红外线光学系统与红外线摄像装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了在远红外线区域具有期望的光学特性同时保持成本可控的红外线光学系统和红外线摄像装置。该红外线光学系统被配置为包括：由树脂制成的聚光透镜(11)，其具有由曲面形成的聚光面，聚集从物体侧进入的红外光，并且应用了台阶形状，在该台阶形状中从外围至中心部分移动，深度逐渐增加；以及光路长度校正元件(15)，其校正由于在聚光透镜(11)中应用了台阶形状所引起的光路误差。因为应用了台阶形状，故透镜的厚度小于平或凸的形状，例如，以及提高了红外线透射率。利用光路长度校正元件(15)还可以校正因为应用了台阶形状产生的光路误差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外线光学系统与红外线摄像装置
本专利技术涉及在用于获取诸如热成像和夜视等的红外线拍摄图像的系统中使用的 红外线光学系统，并且涉及使用该红外线光学系统的红外线摄像装置。 专利文献1 :日本专利申请公开第8-327317号 专利文献2 :日本专利申请公开第10-301024号 专利文献3 :日本专利申请公开第7-218648号
技术介绍
远红外线是一种具有Sum至12um的波长的光、作为热量从人类或者动物发出的 光，即，红外线，并且由此用于在黑暗的地方进行摄像并且观察温度分布。例如，它被用于诸 如汽车中的夜间观察器（夜视）、夜间监视、空调和电视等的电源控制领域。 在诸如热成像和夜视系统的其中被摄像的物体（被拍摄体（subject))的形状是 成像的应用中需要相对较高的分辨率。 未来，为了拓宽远红外线设备的应用，在保持高分辨率的同时应以较低的成本制 造光学系统。 此外，为了提高感光度，应该提高光学系统的红外线透射率。 图10示出了相关领域中的被包括在红外线摄像装置中的红外线光学系统的配 置。 假设待拍摄的物体被设置在图10中的左侧。 如图所示，相关领域中的红外线光学系统包括孔径光阑104、第一透镜101、第二 透镜102以及来自物体侧的传感器窗口 103。设置在图10中最右侧的Simg表示用于检 测红外线图像的图像传感器（成像器）的摄像面。 第一透镜101起到用于聚集来自物体的红外线的聚光透镜的作用。 具体地，在这种情况下的第一透镜101是在物体侧具有非球面的凸面并且在像面 侧具有平面的所谓的平凸透镜（plano-convex lens)，并且聚集从成像器上的被拍摄体的 各位置发出的红外线。 第二透镜102起到用于校正诸如球面像差、慧形像差以及散光像差等各种像差的 像差校正透镜的作用。在这种情况下，如图所示，第二透镜102在物体侧具有像差形状并且 在像面侧具有平面。 传感器窗口 103被设置为保护成像器的摄像面Simg。 这里，对于用于聚集远红外线的光学系统，因为透射率较低，所以不能使用用于通 常的可见光的玻璃透镜。合适的材料很好地透射红外线并且包括锗、硅、硫化锌、硫化硒、通 过混合硫族元素和锗所提供的硫族玻璃。 锗具有高折射率，即约为4,有助于像差校正并且较少地吸收红外光，其通常被广 泛使用。然而，由于锗是稀有矿物，所以材料本身比较昂贵。当透镜数目增加时，摄像光学 系统出人意料地变得非常昂贵。 尽管非球面形状可利用最小数目的透镜来设置像差校正，然而，切割加工和打磨 加工还是比较昂贵。目前，不能配置便宜的红外线光学系统。 与锗相比，除了锗之外的上述材料是便宜的材料。然而，加工和处理仍是昂贵的。 仍不能实现便宜的光学系统。 期望可以通过以低成本进行成形来便宜地制造树脂透镜。 然而，多数树脂透镜并不透射远红外线范围内的电磁射线。聚乙烯树脂被用于较 小的范围。 注意，聚乙烯不吸收并不是事实。当尝试设置了常规透镜形状时，其几乎无法透过 红外线。 目前，树脂透镜并不用于诸如上述热成像和夜视系统的需要高分辨率的成像，而 是用于简单地确定是否存在诸如运动传感器的热源。 例如，专利文献1公开了这样一种配置，S卩，圆顶形形状的区域分割透镜（区域分 割棱镜）被用于对特殊区域进行分割以确定在各区域中是否存在发出红外线的人或物。 另外，专利文献2和专利文献3公开了一种使用菲涅尔透镜（Fresnel lens)的光 学透镜。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题 使用树脂材料，上述区域分割棱镜和菲涅尔透镜可成型为相对较薄，并且可被视 为用于提供透射红外线的便宜的聚光透镜。 如果将区域分割棱镜和菲涅尔透镜应用于图10中所示的红外线光学系统的聚光 透镜，则区域分割棱镜和菲涅尔透镜在通过各区域透射的红外线之间产生相位跃变。因此， 从物体侧入射的红外线不能被聚集在一点处。 由于区域分割棱镜和菲涅尔透镜的各区域起到具有小NA (数值孔径）的透镜的作 用，所以光斑不能变窄。 当假设用于成像的应用要求诸如上述热像仪和夜视系统等高的分辨率时，低分辨 率会是有问题的。 鉴于上述情况，提供本技术。其目的是提供一种在远红外线区域（8um至12um)具 有良好光学性能的红外线光学系统和红外线摄像装置，同时，降低成本。 解决问题的手段 为了满足上述目的，根据本技术，红外线光学系统被配置如下。 换言之，根据本技术的红外线光学系统包括：聚光透镜，具有由曲面形成的聚光 面，用于聚集从物体侧入射的红外光，透镜由具有从外围至中心逐渐加深的台阶形状的树 脂制成；以及光路长度校正元件，用于校正由聚光透镜的台阶形状所产生的光路长度上的 差异。 根据本技术的红外线摄像装置包括：根据本技术的红外线光学系统；红外线检测 器，用于检测由红外线光学系统聚集的红外光；以及图像信号获取部，用于基于由红外线检 测器所提供的红外线检测信号获取红外线摄像图像信号。 如上所述，根据本技术，聚光透镜由树脂制成以降低成本。对于聚光透镜，上述台 阶形状被设置成允许透镜比具有平凸形状的透镜更薄。换言之，提高了光学系统的红外线 透射率。 在这种情况下，当将具有上述台阶形状的透镜与具有初始形状并且不具有台阶形 状的透镜相比较时，穿过相应台阶（不包括位于最外围的台阶）的光可产生光路长度上的 差异。为了校正台阶的光路长度上的差异，提供了上述光路长度校正元件。这样，可防止聚 光能力下降。换言之，防止分辨能力下降。 专利技术的效果 根据本技术，提供了一种在远红外线区域具有良好光学性能且防止分辨能力下降 的红外线光学系统和红外线摄像装置，同时降低了成本。 【附图说明】 [图1]示出了根据实施方式的红外线摄像装置的内部配置的框图。 [图2]示出了根据第一实施方式的红外线光学系统的配置的示图。 [图3]用于示出制造根据第一实施方式的聚光透镜的方法的说明图。 [图4]用于示出第一实施方式中由台阶产生的焦点偏差的示图。 [图5]用于示出光路长度校正元件的示图。 [图6]关于根据第一实施方式的红外线光学系统的MTF示图。 [图7]关于省去光路长度校正元件的情况的MTF示图。 [图8]示出了根据第二实施方式的红外线光学系统的配置的示图。 [图9]用于示出第二实施方式中由台阶产生的焦点像差的说明图。 [图10]示出了相关领域中的红外线光学系统的配置的示图。 【具体实施方式】 将按照下列顺序描述本技术的实施方式。 〈1.第一实施方式〉 [1-1.红外线摄像装置的配置] [1-2.红外线光学系统的配置] [1-3.设计实例] 〈2.第二实施方式〉 〈3.变形例〉 〈1.第一实施方式〉 [1-1.红外线摄像装置的配置] 图1是示出了根据本技术的实施方式的红外线摄像装置1的内部配置的框图。 如图1中所示，红外线摄像装置1包括光学块2、图像传感器（成像器）3、图像信 号获取部4以及图像信号处理部5。 光学块2包括性地表示后面所描述的实施方式中的红外线光学系统。光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外线光学系统，包括：聚光透镜，具有由曲面形成的聚光面，用于聚集从物体侧入射的红外光，所述透镜由具有从外围至中心逐渐加深的台阶形状的树脂制成；以及光路长度校正元件，用于校正由所述聚光透镜的所述台阶形状产生的光路长度上的差异。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.31 JP 2012-1247121. 一种红外线光学系统，包括： 聚光透镜，具有由曲面形成的聚光面，用于聚集从物体侧入射的红外光，所述透镜由具 有从外围至中心逐渐加深的台阶形状的树脂制成；以及 光路长度校正元件，用于校正由所述聚光透镜的所述台阶形状产生的光路长度上的差 异。2. 根据权利要求1所述的红外线光学系统，其中， 所述光路长度校正元件具有比所述聚光透镜高的折射率。3. 根据权利要求2所述的红外线光学系统，其中， 对所述光路长度校正元件施加抗反射处理。4. 根据权利要求3所述的红外线光学系统，其中， 所述光路长度校正元件设置有与所述聚光透镜的所述台阶形状相对应的台阶形状。5. 根据权利要求4所述的红外线光学系统，其中， 从所述聚光透镜的中心透过第n个台阶的光束从所述光路长度校正元件的中心穿过 第n个台阶。6. 根据权利要求5所述的红...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤政宏，椛泽秀年，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP