば、ＣＺ法において、酸素濃度を制御することにより安価に得ることができる。低酸素シリコンは、より高価なＦＺ法によって得ることも可能ではあるが、同様の特性であれば、最も安価な方法で製造するのが通常である。したがって、低酸素シリコンは従来の赤外線用硝材よりも安価である。

【0026】

なお、図３に示すように、低酸素シリコン（実線）及び高酸素シリコン（破線）に、それぞれ同じ反射防止コーティングを施すと、各々の硝材としての赤外線の透過率（図２参照）に対して、どちらも全体的に透過率が向上する。このため、反射防止コーティングを施せば、高酸素シリコン（破線）でも、波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率を４０％以上にすることができる。しかし、反射防止コーティングによって、透過率が向上する波長帯域や透過率の向上の程度は、反射防止コーティングの性能による。また、波長約９μｍ付近の赤外線の吸収が顕著であるという硝材自体の特性には変わりがない。

【0027】

このため、「波長８μｍ以上１３μｍ以下の赤外線の最低透過率を４０％以上である」という条件は、あくまでも第１レンズＬ１の硝材自体の特性に関する条件であり、反射防止コーティングの性能を含まない。但し、これは実際に赤外線用結像レンズ１０を構成する際に、第１レンズＬ１に反射防止コーティングを施してはならないということではなく、第１レンズＬ１は当然に低酸素シリコンに反射防止コーティングを施して形成する。具体的には、赤外線用結像レンズ１０では、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１及び像側の面Ｓ２、またはこれらのうちいずれか一方の面に反射防止コーティングを施してある。このため、第１レンズＬ１は、例えば図３の実線で示す透過率特性を有する。

【0028】

第１レンズＬ１を形成する低酸素シリコンは結晶であり、インゴット等から切り出して研削して使用することにより、酸素飽和度が低い状態を保つ。このため、第１レンズＬ１は、モールド成形等の加熱加圧による非球面形成はできず、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１または像側の面Ｓ２を非球面にする場合には、研削により非球面を形成する必要がある。しかし、研削により非球面を形成すると第１レンズＬ１がコストアップし、その結果、赤外線用結像レンズ１０を安価に製造することができなくなる。したがって、赤外線用結像レンズ１０では、第１レンズＬ１を球面レンズとしている。すなわち、第１レンズＬ１は、物体側の面Ｓ１が球面であり、かつ、像側の面Ｓ２が球面である。

【0029】

また、第１レンズＬ１は、赤外線用結像レンズ１０の保護部材（例えばカバーガラス）を兼ねている。すなわち、赤外線用結像レンズ１０は監視カメラや車載カメラ等の過酷な環境で使用するが、第１レンズＬ１よりも前に保護部材を置いて赤外線用結像レンズ１０を保護する必要がない。

【0030】

例えば、カルコゲナイドガラスは脆く、耐候性等も低いので、少なくとも最も物体側のレンズをカルコゲナイドガラスで形成した従来の赤外線量結像レンズは、赤外線量結像レンズの前に保護部材を置いて赤外線用結像レンズ（特に、最も物体側のカルコゲナイドガラスで形成したレンズ）を保護する必要がある。保護部材は、例えば、レンズとしてのパワーを有しない平行平板である。但し、保護部材は、撮影に必要な赤外線を十分に透過しなければならないので、保護部材にも、耐候性等が良い高価な赤外線用硝材等を使用する必要がある。このように保護部材に高価な材料を使用しなければならない点も、従来の赤外線用結像レンズのコストアップの原因の一つになっている。これに対し、赤外線用結像レンズ１０では、最も物体側に位置する第１レンズＬ１が低酸素シリコンという耐候性等が高く、かつ、安価な材料でできているので、従来の赤外線用結像レンズに必要な高価な保護部材を使用しなくて済む。その結果、赤外線用結像レンズ１０は従来の赤外線用結像レンズよりも安価に構成できる。

【0031】

第２レンズＬ２は、カルコゲナイドガラスで形成したレンズである。カルコゲナイドガラスとは、酸素（Ｏ）の代わりに、硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）といったカルコゲン元素と呼ばれる互いに性質の似通った一連の元素の少なくとも１つを主成分として含むガラスである。カルコゲナイドガラスは、種々の赤外線用硝材の中でも比較的安価であること。このため、赤外線用結像レンズ１０は、第２レンズＬ２をカルコゲナイドガラスで形成したことで、赤外線用結像レンズ１０全体としても安価な構成にしている。

【0032】

また、カルコゲナイドガラスは、モールド成形によって容易に非球面を形成することができる。このため、赤外線用結像レンズ１０では、カルコゲナイドガラスで形成した第２レンズＬ２を非球面レンズにすることで、赤外線用結像レンズ１０の各種収差を補正し、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成した場合でも、赤外線用結像レンズ１０全体として必要な結像性能が得られるようにしている。より具体的には、第２レンズＬ２は、物体側の面Ｓ４が非球面であり、かつ、像側の面Ｓ５が非球面である。このように、第２レンズＬ２の両面を非球面とすることで、第１レンズＬ１を低酸素シリコンによって形成し、かつ、第１レンズＬ１の両面を球面とした場合でも、良好な結像性能が得られやすい。

【0033】

さらに、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ４は、回折面になっている。これは色収差の補正のためである。なお、回折面によって色収差を補正する場合、回折面はできる限り絞りＳ３の近くにある方がより良好に色収差を補正できる。このため、赤外線用結像レンズ１０では、回折面を形成し得る第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ４及び像側の面Ｓ５のうち、より絞りＳ３に近い物体側の面Ｓ４を回折面にしている。

【0034】

この他、赤外線用結像レンズ１０が、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に絞りＳ３を有し、第１レンズＬ１を物体側に凸のメニスカスレンズとし、かつ、第２レンズＬ２を像側に凸のメニスカスレンズとしている。これは、２枚構成のレンズ系では絞りＳ３に対して対象な凹凸配置とすることで、各種収差を良好に補正しやすいからである。この配置により、特に第１レンズＬ１を球面レンズとしたことで発生する像面湾曲を良好に補正することができる。

【0035】

また、赤外線用結像レンズ１０は、全系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１とする場合に、
（式１） １．１≦ｆ１／ｆ≦１．６
を満たすようにしてある。この式１の条件を満たすことで、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成した球面レンズとしたことで増大しやすい像面湾曲を改善しやすくなる。少なくとも、この第１レンズＬ１の構成に起因する像面湾曲を第２レンズＬ２の各非球面によって良好に補正し得る範囲内に抑えることができる。

【0036】

赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１の中心厚をＤ１、第２レンズＬ２の中心厚をＤ４とする場合に、
（式２） １．６≦Ｄ４／Ｄ１≦６．０
を満たすようにしてある。この式２の条件を満たすことで、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成した球面レンズとしたことで増大しやすい球面収差を改善しやすくなる。少なくとも、この第１レンズＬ１の構成に起因する球面収差を第２レンズＬ２の各非球面によって良好に補正し得る範囲内に抑えることができる。

【0037】

また、赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１の曲率半径をＲ１、第１レンズＬ２の像側の面Ｓ２の曲率半径をＲ２とする場合に、
（式３） １．２５≦Ｒ２／Ｒ１≦１．７０
を満たすようにしてある。この式３の条件を満たすことで、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成した球面レンズとしたことで増大しやすい像面湾曲を改善しやすくなる。少なくとも、この第１レンズＬ１の構成に起因する像面湾曲を第２レンズＬ２の各非球面によって良好に補正し得る範囲内に抑えることができる。

【0038】

また、赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第１レンズＬ１の像側の面Ｓ２と第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ４との距離をΔとする場合に、
（式４） ２．４≦ｆ１／Δ≦３．２
を満たすようにしてある。ｆ１／Δが式４の下限値よりも小さい場合（ｆ１／Δ＜２．４）、第１レンズＬ１の構成に起因した像面湾曲が増大する。ｆ１／Δが式４の上限値よりも大きい場合（３．２＜ｆ１／Δ）、第１レンズＬ１の構成に起因した球面収差が増大する。したがって、ｆ１／Δが上記式４の範囲外である場合、第２レンズＬ２を非球面レンズにしても、像面湾曲または球面収差を良好に補正できない場合がある。すなわち、ｆ１／Δが上記式４の範囲内に収まるようにしておけば、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成し、かつ、球面レンズにしても、その欠点である球面収差及び像面湾曲の両収差の増大を両方同時に抑えやすくなる。第１レンズＬ１の構成に起因した球面収差及び像面湾曲を、少なくとも第２レンズＬ２の非球面によって良好に補正し得る範囲内に収めることができる。

【0039】

赤外線用結像レンズ１０のように、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成し、かつ、球面レンズとする場合には、上記式１〜式４の条件は少なくともいずれか１つを満たすことが好ましく、式１〜式４の全ての条件を満たすことが特に好ましい。

【0040】

上記のように、赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成し、第２レンズＬ２をカルコゲナイドガラスで形成したことで、従来の赤外線用結像レンズよりも安価である。そして、赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１の両面を球面にしたことや、第２レンズＬ２の両面を非球面にしたこと、絞りＳ３に対して対象な凹凸構成としたこと、または、第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ４を回折面にしたことにより、安価かつ良好な結像性能を有する。また、式１〜式４の条件を満たすようにしたことで、安価にするために第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成し、かつ、球面レンズにしたことによるデメリットを改善して良好な結像性能が得られるようになっている。

【0041】

［実施例］
以下、上記赤外線用結像レンズ１０の実施例を説明する。図４は、実施例１の赤外線用結像レンズ１０の断面図を示す。面番号は第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１から順にＳｉ（ｉ＝１〜８）で示す。Ｓ３は絞りであり、Ｓ６はカバーガラスＣＧの物体側の面であり、Ｓ７はカバーガラスＣＧの像側の面であり、Ｓ８はイメージセンサ１１の撮像面である。面間隔Ｄｉ（ｉ＝１〜７、単位ｍｍ）は、面Ｓｉから面Ｓｉ＋１の間隔である。

【0042】

また、実施例１のレンズデータを下記表１〜表３に示す。表１は実施例１の赤外線用結像レンズ１０の各面Ｓｉの面番号ｉ、各面Ｓｉの曲率半径Ｒｉ（ｉ＝１〜８、単位ｍｍ）、面間隔Ｄｉ、波長１０μｍの赤外線に対する屈折率ｎｉ（ｉ＝１〜７）、及び、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料を示す。また、面番号Ｓｉに付した「＊」印は非球面であることを表し、「＃」印は回折面であることを表す。「＊」印及び「＃」印がない曲面は全て球面である。

【0043】

【表1】

【0044】

非球面は、下記数１の非球面式によって表される。数１の非球面式において、「Ｚ」は非球面の深さ（ｍｍ）、「ｈ」は光軸からレンズ面までの距離（ｍｍ）、「Ｃ」は近軸曲率（すなわち近軸曲率半径をＲ（ｍｍ）とする場合にＣ＝１／Ｒである）、「Ｋ」は円錐定数、「Ａｉ」は非球面係数である。表２には、実施例１の各非球面（表１＊印参照）の「Ｋ」及び「Ａｉ」を示す。

【0045】

【数1】

【0046】

【表2】

【0047】

回折面は、下記数２の光路差関数φにより表される。光路差関数φは、回折面が光路長差の負荷量を光軸からの距離「ｒ」において、「ｒ」は光軸からの距離（ｍｍ）であり、「Ｃｎ」（ｎ＝１〜１０）は回折面係数である。表３には、実施例１の回折面（表１＃印参照）の回折面係数Ｃｎを示す。

【0048】

【数2】

【0049】

【表3】

【0050】

また、図５（Ａ）は実施例１の波長８μｍ、波長１０μｍ、及び波長１２μｍの各赤外線について球面収差を示す。図５（Ｂ）は、波長１０μｍの赤外線について、実施例１のサジタル（ラジカル）方向の非点収差Ｓと、タンジェンシャル（メリジオナル）方向の非点収差Ｔを示す。図５（Ｃ）は、波長１０μｍの赤外線について、実施例１のディストーションを示す。なお、実施例１の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０）１７μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであるため、最大像高は３．４１ｍｍである。

【0051】

図６には、実施例１の赤外線用結像レンズ１０について、空間周波数に対する軸上（像高０．０ｍｍ）のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）と、像高３．４ｍｍにおけるタンジェンシャル方向のＭＴＦ（符号Ｔ）とラジアル方向のＭＴＦ（符号Ｒ）を示す。

【0052】

上記実施例１と同様に、実施例２〜６の赤外線用結像レンズ１０の断面図、各種レンズデータ、各種収差、及びＭＴＦを、図７〜図２７及び表４〜表２４に示す。但し、実施例２の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）１７μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであり、最大像高は３．４１ｍｍである。実施例３及び実施例４の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）１２μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであり、最大像高は２．４１ｍｍである。実施例５及び実施例６の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３８４×２８８画素）１７μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであり、最大像高は４．０９ｍｍである。実施例７の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）１２μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであり、最大像高は２．４１ｍｍである。実施例８の赤外線用結像レンズ１０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）１２μｍピッチのイメージセンサ１１に使用するレンズであり、最大像高は２．４０ｍｍである。

【0053】

【表4】

【0054】

【表5】

【0055】

【表6】

【0056】

【表7】

【0057】

【表8】

【0058】

【表9】

【0059】

【表10】

【0060】

【表11】

【0061】

【表12】

【0062】

【表13】

【0063】

【表14】

【0064】

【表15】

【0065】

【表16】

【0066】

【表17】

【0067】

【表18】

【0068】

【表19】

【0069】

【表20】

【0070】

【表21】

【0071】

【表22】

【0072】

【表23】

【0073】

【表24】

【0074】

下記表２５及び表２６には、上記実施例１〜８のＦ値（FNo）等のその他の性能、式１〜式４の各値を算出するためのパラメータのうち上記レンズデータに記載していないパラメータ、及び、式１〜式４の各値を示す。「ｆ」は赤外線用結像レンズ１０の全系の焦点距離、「ｆ１」は第１レンズＬ１の焦点距離、「Ｄ１」（Ｓ１とＳ２の面間隔）は第１レンズＬ１の中心厚、「Ｄ４」（Ｓ４とＳ５の面間隔）は第２レンズＬ２の中心厚である。「Δ」は第１レンズＬ１の像側の面Ｓ２と第２レンズＬ２の物体側の面Ｓ４との距離、すなわち、上記レンズデータの面間隔Ｄ２と面間隔Ｄ３の合計である。ＭＴＦは、各欄に示す解像度（ＬＰ／ｍｍ（Line Pairs per milimeter））におけるＭＴＦである。表２５及び表２６から分かる通り、実施例１〜８の各赤外線用結像レンズ１０は、いずれも式１〜式４の条件を満たす。また、表２５及び表２６と、上記各実施例の収差図及びＭＴＦのグラフから分かる通り、実施例１〜８の各赤外線用結像レンズ１０は、第１レンズＬ１を低酸素シリコンで形成し、かつ、両面を球面としたにもかかわらず、良好な結像性能を有する。

【0075】

【表25】

【0076】

【表26】

【0077】

［比較例］
特許文献１〜４に記載された各実施例の従来の赤外線用結像レンズは、従来の高価な赤外線用硝材のみを使用するレンズであるため単純に本発明の赤外線用結像レンズ１０と比較することはできないが、本発明の赤外線用結像レンズ１０と同様に２枚構成の赤外線用結像レンズであるため、以下、比較例として説明する。

【0078】

まず、特許文献１の実施例１（以下、比較例１という）〜実施例５（以下、比較例５という）の赤外線用結像レンズは絞りがなく、表２７に示すように、第１レンズ及び第２レンズは全てカルコゲナイドガラスで形成されている。そして、式１〜式４の条件については、太字及び下線で示すように、一部の条件を偶然に満たす場合があるが、全実施例で式１〜式４の条件を満たすわけではないことから、特許文献１では、赤外線用結像レンズが式１〜式４の条件を意図的に満たすようには構成していないことが分かる。

【0079】

【表27】

【0080】

特許文献２の実施例１（以下、比較例６という）〜実施例７（以下、比較例１２という）の赤外線用結像レンズは、最前面が実質的な絞りとなっており、表２８に示すように、第１レンズ及び第２レンズはカルコゲナイドガラスまたは硫化亜鉛（ＺｎＳ）で形成されている。そして、式１〜式４の条件については、太字及び下線で示すように、一部の条件を偶然に満たす場合があるが、全実施例で式１〜式４の条件を満たすわけではないことから、特許文献２も、赤外線用結像レンズが式１〜式４の条件を意図的に満たすように構成していないことが分かる。

【0081】

【表28】

【0082】

特許文献３の実施例１（以下、比較例１３という）〜実施例１２（以下、比較例２４という）の赤外線用結像レンズは、最前面が実質的な絞りとなっており、表２９及び表３０には、第１レンズ及び第２レンズはカルコゲナイドガラス、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またはジンクセレン（ＺｎＳｅ）で形成されている。式１〜式４の条件については、太字及び下線で示すように、一部の条件を偶然に満たす場合があるが、全実施例で式１〜式４の条件を満たすわけではないことから、特許文献３もまた、式１〜式４の条件を意図的に満たすようには赤外線用結像レンズを構成していないことが分かる。

【0083】

【表29】

【0084】

【表30】

【0085】

また、特許文献４の実施例１（以下、比較例２５という）及び実施例２（以下、比較例２６という）の赤外線用結像レンズは絞りがなく、表３１に示すように、第１レンズ及び第２レンズは全てカルコゲナイドガラスで形成されている。特許文献４の赤外線用結像レンズは、式１〜式４の条件を部分的にも満たさない。

【0086】

【表31】

【0087】

上記のように、従来の赤外線用結像レンズが式１〜式４の条件を満たすように構成されていないのは、式１〜式４が、本発明の赤外線用結像レンズ１０のように２枚構成のレンズ系で、第１レンズを低酸素シリコンで形成し、かつ、球面レンズとした場合に特有の条件であり、第１レンズ及び第２レンズに従来の高価な赤外線用硝材を使用する従来の赤外線用結像レンズは式１〜式４を満たすように構成する必要がないからである。

【0088】

なお、上記実施形態及び実施例は、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例に挙げた赤外線用結像レンズ１０以外にも、曲率半径や屈折率、その他レンズデータを変えて、形状や配置及び結像性能が赤外線用結像レンズ１０と同等の赤外線用結像レンズを構成することができる。

【符号の説明】

【0089】

１０ 赤外線用結像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｓ３ 絞り
ＣＧ カバーガラス
Ｓ８ 撮像面

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】