赤外線ズームレンズ
【課題】良好に諸収差を補正し、レンズ口径の小型化が可能な、赤外線ズームレンズの提供。
【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとを有し、第１レンズ群Ｇ１は正レンズＬ１を含み、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３を含み、第４レンズ群Ｇ４は最も像側のレンズＬ４３が物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１のアッベ数をνL1とし、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３３のアッベ数をνL3としたとき、次式νL1＞２νL3の条件を満足する。
【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとを有し、第１レンズ群Ｇ１は正レンズＬ１を含み、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３を含み、第４レンズ群Ｇ４は最も像側のレンズＬ４３が物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１のアッベ数をνL1とし、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３３のアッベ数をνL3としたとき、次式νL1＞２νL3の条件を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置等に好適な赤外線ズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外光学系は、暗闇などにおいて肉眼では見えない被写体を、赤外線を利用して可視像に変換する赤外線撮像装置等に利用されている。赤外線撮像装置は、赤外光学系と、赤外線検出器（ディテクタ）とから主に構成されている。赤外光学系は、被検物体等から放射される熱、すなわち赤外線を集光し、赤外線検出器の検出面上に結像させている。赤外線検出器（ディテクタ）は、赤外光学系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））を有している。
【０００３】
そして、上記のような赤外線撮像装置では、赤外線検出器にて被検物以外から放射される不要な赤外線（例えば、鏡筒の自己放射）の影響を取り除くため、赤外光学系と赤外線検出器との間に、赤外光学系によって集光された赤外線を通過させる開口部を備えたコールドシールドを配置して、検出面の周囲（側方や斜方）からの不要光を遮断するとともに、このコールドシールドと赤外線検出器を低温（ほぼ液体窒素温度）に冷却して、これら自体から放射する赤外線を極力除去する構成となっている。
【０００４】
また、コールドシールドが備えている開口部は、赤外光学系の射出瞳の位置と大きさ（射出瞳の径）が一致するように設計されており、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。このように、コールドシールドが赤外光学系の射出瞳と開口整合を取ることにより、赤外線検出器において、赤外光学系の被検物体以外の不要な赤外光を効率良く抑えることができ、被検物体の赤外光のみを取り入れることができるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記のような開口整合を取るために、赤外光学系の射出瞳の位置とコールドシールドの開口部とを一致させようとすると、射出瞳が赤外光学系と赤外線検出器との間に置かれることになり、光学系の収差補正が困難になってしまったり、レンズ口径が大きくなってしまったりといった問題があった。このような問題を解決するため、近年、種々の赤外光学系が開示されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【０００６】
具体的には、特許文献１に記載の赤外光学系は、物体側より順に、第１〜第５レンズ群からなる５つのレンズ群と、開口絞りとが主に配置され、第４レンズ群及び第５レンズ群は各々少なくとも１つの非球面形状を備えた構成となっている。また、特許文献２に記載の赤外光学系は、物体側より順に、第１および第２レンズ群からなる２つのレンズ群と、開口絞りとが配置され、中間像が第１と第２レンズ群との間に形成される構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−１４２８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、赤外線を透過させる光学材料としては、従来より、ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（Ｓｉ），硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの結晶材料が使われているが、これらの材料は非常に高価であるため、レンズの構成枚数が多いとコストが高くなってしまうといった問題がある。また、レンズの構成枚数が多いと、光学系における透過率の低下が問題となり、赤外線検出器の低感度化や熱雑音の増加を招いてしてしまう。よって、赤外光学系では、最小限のレンズ枚数で構成することが望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示の赤外光学系では、レンズの構成枚数が多い上に、非球面形状を有するレンズが複数含まれている。上記のように赤外光学系用の光学材料は高価であり、さらに非球面レンズも高価であるため、コスト上不利となってしまう。また、コスト以外の観点からも、レンズの構成枚数が多いと、透過率の減少、フレアの増加、ゴーストの発生、ナルシサスの発生等が考えられ、性能上不利であり、好ましくない。
【０００９】
また、特許文献２に開示の赤外光学系では、フォーカシングはレンズ移動により行われているが、焦点距離は変倍レンズの挿脱による切り換え式となっているため、特定の２つの焦点距離しか用いることができない。また、変倍レンズを退避させるスペースが必要であるため、光学系の小型化に不利であり、好ましくない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、少ないレンズ枚数で構成しつつも、良好に諸収差を補正し、レンズ口径の小型化を図り、開口整合を取ることができ、さらには焦点距離を連続的に変化させることができる、赤外線ズーム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】
このような目的を達成するため、本発明の赤外線ズームレンズは、全体として正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、開口絞りとを有し、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、前記第４レンズ群は最も像側のレンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、前記第１レンズ群の前記正レンズのアッベ数をνL1とし、前記第３レンズ群の前記正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式νL1＞２νL3の条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、少ないレンズ枚数で構成しつつも、良好に諸収差を補正し、レンズ口径の小型化を図り、開口整合を取ることができ、焦点距離を連続的に変化させることができる、赤外線ズームレンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る赤外線ズームレンズは、赤外線撮像装置等に搭載される、物体の像を撮像手段の検出面上に形成する光学系であり、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有し、合焦機能と（後述の第２レンズ群による）変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、開口絞りとを有して構成されている。なお、開口絞りの直前には、撮像素子用窓材として、２枚のゲルマニウム平行平面板が配置されている。
【００１４】
上記構成の赤外線ズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミング時において、第３レンズ群、第４レンズ群及び開口絞りは固定しつつ、第１レンズ群および第２レンズ群は光軸方向に移動可能に構成されており、第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行うとともに、第１レンズ群を光軸方向に移動させることにより結像位置の補正を行うようになっている。なお、各ズームポジションにおいて、ズーミング時の第１レンズ群と第２レンズ群の位置関係は、第１レンズ群で生じた球面収差を、第２レンズ群で補正するように考慮された上で、決定されている。
【００１５】
なお、第４レンズ群は、最も像側のレンズ（具体的には、後述の第１および第２実施例の第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズＬ４３が相当）が、物体側に凸面を向けた比較的曲率半径の小さいメニスカス形状に形成されている。これにより、ペッツバール和の補正を良好に行うことができる。
【００１６】
また、第１レンズ群は正レンズを含み、第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、これらのレンズの間には、第１レンズ群の正レンズのアッベ数をνL1とし、第３レンズ群の正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式（１）を満足する関係がある。但し、アッベ数νは、硝材の設計基準波長の屈折率をｎmとし、硝材の設計最短波長の屈折率をｎhとし、硝材の設計最長波長の屈折率をｎlとしたとき、ν＝（ｎm−１）／（ｎh−ｎl）で定義される。
【００１７】
νL1＞２νL3 …（１）
【００１８】
通常の色収差補正では、正レンズには低分散（アッベ数は小）の硝材、負レンズには高分散（アッベ数は大）の硝材を使用する。しかしながら、本実施形態においては、第３レンズ群の正メニスカスレンズに、上記条件式（１）を満足するような高分散の硝材（後述の第１実施例ではゲルマニウム、第２実施例では硫化亜鉛）を使用している。以下に、第３レンズ群の正メニスカスレンズ、すなわち正レンズに高分散の硝材を使用した理由について説明する。
【００１９】
本実施形態の第３レンズ群では、正メニスカスレンズより物体側に位置する負レンズが球面収差とコマ収差の補正に最適な形状となっているために、軸上色収差は補正過剰の状態となり、倍率色収差は補正不足の状態となる。そこで、第３レンズ群の正メニスカスレンズに高分散の硝材を使用し、さらにその形状をアプラナチックレンズに近づけて構成することで、第３レンズ群において（前記負レンズにより行われている）球面収差の補正に与える影響を抑えながらも、軸上色収差と倍率色収差も同時に補正することを可能にしている。その結果、本実施形態に係る赤外線ズームレンズは、良好な結像性能を持ちつつも、レンズの構成枚数を抑えることができるようになっている。
【００２０】
本実施形態では、開口絞りを本光学系の最も像側に配置することにより、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りの位置とを一致させて、開口整合を取ることを可能にしている。さらに、第３レンズ群により中間像を形成することにより、入射瞳の位置を開口絞りより物体側に配置し、本光学系の物体側のレンズ口径を小さくすることを可能にしている。
【実施例】
【００２１】
以下、各実施例を図面に基づいて説明する。まず、表１に、各実施例において本ズームレンズを構成する硝材として用いた、ゲルマニウム、シリコン及び硫化亜鉛の屈折率を示す。表１では、第１実施例に対応する波長３〜５μｍ及び第２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。
【００２２】
（表１）材料別屈折率
３μm ４μm ５μｍ ８μｍ 10μｍ 12μｍ
シリコン 3.43234 3.42541 3.42227
ゲルマニウム 4.04481 4.02448 4.01535 4.00523 4.00316 4.00231
硫化亜鉛 2.22281 2.20016 2.17007
【００２３】
（第１実施例）
第１実施例について、図１〜図８及び表２を用いて説明する。なお、図１には第１実施例に係るレンズ構成図を、図２には本実施例における望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す。また、表２には第１実施例におけるレンズ諸元を示す。
【００２４】
本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）に対応したものであり、図１に示すように、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折率を有する第３レンズ群Ｇ３と、全体として正の屈折率を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとから構成されている。開口絞りＡＳの直前には、撮像素子用窓材として２枚のゲルマニウム平行平面板Ｐ１，Ｐ２が配置されている。図中のＩは像面を示しており、不図示の複数の受光素子（ＣＣＤ（電荷結合素子）等）を備えて構成されている。なお、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りＡＳの位置とは一致しており、いわゆる開口整合が取れた状態となっている。
【００２５】
第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は両凹レンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３とからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に並んだ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４３とからなる。
【００２６】
なお、本実施例では色収差を良好に補正するため、上記ズームレンズを構成する硝材として赤外線を通す分散の異なる２種類の材料を用いて設計している。具体的には、第１レンズ群Ｇ１の正メニスカスレンズＬ１はシリコン、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２はシリコン、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１はシリコン、負メニスカスレンズＬ３２はゲルマニウム、正メニスカスレンズＬ３３はゲルマニウム、第４レンズ群Ｇ４の正メニスカスレンズＬ４１はシリコン、正メニスカスレンズＬ４２はシリコン、負メニスカスレンズＬ４３はゲルマニウムを用いて設計している（表２参照）。
【００２７】
そして、赤外線ズームレンズは、図２に示すように、望遠端状態（Ｔ）から広角端状態（Ｗ）へのズーミング（変倍）の際には、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４及び開口絞りＡＳは固定しつつ、第１レンズ群Ｇ１を（物体側に凸の軌跡にて）光軸に沿って移動させ、第２レンズ群Ｇ２を（直線の軌跡にて）光軸に沿って移動させる。
【００２８】
このような構成の赤外線ズームレンズでは、被検物体（不図示）から放射される熱すなわち赤外線は、第１レンズ群Ｇ１を通って合焦され、第２レンズ群Ｇ２を通って変倍され、第３レンズ群Ｇ３を通って中間像が形成され、この中間像が第４レンズ群によりリレー結像された後に、開口絞りＡＳを介して像面Ｉ（検出器面）上に集光され、この検出器面Ｉ上に設けられた受光素子（不図示）より受光されるようになっている。
【００２９】
表２に、第１実施例における赤外線ズームレンズの各レンズの諸元値を示す。表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（又は像面Ｉ）までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）、第４欄は硝材名、第５欄は所属するレンズ群を表す。なお、表２の面番号１〜２０は、図１の面番号１〜２０に対応している。
【００３０】
また、表中において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔をｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ２とし、これらの軸上空気間隔はズーミング（変倍）に際して変化する。また、表２では、ｆは焦点距離、ωは画角（deg．）を示すとともに、上記条件式（１）に対応する値、すなわち条件式対応値も示している。
【００３１】
表２において、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ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２において、曲率半径の「0.00000」は平面または開口を示している。以上、諸元値に関する表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３２】
（表２）
波長３〜５μｍ（基準波長４μｍ）
［レンズ諸元］
ｍ ｒ ｄ 硝材名 （レンズ名）レンズ群
１ 188.22268 6.00000 シリコン （Ｌ１ ）Ｇ１
２ 248.24435 (d1)
３ -348.36381 3.50000 シリコン （Ｌ２ ）Ｇ２
４ 488.37708 (d2)
５ 153.20090 6.00000 シリコン （Ｌ３１）Ｇ３
６ -140.87647 1.94960
７ -103.28020 3.00000 ゲルマニウム （Ｌ３２）
８ -486.90118 43.61728
９ 38.14881 4.00000 ゲルマニウム （Ｌ３３）
１０ 41.71549 71.30273
１１ -1273.41645 2.50000 シリコン （Ｌ４１）Ｇ４
１２ -73.37961 0.10000
１３ 18.71103 3.00000 シリコン （Ｌ４２）
１４ 34.89691 1.43373
１５ 38.62777 7.30000 ゲルマニウム （Ｌ４３）
１６ 14.70468 1.88754
１７ 0.00000 2.00000 ゲルマニウム Ｐ１
１８ 0.00000 1.00000
１９ 0.00000 1.00000 ゲルマニウム Ｐ２
２０ 開口絞りAS 30.00000
［ズーミング（変倍）時における可変間隔］
ｆ ω d1 d2
望遠端無限遠 250 4.58 146.33960 5.00000
望遠端近距離１０ｍ 212 4.41 155.40909 5.00000
中間無限遠 140 8.17 97.05323 54.08661
中間近距離１０ｍ 137 7.79 106.32248 54.08661
広角端無限遠 80 14.25 10.00000 80.62113
広角端近距離１０ｍ 81 13.75 19.48489 80.62113
［条件式］
νL1＝２４１
νL3＝１０３
（１）νL1（＝241）＞２νL3（＝2×103＝206）
【００３３】
表２に示す諸元の表から分かるように、第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、上記条件式（１）を全て満たすことが分かる。
【００３４】
図３〜図８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無限遠物点での合焦状態の横収差図、図４は望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図、図５は中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図６は中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図、図７は広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図８は広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高（半画角ω）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。
【００３５】
図３〜図８に示す各収差図から明らかであるように、第１実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、中間焦点距離状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、及び、広角端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態において、いずれの場合にも良好に収差補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３６】
（第２実施例）
第２実施例について、図９〜図１６及び表３を用いて説明する。なお、図９には第２実施例に係るレンズ構成図を、図１０には本実施例における望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す。
【００３７】
本実施例に係る赤外線ズームレンズは、８〜１２μｍの波長域（基準波長１０μｍ）に対応したものであり、図９に示すように、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折率を有する第３レンズ群Ｇ３と、全体として正の屈折率を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとから構成されている。開口絞りＡＳの直前には、撮像素子用窓材として２枚のゲルマニウム平行平面板Ｐ１，Ｐ２が配置されている。図中のＩは像面を示しており、不図示の複数の受光素子（ＣＣＤ（電荷結合素子）等）を備えて構成されている。なお、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りＡＳの位置とは一致しており、いわゆる開口整合が取れた状態となっている。
【００３８】
第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は両凹レンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３とからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に並んだ、物体側に凹面を向けた両凸レンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４３とからなる。
【００３９】
なお、本実施例では色収差を良好に補正するため、上記ズームレンズを構成する硝材として赤外線を通す分散の異なる２種類の材料を用いて設計している。具体的には、第１レンズ群Ｇ１の正メニスカスレンズＬ１はゲルマニウム、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２はゲルマニウム、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１はゲルマニウム、負メニスカスレンズＬ３２は硫化亜鉛、正メニスカスレンズＬ３３は硫化亜鉛、第４レンズ群Ｇ４の両凸レンズＬ４１はゲルマニウム、負メニスカスレンズＬ４２はゲルマニウム、正メニスカスレンズＬ４３はゲルマニウムを用いて設計している（表３参照）。
【００４０】
そして、赤外線ズームレンズは、図１０に示すように、望遠端状態（Ｔ）から広角端状態（Ｗ）へのズーミング（変倍）の際には、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４及び開口絞りＡＳは固定しつつ、第１レンズ群Ｇ１を（物体側に凸の軌跡にて）光軸に沿って移動させ、第２レンズ群Ｇ２を（直線の軌跡にて）光軸に沿って移動させる。
【００４１】
このような構成の赤外線ズームレンズでは、被検物体（不図示）から放射される熱、すなわち赤外線は、第１レンズ群Ｇ１を通って合焦され、第２レンズ群Ｇ２を通って変倍され、第３レンズ群Ｇ３を通って中間像が形成され、この中間像が第４レンズ群によりリレー結像された後に、開口絞りＡＳを介して像面Ｉ（検出器面）上に集光され、この検出器面Ｉ上に設けられた受光素子（不図示）より受光されるようになっている。
【００４２】
表３に、第２実施例における赤外線ズームレンズの各レンズの諸元値を示す。表３の面番号１〜２０は、図９の面番号１〜２０に対応している。また、表中において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔をｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ２とし、これらの軸上空気間隔はズーミングに際して変化する。
【００４３】
（表３）
波長８〜１２μｍ（基準波長１０μｍ）
［レンズ諸元］
ｍ ｒ ｄ 硝材名 （レンズ名）レンズ群
１ 281.04271 12.00000 ゲルマニウム （Ｌ１ ）Ｇ１
２ 368.40753 (d1)
３ -964.23530 5.00000 ゲルマニウム （Ｌ２ ）Ｇ２
４ 323.04414 (d4)
５ 883.81258 7.00000 ゲルマニウム （Ｌ３１）Ｇ３
６ -241.32699 2.96529
７ -116.48199 4.00000 硫化亜鉛 （Ｌ３２）Ｇ３
８ -369.38897 12.30479
９ 68.65620 7.00000 硫化亜鉛 （Ｌ３３）Ｇ３
１０ 107.13713 150.29094
１１ 2553.75491 7.00000 ゲルマニウム （Ｌ４１）Ｇ４
１２ -124.61165 5.35609
１３ -82.57337 4.50000 ゲルマニウム （Ｌ４２）Ｇ４
１４ -129.72691 0.10000
１５ 42.57893 20.00000 ゲルマニウム （Ｌ４３）Ｇ４
１６ 33.26128 15.72304
１７ 0.00000 2.00000 ゲルマニウム Ｐ１
１８ 0.00000 1.00000
１９ 0.00000 1.00000 ゲルマニウム Ｐ２
２０ (開口絞りAS) 30.00000
［ズーミング（変倍）時における可変間隔］
ｆ ω d1 d2
望遠端無限遠 250 4.58 227.74035 5.00000
望遠端近距離１０ｍ 216 4.29 240.59736 5.00000
中間無限遠 140 8.17 198.58650 81.20892
中間近距離１０ｍ 137 7.31 211.55090 81.20892
広角端無限遠 80 14.25 147.06467 121.92404
広角端近距離１０ｍ 85 13.08 160.43801 121.92404
［条件式］
νL1＝１０２８
νL3＝２３
（１）νL1（＝1028）＞２νL3（＝2×23＝46）
【００４４】
表３に示す諸元の表から分かるように、第２実施例に係る赤外線ズームレンズでは、上記条件式（１）を全て満たすことが分かる。
【００４５】
図１１〜図１６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１１は望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１２は望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図、図１３は中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１４は中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図、図１５は広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１６は広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高（半画角ω）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。
【００４６】
図１１〜図１６に示す各収差図から明らかであるように、本実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、中間焦点距離状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、及び、広角端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態において、いずれの場合にも良好に収差補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４７】
なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施例に係る赤外線ズームレンズのレンズ構成図である。
【図２】第１実施例に係る赤外線ズームレンズにおける、望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す図である。
【図３】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４】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図５】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【図６】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図７】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図である。
【図８】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図９】第２実施例に係る赤外線ズームレンズのレンズ構成図である。
【図１０】第２実施例に係る赤外線ズームレンズにおける、望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す図である。
【図１１】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１２】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【図１３】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１４】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図である。
【図１５】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１６】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【符号の説明】
【００４９】
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 像面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置等に好適な赤外線ズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外光学系は、暗闇などにおいて肉眼では見えない被写体を、赤外線を利用して可視像に変換する赤外線撮像装置等に利用されている。赤外線撮像装置は、赤外光学系と、赤外線検出器（ディテクタ）とから主に構成されている。赤外光学系は、被検物体等から放射される熱、すなわち赤外線を集光し、赤外線検出器の検出面上に結像させている。赤外線検出器（ディテクタ）は、赤外光学系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））を有している。
【０００３】
そして、上記のような赤外線撮像装置では、赤外線検出器にて被検物以外から放射される不要な赤外線（例えば、鏡筒の自己放射）の影響を取り除くため、赤外光学系と赤外線検出器との間に、赤外光学系によって集光された赤外線を通過させる開口部を備えたコールドシールドを配置して、検出面の周囲（側方や斜方）からの不要光を遮断するとともに、このコールドシールドと赤外線検出器を低温（ほぼ液体窒素温度）に冷却して、これら自体から放射する赤外線を極力除去する構成となっている。
【０００４】
また、コールドシールドが備えている開口部は、赤外光学系の射出瞳の位置と大きさ（射出瞳の径）が一致するように設計されており、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。このように、コールドシールドが赤外光学系の射出瞳と開口整合を取ることにより、赤外線検出器において、赤外光学系の被検物体以外の不要な赤外光を効率良く抑えることができ、被検物体の赤外光のみを取り入れることができるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記のような開口整合を取るために、赤外光学系の射出瞳の位置とコールドシールドの開口部とを一致させようとすると、射出瞳が赤外光学系と赤外線検出器との間に置かれることになり、光学系の収差補正が困難になってしまったり、レンズ口径が大きくなってしまったりといった問題があった。このような問題を解決するため、近年、種々の赤外光学系が開示されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【０００６】
具体的には、特許文献１に記載の赤外光学系は、物体側より順に、第１〜第５レンズ群からなる５つのレンズ群と、開口絞りとが主に配置され、第４レンズ群及び第５レンズ群は各々少なくとも１つの非球面形状を備えた構成となっている。また、特許文献２に記載の赤外光学系は、物体側より順に、第１および第２レンズ群からなる２つのレンズ群と、開口絞りとが配置され、中間像が第１と第２レンズ群との間に形成される構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−１４２８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、赤外線を透過させる光学材料としては、従来より、ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（Ｓｉ），硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの結晶材料が使われているが、これらの材料は非常に高価であるため、レンズの構成枚数が多いとコストが高くなってしまうといった問題がある。また、レンズの構成枚数が多いと、光学系における透過率の低下が問題となり、赤外線検出器の低感度化や熱雑音の増加を招いてしてしまう。よって、赤外光学系では、最小限のレンズ枚数で構成することが望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示の赤外光学系では、レンズの構成枚数が多い上に、非球面形状を有するレンズが複数含まれている。上記のように赤外光学系用の光学材料は高価であり、さらに非球面レンズも高価であるため、コスト上不利となってしまう。また、コスト以外の観点からも、レンズの構成枚数が多いと、透過率の減少、フレアの増加、ゴーストの発生、ナルシサスの発生等が考えられ、性能上不利であり、好ましくない。
【０００９】
また、特許文献２に開示の赤外光学系では、フォーカシングはレンズ移動により行われているが、焦点距離は変倍レンズの挿脱による切り換え式となっているため、特定の２つの焦点距離しか用いることができない。また、変倍レンズを退避させるスペースが必要であるため、光学系の小型化に不利であり、好ましくない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、少ないレンズ枚数で構成しつつも、良好に諸収差を補正し、レンズ口径の小型化を図り、開口整合を取ることができ、さらには焦点距離を連続的に変化させることができる、赤外線ズーム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】
このような目的を達成するため、本発明の赤外線ズームレンズは、全体として正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、開口絞りとを有し、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、前記第４レンズ群は最も像側のレンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、前記第１レンズ群の前記正レンズのアッベ数をνL1とし、前記第３レンズ群の前記正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式νL1＞２νL3の条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、少ないレンズ枚数で構成しつつも、良好に諸収差を補正し、レンズ口径の小型化を図り、開口整合を取ることができ、焦点距離を連続的に変化させることができる、赤外線ズームレンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る赤外線ズームレンズは、赤外線撮像装置等に搭載される、物体の像を撮像手段の検出面上に形成する光学系であり、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有し、合焦機能と（後述の第２レンズ群による）変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、開口絞りとを有して構成されている。なお、開口絞りの直前には、撮像素子用窓材として、２枚のゲルマニウム平行平面板が配置されている。
【００１４】
上記構成の赤外線ズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミング時において、第３レンズ群、第４レンズ群及び開口絞りは固定しつつ、第１レンズ群および第２レンズ群は光軸方向に移動可能に構成されており、第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行うとともに、第１レンズ群を光軸方向に移動させることにより結像位置の補正を行うようになっている。なお、各ズームポジションにおいて、ズーミング時の第１レンズ群と第２レンズ群の位置関係は、第１レンズ群で生じた球面収差を、第２レンズ群で補正するように考慮された上で、決定されている。
【００１５】
なお、第４レンズ群は、最も像側のレンズ（具体的には、後述の第１および第２実施例の第４レンズ群Ｇ４の負メニスカスレンズＬ４３が相当）が、物体側に凸面を向けた比較的曲率半径の小さいメニスカス形状に形成されている。これにより、ペッツバール和の補正を良好に行うことができる。
【００１６】
また、第１レンズ群は正レンズを含み、第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、これらのレンズの間には、第１レンズ群の正レンズのアッベ数をνL1とし、第３レンズ群の正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式（１）を満足する関係がある。但し、アッベ数νは、硝材の設計基準波長の屈折率をｎmとし、硝材の設計最短波長の屈折率をｎhとし、硝材の設計最長波長の屈折率をｎlとしたとき、ν＝（ｎm−１）／（ｎh−ｎl）で定義される。
【００１７】
νL1＞２νL3 …（１）
【００１８】
通常の色収差補正では、正レンズには低分散（アッベ数は小）の硝材、負レンズには高分散（アッベ数は大）の硝材を使用する。しかしながら、本実施形態においては、第３レンズ群の正メニスカスレンズに、上記条件式（１）を満足するような高分散の硝材（後述の第１実施例ではゲルマニウム、第２実施例では硫化亜鉛）を使用している。以下に、第３レンズ群の正メニスカスレンズ、すなわち正レンズに高分散の硝材を使用した理由について説明する。
【００１９】
本実施形態の第３レンズ群では、正メニスカスレンズより物体側に位置する負レンズが球面収差とコマ収差の補正に最適な形状となっているために、軸上色収差は補正過剰の状態となり、倍率色収差は補正不足の状態となる。そこで、第３レンズ群の正メニスカスレンズに高分散の硝材を使用し、さらにその形状をアプラナチックレンズに近づけて構成することで、第３レンズ群において（前記負レンズにより行われている）球面収差の補正に与える影響を抑えながらも、軸上色収差と倍率色収差も同時に補正することを可能にしている。その結果、本実施形態に係る赤外線ズームレンズは、良好な結像性能を持ちつつも、レンズの構成枚数を抑えることができるようになっている。
【００２０】
本実施形態では、開口絞りを本光学系の最も像側に配置することにより、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りの位置とを一致させて、開口整合を取ることを可能にしている。さらに、第３レンズ群により中間像を形成することにより、入射瞳の位置を開口絞りより物体側に配置し、本光学系の物体側のレンズ口径を小さくすることを可能にしている。
【実施例】
【００２１】
以下、各実施例を図面に基づいて説明する。まず、表１に、各実施例において本ズームレンズを構成する硝材として用いた、ゲルマニウム、シリコン及び硫化亜鉛の屈折率を示す。表１では、第１実施例に対応する波長３〜５μｍ及び第２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。
【００２２】
（表１）材料別屈折率
３μm ４μm ５μｍ ８μｍ 10μｍ 12μｍ
シリコン 3.43234 3.42541 3.42227
ゲルマニウム 4.04481 4.02448 4.01535 4.00523 4.00316 4.00231
硫化亜鉛 2.22281 2.20016 2.17007
【００２３】
（第１実施例）
第１実施例について、図１〜図８及び表２を用いて説明する。なお、図１には第１実施例に係るレンズ構成図を、図２には本実施例における望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す。また、表２には第１実施例におけるレンズ諸元を示す。
【００２４】
本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）に対応したものであり、図１に示すように、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折率を有する第３レンズ群Ｇ３と、全体として正の屈折率を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとから構成されている。開口絞りＡＳの直前には、撮像素子用窓材として２枚のゲルマニウム平行平面板Ｐ１，Ｐ２が配置されている。図中のＩは像面を示しており、不図示の複数の受光素子（ＣＣＤ（電荷結合素子）等）を備えて構成されている。なお、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りＡＳの位置とは一致しており、いわゆる開口整合が取れた状態となっている。
【００２５】
第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は両凹レンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３とからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に並んだ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４３とからなる。
【００２６】
なお、本実施例では色収差を良好に補正するため、上記ズームレンズを構成する硝材として赤外線を通す分散の異なる２種類の材料を用いて設計している。具体的には、第１レンズ群Ｇ１の正メニスカスレンズＬ１はシリコン、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２はシリコン、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１はシリコン、負メニスカスレンズＬ３２はゲルマニウム、正メニスカスレンズＬ３３はゲルマニウム、第４レンズ群Ｇ４の正メニスカスレンズＬ４１はシリコン、正メニスカスレンズＬ４２はシリコン、負メニスカスレンズＬ４３はゲルマニウムを用いて設計している（表２参照）。
【００２７】
そして、赤外線ズームレンズは、図２に示すように、望遠端状態（Ｔ）から広角端状態（Ｗ）へのズーミング（変倍）の際には、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４及び開口絞りＡＳは固定しつつ、第１レンズ群Ｇ１を（物体側に凸の軌跡にて）光軸に沿って移動させ、第２レンズ群Ｇ２を（直線の軌跡にて）光軸に沿って移動させる。
【００２８】
このような構成の赤外線ズームレンズでは、被検物体（不図示）から放射される熱すなわち赤外線は、第１レンズ群Ｇ１を通って合焦され、第２レンズ群Ｇ２を通って変倍され、第３レンズ群Ｇ３を通って中間像が形成され、この中間像が第４レンズ群によりリレー結像された後に、開口絞りＡＳを介して像面Ｉ（検出器面）上に集光され、この検出器面Ｉ上に設けられた受光素子（不図示）より受光されるようになっている。
【００２９】
表２に、第１実施例における赤外線ズームレンズの各レンズの諸元値を示す。表２において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（又は像面Ｉ）までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）、第４欄は硝材名、第５欄は所属するレンズ群を表す。なお、表２の面番号１〜２０は、図１の面番号１〜２０に対応している。
【００３０】
また、表中において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔をｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ２とし、これらの軸上空気間隔はズーミング（変倍）に際して変化する。また、表２では、ｆは焦点距離、ωは画角（deg．）を示すとともに、上記条件式（１）に対応する値、すなわち条件式対応値も示している。
【００３１】
表２において、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ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２において、曲率半径の「0.00000」は平面または開口を示している。以上、諸元値に関する表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３２】
（表２）
波長３〜５μｍ（基準波長４μｍ）
［レンズ諸元］
ｍ ｒ ｄ 硝材名 （レンズ名）レンズ群
１ 188.22268 6.00000 シリコン （Ｌ１ ）Ｇ１
２ 248.24435 (d1)
３ -348.36381 3.50000 シリコン （Ｌ２ ）Ｇ２
４ 488.37708 (d2)
５ 153.20090 6.00000 シリコン （Ｌ３１）Ｇ３
６ -140.87647 1.94960
７ -103.28020 3.00000 ゲルマニウム （Ｌ３２）
８ -486.90118 43.61728
９ 38.14881 4.00000 ゲルマニウム （Ｌ３３）
１０ 41.71549 71.30273
１１ -1273.41645 2.50000 シリコン （Ｌ４１）Ｇ４
１２ -73.37961 0.10000
１３ 18.71103 3.00000 シリコン （Ｌ４２）
１４ 34.89691 1.43373
１５ 38.62777 7.30000 ゲルマニウム （Ｌ４３）
１６ 14.70468 1.88754
１７ 0.00000 2.00000 ゲルマニウム Ｐ１
１８ 0.00000 1.00000
１９ 0.00000 1.00000 ゲルマニウム Ｐ２
２０ 開口絞りAS 30.00000
［ズーミング（変倍）時における可変間隔］
ｆ ω d1 d2
望遠端無限遠 250 4.58 146.33960 5.00000
望遠端近距離１０ｍ 212 4.41 155.40909 5.00000
中間無限遠 140 8.17 97.05323 54.08661
中間近距離１０ｍ 137 7.79 106.32248 54.08661
広角端無限遠 80 14.25 10.00000 80.62113
広角端近距離１０ｍ 81 13.75 19.48489 80.62113
［条件式］
νL1＝２４１
νL3＝１０３
（１）νL1（＝241）＞２νL3（＝2×103＝206）
【００３３】
表２に示す諸元の表から分かるように、第１実施例に係る赤外線ズームレンズでは、上記条件式（１）を全て満たすことが分かる。
【００３４】
図３〜図８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無限遠物点での合焦状態の横収差図、図４は望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図、図５は中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図６は中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図、図７は広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図８は広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高（半画角ω）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。
【００３５】
図３〜図８に示す各収差図から明らかであるように、第１実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、中間焦点距離状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、及び、広角端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態において、いずれの場合にも良好に収差補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３６】
（第２実施例）
第２実施例について、図９〜図１６及び表３を用いて説明する。なお、図９には第２実施例に係るレンズ構成図を、図１０には本実施例における望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す。
【００３７】
本実施例に係る赤外線ズームレンズは、８〜１２μｍの波長域（基準波長１０μｍ）に対応したものであり、図９に示すように、物体側より順に並んだ、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折率を有する第３レンズ群Ｇ３と、全体として正の屈折率を有する第４レンズ群Ｇ４と、開口絞りＡＳとから構成されている。開口絞りＡＳの直前には、撮像素子用窓材として２枚のゲルマニウム平行平面板Ｐ１，Ｐ２が配置されている。図中のＩは像面を示しており、不図示の複数の受光素子（ＣＣＤ（電荷結合素子）等）を備えて構成されている。なお、本光学系の射出瞳の位置と開口絞りＡＳの位置とは一致しており、いわゆる開口整合が取れた状態となっている。
【００３８】
第１レンズ群Ｇ１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は両凹レンズＬ２からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に並んだ、両凸レンズＬ３１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３とからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に並んだ、物体側に凹面を向けた両凸レンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４３とからなる。
【００３９】
なお、本実施例では色収差を良好に補正するため、上記ズームレンズを構成する硝材として赤外線を通す分散の異なる２種類の材料を用いて設計している。具体的には、第１レンズ群Ｇ１の正メニスカスレンズＬ１はゲルマニウム、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２はゲルマニウム、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１はゲルマニウム、負メニスカスレンズＬ３２は硫化亜鉛、正メニスカスレンズＬ３３は硫化亜鉛、第４レンズ群Ｇ４の両凸レンズＬ４１はゲルマニウム、負メニスカスレンズＬ４２はゲルマニウム、正メニスカスレンズＬ４３はゲルマニウムを用いて設計している（表３参照）。
【００４０】
そして、赤外線ズームレンズは、図１０に示すように、望遠端状態（Ｔ）から広角端状態（Ｗ）へのズーミング（変倍）の際には、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４及び開口絞りＡＳは固定しつつ、第１レンズ群Ｇ１を（物体側に凸の軌跡にて）光軸に沿って移動させ、第２レンズ群Ｇ２を（直線の軌跡にて）光軸に沿って移動させる。
【００４１】
このような構成の赤外線ズームレンズでは、被検物体（不図示）から放射される熱、すなわち赤外線は、第１レンズ群Ｇ１を通って合焦され、第２レンズ群Ｇ２を通って変倍され、第３レンズ群Ｇ３を通って中間像が形成され、この中間像が第４レンズ群によりリレー結像された後に、開口絞りＡＳを介して像面Ｉ（検出器面）上に集光され、この検出器面Ｉ上に設けられた受光素子（不図示）より受光されるようになっている。
【００４２】
表３に、第２実施例における赤外線ズームレンズの各レンズの諸元値を示す。表３の面番号１〜２０は、図９の面番号１〜２０に対応している。また、表中において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上空気間隔をｄ１とし、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上空気間隔をｄ２とし、これらの軸上空気間隔はズーミングに際して変化する。
【００４３】
（表３）
波長８〜１２μｍ（基準波長１０μｍ）
［レンズ諸元］
ｍ ｒ ｄ 硝材名 （レンズ名）レンズ群
１ 281.04271 12.00000 ゲルマニウム （Ｌ１ ）Ｇ１
２ 368.40753 (d1)
３ -964.23530 5.00000 ゲルマニウム （Ｌ２ ）Ｇ２
４ 323.04414 (d4)
５ 883.81258 7.00000 ゲルマニウム （Ｌ３１）Ｇ３
６ -241.32699 2.96529
７ -116.48199 4.00000 硫化亜鉛 （Ｌ３２）Ｇ３
８ -369.38897 12.30479
９ 68.65620 7.00000 硫化亜鉛 （Ｌ３３）Ｇ３
１０ 107.13713 150.29094
１１ 2553.75491 7.00000 ゲルマニウム （Ｌ４１）Ｇ４
１２ -124.61165 5.35609
１３ -82.57337 4.50000 ゲルマニウム （Ｌ４２）Ｇ４
１４ -129.72691 0.10000
１５ 42.57893 20.00000 ゲルマニウム （Ｌ４３）Ｇ４
１６ 33.26128 15.72304
１７ 0.00000 2.00000 ゲルマニウム Ｐ１
１８ 0.00000 1.00000
１９ 0.00000 1.00000 ゲルマニウム Ｐ２
２０ (開口絞りAS) 30.00000
［ズーミング（変倍）時における可変間隔］
ｆ ω d1 d2
望遠端無限遠 250 4.58 227.74035 5.00000
望遠端近距離１０ｍ 216 4.29 240.59736 5.00000
中間無限遠 140 8.17 198.58650 81.20892
中間近距離１０ｍ 137 7.31 211.55090 81.20892
広角端無限遠 80 14.25 147.06467 121.92404
広角端近距離１０ｍ 85 13.08 160.43801 121.92404
［条件式］
νL1＝１０２８
νL3＝２３
（１）νL1（＝1028）＞２νL3（＝2×23＝46）
【００４４】
表３に示す諸元の表から分かるように、第２実施例に係る赤外線ズームレンズでは、上記条件式（１）を全て満たすことが分かる。
【００４５】
図１１〜図１６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１１は望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１２は望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図、図１３は中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１４は中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図、図１５は広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図、図１６は広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図をそれぞれ示す。なお、各収差図において、各像高（半画角ω）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。
【００４６】
図１１〜図１６に示す各収差図から明らかであるように、本実施例の赤外線ズームレンズでは、望遠端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、中間焦点距離状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態、及び、広角端状態における無限遠物点から近距離物点１０ｍまでの各焦点距離状態において、いずれの場合にも良好に収差補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４７】
なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施例に係る赤外線ズームレンズのレンズ構成図である。
【図２】第１実施例に係る赤外線ズームレンズにおける、望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す図である。
【図３】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４】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図５】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【図６】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図７】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図である。
【図８】第１実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図９】第２実施例に係る赤外線ズームレンズのレンズ構成図である。
【図１０】第２実施例に係る赤外線ズームレンズにおける、望遠端状態（Ｔ）から中間焦点距離状態（Ｍ）を経て広角端状態（Ｗ）までの焦点距離状態の変化、すなわちズーミングの際の各レンズ群の移動の様子を示す図である。
【図１１】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１２】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの望遠端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【図１３】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１４】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの中間焦点距離状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態での横収差図である。
【図１５】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における無限遠物点での合焦状態の横収差図である。
【図１６】第２実施例に係る赤外線ズームレンズの広角端状態における近距離物点１０ｍでの合焦状態の横収差図である。
【符号の説明】
【００４９】
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 像面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に並んだ、
全体として正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、
全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、
全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、
全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、
開口絞りとを有し、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、前記第４レンズ群は最も像側のレンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、
前記第１レンズ群の前記正レンズのアッベ数をνL1とし、前記第３レンズ群の前記正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式
νL1＞２νL3
の条件を満足することを特徴とする赤外線ズームレンズ。
【請求項２】
開口整合を取ることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項３】
前記第１〜第４レンズ群はそれぞれ赤外線を通す硝材で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項４】
前記硝材はシリコン、ゲルマニウムおよび硫化亜鉛の少なくとも１つの材料から構成されることを特徴とする請求項３に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項５】
広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群は光軸方向に移動させ、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記開口絞りは固定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項１】
物体側より順に並んだ、
全体として正の屈折力を有し、合焦機能と変倍に伴う補償機能を持つ第１レンズ群と、
全体として負の屈折力を有し、変倍機能を持つ第２レンズ群と、
全体として正の屈折率を有し、中間像を形成する機能を持つ第３レンズ群と、
全体として正の屈折率を有し、前記中間像をリレー結像する機能を持つ第４レンズ群と、
開口絞りとを有し、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを含み、前記第４レンズ群は最も像側のレンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状に形成されており、
前記第１レンズ群の前記正レンズのアッベ数をνL1とし、前記第３レンズ群の前記正メニスカスレンズのアッベ数をνL3としたとき、次式
νL1＞２νL3
の条件を満足することを特徴とする赤外線ズームレンズ。
【請求項２】
開口整合を取ることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項３】
前記第１〜第４レンズ群はそれぞれ赤外線を通す硝材で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項４】
前記硝材はシリコン、ゲルマニウムおよび硫化亜鉛の少なくとも１つの材料から構成されることを特徴とする請求項３に記載の赤外線ズームレンズ。
【請求項５】
広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群は光軸方向に移動させ、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記開口絞りは固定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線ズームレンズ。
【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】
【公開番号】特開２００９−１９２８８６（Ｐ２００９−１９２８８６Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４２２１（Ｐ２００８−３４２２１）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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