説明

赤外線カメラ用レンズ

【課題】簡易なレンズ構成であって、かつ球面のみで非球面を含まない赤外線カメラ用レンズを提供すること。また、合焦のために物体側第1レンズが移動させず、レンズ全長が変化しない、気密性を容易に実現できる赤外線カメラ用レンズを提供すること。
【解決手段】第1正単球面レンズ、第2負単球面レンズ、第3正単球面レンズからなる赤外線カメラ用レンズであって、少なくとも前記第2負単球面レンズまたは第3正単球面レンズを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする赤外線カメラ用レンズ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、赤外線カメラ用レンズ、さらに詳しくは、赤外線による鮮明な結像を形成することによって赤外線サーモグラフィーや監視カメラに好適に使用できる内部合焦式単焦点の赤外線カメラ用レンズに関する。ここで、赤外線とは、波長が3000〜5000nmの中赤外線、及び波長が8000〜14000nmの遠赤外線を含む放射である。
【背景技術】
【0002】
医療用や工業用において多く用いられる10000nm前後の波長を使用する遠赤外線用の検知器やビジコンは、感度が低い。また、これらの光学系に使用されているゲルマニュウムは、一般の光学レンズに比較して透過率が低い。従って、これらの測定器の光学系は、被写体からの赤外線を吸収、散乱、反射するレンズ等の光学部品をなるべく少なくして、該赤外線を吸効率良く検知器やビジコンに伝達することが求められている。一方、赤外線カメラ用レンズの機構は、防塵・防滴の面から、内部合焦等気密性を容易に保つことができるものが好ましい。
【0003】
従来の赤外線カメラ用レンズとして、特に波長域8μm〜12μm帯での使用に適し、像周辺部でのノイズを低減して良好な光学性能を達成することができるものであって、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの第1レンズL1、および物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズの第2レンズL2で構成された第1レンズ群G1と、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズの第3レンズL3、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの第4レンズL4で構成された第2レンズ群G2とを備え、以下の条件を満足する。ただし、Φ1,Φ2は、第1,第2レンズ群G1,G2の屈折力。f1は第1レンズL1の焦点距離、fTは全系の焦点距離。
0.12<|Φ1/Φ2|<0.32 ……(1)
1.3<|f1/fT|<1.9 ……(2)
が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
他の従来技術の赤外線カメラ用レンズとして、バックフォーカスを焦点距離と同程度かそれ以上長くして十分に長さを確保し、かつ周辺性能と適度なコンパクト性とを満足しつつ開口効率100%を達成することができる、特に波長域8μm〜12μm帯での使用に適した赤外線カメラ用レンズであって、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、以下の条件を満足する。ただし、D4は第2レンズL2の像側の面から第3レンズL3の物体側の面までの光軸上の距離、fは全系の焦点距離を示す。
1<D4/f<3 ……(1)
が提案されている(例えば、特許文献2参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−062559号公報
【特許文献2】特開2005−173346号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の赤外線カメラ用レンズにおいて、レンズ系全体の移動による合焦、及び物体側の第1レンズL1の移動による合焦の場合、レンズの気密性の保持が困難であり、防塵・防滴に不適である。また、第2レンズ群すなわちレンズL3及びレンズL4の移動によって合焦を行う場合、気密性の保持には好ましいが、コマ収差及び像面湾曲の増加により、光学性能の低下がもたらされる。レンズL4のみの移動によって合焦を行う場合、コマ収差はじめ多くの収差の増加により、光学性能の低下がもたらされる。
【0007】
特許文献2の赤外線カメラ用レンズにおいて、レンズ系全体の移動による合焦、及び物体側の第1レンズL1の移動による合焦の場合、レンズの気密性の保持が困難であり、防塵・防滴に不適である。敢えて防塵・防滴を実現しようとすれば、鏡筒の複雑化や直径拡大化が避けられない。また、第2レンズ群すなわちレンズL3及びレンズL4の移動によって合焦を行う場合、気密性の保持には好ましいが、コマ収差及び像面湾曲の増加により、光学性能の低下がもたらされる。レンズL4のみの移動によって合焦を行う場合、コマ収差はじめ多くの収差の増加により、光学性能の低下がもたらされる。
【0008】
(発明の目的)
本発明は、従来の赤外線カメラ用レンズに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、簡易なレンズ構成であって、かつ球面のみで非球面を含まない赤外線カメラ用レンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、合焦のために物体側第1レンズが移動させず、レンズ全長が変化しない、気密性を容易に実現できる赤外線カメラ用レンズを提供することを目的とする。
本発明はさらに、合焦によって結像劣化の少ない赤外線カメラ用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】
【0009】
第1正単球面レンズ、第2負単球面レンズ、第3正単球面レンズからなる赤外線カメラ用レンズであって、少なくとも前記第2負単球面レンズまたは第3正単球面レンズを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする赤外線カメラ用レンズである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、簡易なレンズ構成であって、かつ球面のみで非球面を含まない赤外線カメラ用レンズを構成することができる。
本発明によれば、合焦のために物体側第1レンズが移動させず、レンズ全長が変化しない、気密性を容易に実現できる赤外線カメラ用レンズを構成できる。
本発明はさらに、合焦によって結像劣化の少ない赤外線カメラ用レンズを構成できる。
【0011】
本発明の実施態様は、以下の通りである。
(第1実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、前記第2負単球面レンズのみを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする。
第1実施態様は、完全な密閉式赤外線カメラ用レンズを形成できる利点がある。
【0012】
(第2実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、前記第3正単球面レンズのみを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする。
第2実施態様は、フォーカシングのためのレンズの移動量が小さいという利点がある。
【0013】
(第3実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カメラ用レンズ。
0.5 ≦ f/f1 ≦ 0.7 ・・・・・・・(1)
f :全体の焦点距離
f1:第1正単球面レンズの焦点距離
である。
条件式(1)を満たすと、コマ収差を容易に低減することができる利点がある。
【0014】
(第4実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、第2負単球面レンズを移動させてフォーカシングを行い、下記の条件式を満たすことを特徴とする。
0.06 ≦ |m2/f1| ≦ 0.22 ・・・・・・・(2)
条件式(2)を満たすことによって、レンズ全体を小型化でき、かつ像面湾曲を容易に低減することができる利点がある。
【0015】
(第5実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、第3負単球面レンズを移動させてフォーカシングを行い、下記の条件式を満たすことを特徴とする。
0.01 ≦ |d3/f1| ≦ 0.045 ・・・・・・(3)
m3:物体距離が無限遠から1mまでの第3正単球面レンズの移動量
f1:第1正単球面レンズの焦点距離
条件式(3)を満たすことによって、レンズ全体を小型化でき、かつ像面湾曲を容易に低減することができる利点がある。
【0016】
(第6実施態様)
本発明の赤外線カメラ用レンズにおいて、前記全レンズの材料が、ゲルマニュウムであることを特徴とする。
レンズ材料を一種類とすることにより、製造コストを下げ、またレンズによる赤外線の吸収を増大させないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図3】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図4】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図5】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図6】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図7】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図8】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図9】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図10】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図11】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図12】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図13】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図14】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図15】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図16】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図17】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図18】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図19】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図20】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図21】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図22】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図23】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図24】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図25】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図26】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図27】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図28】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図29】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図30】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図31】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図32】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図33】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図34】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図35】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【図36】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時及び1m合焦時の光学断面図である。
【図37】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時の球面収差図である。
【図38】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの無限遠合焦時のコマ収差図である。
【図39】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時の球面収差図である。
【図40】本発明の第1実施形態の赤外線カメラ用レンズの1m合焦時のコマ収差図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、本発明の赤外線カメラ用レンズの実施形態のレンズデータ等を示す。
(第1実施形態)
第2レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 58.71 2.02 13.7 Ge(4.0032) 57.98 f1
r2 d2 86.29 6.94 13.4
(絞り) D2 10.9
r3 d3 −18.13 5.8 10 Ge(4.0032) −431.69 f2
r4 D4 −22.8 D4 12.4
r5 d5 36 4.8 12.2 Ge(4.0032) 27.45 f3
r6 BF 57.52 (BF) 11.2
【0019】
焦点距離 f=35
全長 66.46mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m2
無限遠 1.39 8.92 22.3 11.55 13.05 7.52
1m 1.49 8.48 29.82 4.03 13.05
【0020】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.60
条件式(2) 0.06 ≦|m2/f1|≦ 0.22 0.13
【0021】
(第2実施形態)
第3レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 58 2 13.7 Ge(4.0032) 58.01 f1
r2 d2 84.7 6.94 13.4
(絞り) D2 10.9
r3 d3 −18.13 5.8 10.1 Ge(4.0032) −431.69 f2
r4 D4 −22.8 D4 12.5
r5 d5 36 4.8 12.3 Ge(4.0032) 27.45 f3
r6 BF 57.52 (BF) 11.3
【0022】
焦点距離 f=35
全長 66.45mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m3
無限遠 1.4 8.92 22.3 11.55 13.06 -1.35
1m 1.35 8.32 22.3 10.2 14.41
【0023】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.60
条件式(3) 0.01 ≦|d3/f1|≦ 0.045 0.023
【0024】
(第3実施形態)
第2レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 41.94 1.44 10.5 Ge(4.0032) 41.41 f1
r2 d2 61.65 4.96 10.3
(絞り) D2 8
r3 d3 −12.95 4.14 8.3 Ge(4.0032) −299.96 f2
r4 D4 −16.29 D4 10.3
r5 d5 25.72 3.43 10.9 Ge(4.0032) 19.61 f3
r6 BF 41.09 (BF) 11.1
【0025】
焦点距離 f=25
全長 47.7mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m2
無限遠 1.37 12.35 15.93 8.26 9.54 3.57
1m 1.42 11.91 19.68 4.51 9.54
【0026】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.60
条件式(2) 0.06 ≦|m2/f1|≦ 0.22 0.09
【0027】
(第4実施形態)
第3レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 41.44 1.43 10 Ge(4.0032) 41.45 f1
r2 d2 60.51 4.96 9.7
(絞り) D2 7.7
r3 d3 −12.95 4.14 8.2 Ge(4.0032) −299.96 f2
r4 D4 −16.29 D4 10.2
r5 d5 25.72 3.43 11 Ge(4.0032) 19.61 f3
r6 BF 41.09 (BF) 10.2
【0028】
焦点距離 f=25
全長 47.69mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m3
無限遠 1.42 12.35 15.93 8.25 9.55 -0.7
1m 1.38 12.79 15.93 7.55 10.25
【0029】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.60
条件式(2) 0.01 ≦|m3/f1|≦ 0.045 0.017
【0030】
(第5実施形態)
第2レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 83.89 2.88 19 Ge(4.0032) 82.87 f1
r2 d2 123.29 9.92 18.6
(絞り) D2 15.5
r3 d3 −25.9 8.29 12.8 Ge(4.0032) −609.7 f2
r4 D4 −32.58 D4 15.8
r5 d5 51.44 6.86 14.6 Ge(4.0032) 39.22 f3
r6 BF 82.18 (BF) 13.3
【0031】
焦点距離 f=50
全長 94.67mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m2
無限遠 1.41 6.28 31.87 16.51 18.34 15.91
1m 1.53 5.83 47.78 0.6 18.34
【0032】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.60
条件式(2) 0.06 ≦|m2/f1|≦ 0.22 0.19
【0033】
(第6実施形態)
第3レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 82.87 2.88 10 Ge(4.0032) 82.42 f1
r2 d2 121.02 9.92 9.7
(絞り) D2 7.7
r3 d3 −25.9 8.29 8.2 Ge(4.0032) −609.7 f2
r4 D4 −32.58 D4 10.2
r5 d5 51.44 6.86 11 Ge(4.0032) 39.22 f3
r6 BF 82.18 (BF) 10.2
【0034】
焦点距離 f=50
全長 96.44mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m3
無限遠 1.4 6.28 31.87 16.51 18.33 -2.7
1m 1.33 6.65 31.87 13.81 21.03
【0035】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.61
条件式(2) 0.01 ≦|d3/f1|≦ 0.045 0.033
【0036】
(第7実施形態)
第3レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 45.02 1.5 10.9 Ge(4.0032) 44.05 f1
r2 d2 66.54 6.39 10.6
(絞り) D2 7.7
r3 d3 −10.9 3.13 8.2 Ge(4.0032) −368.25 f2
r4 D4 −13.38 D4 10.1
r5 d5 25.72 3.43 10.8 Ge(4.0032) 19.61 f3
r6 BF 41.09 (BF) 10.1
【0037】
焦点距離 f=25
全長 47.69mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m3
無限遠 1.35 12.4 15.93 7.52 9.79 -0.7
1m 1.32 12.8 15.93 6.82 10.49
【0038】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.57
条件式(2) 0.01 ≦|d3/f1|≦ 0.045 0.016
【0039】
(第8実施形態)
第3レンズの移動によって合焦を行う形態である。
面番号 曲率半径 肉厚間隔 曲率半径 材料(屈折率) 焦点距離
r1 d1 81.11 2.86 18.8 Ge(4.0032) 73.08 f1
r2 d2 125.25 7.47 18.3
(絞り) D2 15.6
r3 d3 −25.57 9.33 12.3 Ge(4.0032) −1210.9 f2
r4 D4 −32.8 D4 15.4
r5 d5 51.44 6.86 13.4 Ge(4.0032) 32.99 f3
r6 BF 82.18 (BF) 12.1
【0040】
焦点距離 f=50
全長 90.48mm
物像距離 F/No 半画角ω D2 D4 BF m3
無限遠 1.43 6.26 31.87 16.53 15.56 -2.87
1m 1.33 6.7 31.87 13.66 18.43
【0041】
(条件式の値)
条件式(1) 0.5 ≦f/f1≦ 0.7 0.68
条件式(2) 0.01 ≦|d3/f1|≦ 0.045 0.039
【符号の説明】
【0042】
BF バックフォーカス
A 絞り
1 第1レンズ
2 第2レンズ
3 第3レンズ
r1 第1面
r2 第2面
r3 第3面
r4 第4面
r5 第5面
r6 第6面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1正単球面レンズ、第2負単球面レンズ、第3正単球面レンズからなる赤外線カメラ用レンズであって、少なくとも前記第2負単球面レンズまたは第3正単球面レンズを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする赤外線カメラ用レンズ。
【請求項2】
前記第2負単球面レンズのみを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カメラ用レンズ。
【請求項3】
前記第3正単球面レンズのみを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カメラ用レンズ。
【請求項4】
下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カメラ用レンズ。
0.5 ≦ f/f1 ≦ 0.7 ・・・・・・・(1)
f :全体の焦点距離
f1:第1正単球面レンズの焦点距離
【請求項5】
第2負単球面レンズを移動させてフォーカシングを行い、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の赤外線カメラ用レンズ。
0.06 ≦ |m2/f1| ≦ 0.22 ・・・・・・・(2)
【請求項6】
第3負単球面レンズを移動させてフォーカシングを行い、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の赤外線カメラ用レンズ。
0.01 ≦ |d3/f1| ≦ 0.045 ・・・・・・・(3)
m3:物体距離が無限遠から1mまでの第3正単球面レンズの移動量
f1:第1正単球面レンズの焦点距離
【請求項7】
前記全レンズの材料が、ゲルマニュウムであることを特徴とする請求項1に記載の赤外線カメラ用レンズ。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate

【図16】
image rotate

【図17】
image rotate

【図18】
image rotate

【図19】
image rotate

【図20】
image rotate

【図21】
image rotate

【図22】
image rotate

【図23】
image rotate

【図24】
image rotate

【図25】
image rotate

【図26】
image rotate

【図27】
image rotate

【図28】
image rotate

【図29】
image rotate

【図30】
image rotate

【図31】
image rotate

【図32】
image rotate

【図33】
image rotate

【図34】
image rotate

【図35】
image rotate

【図36】
image rotate

【図37】
image rotate

【図38】
image rotate

【図39】
image rotate

【図40】
image rotate


【公開番号】特開2013−114174(P2013−114174A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−262104(P2011−262104)
【出願日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(000133227)株式会社タムロン (355)
【Fターム(参考)】