红外线用摄像光学系统技术方案

红外线用摄像光学系统包含光圈、物体侧的面向物体侧凸出的树脂透镜以及摄像元件，F值小于等于1.4。在包含光轴的面上，在以正的入射角θ入射到该光学系统的平行光束之中，将入射到在入射面上距离光轴最远的位置上的光线作为上光线，并将该上光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0U，将该上光线通过入射面之后与光轴所成的角度设为θ1U，设Δθ1U＝θ1U-θ0U，Δθ1U在θ0的全部范围内为负，并且在小于等于最大值的60％的范围内单调减小。在该平行光束之中，将入射到距离该上光线最远的位置上的光线作为下光线，并将该下光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0L，将该下光线通过入射面之后与光轴所成的角度设为θ1L，设Δθ1L＝θ1L-θ0，在θ0为0时Δθ1L为正，并且如果θ0增加则Δθ1L变为负。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外线用摄像光学系统
本专利技术涉及一种红外线用摄像光学系统，其使用了由树脂材料制成的透镜。
技术介绍
在热像仪、夜视镜、安全系统等中，使用波长范围从几微米到几十微米的电磁波用的摄像装置。上述的波长范围的电磁波被称为远红外线。在利用远红外线的摄像装置中，利用将红外线检测元件排列成阵列状的摄像元件获取远红外线的数据。红外线检测元件中有温差电堆型、辐射热计型、热电型、或量子检测型等，其中温差电堆型利用由红外线聚光时的温度变化所形成的电动势，辐射热计型利用温度变化所形成的电阻值的变化，热电型利用温度变化所形成的带电量的变化，量子检测型利用了光子的吸收所产生的电子的能级跃迁。在使用任一种检测元件的情况下，都需要通过摄像光学系统有效地将红外线聚光到摄像元件上。在光学透镜的材料中主要使用玻璃或树脂。特别是树脂具有可以使用注射模塑成型等的手法以低成本生产光学透镜的优点。但是，一般来说，因为树脂材料对远红外线的穿透率比树脂材料对可见光的穿透率低，所以在远红外线用摄像光学系统中不能使用与可见光用摄像光学系统同样的树脂透镜。换言之，如果在远红外线用光学系统中使用与可见光用摄像光学系统同样的树脂透镜，则会由于树脂透镜吸收远红外线而造成光量不足。因此，在以往的远红外线用摄像光学系统的透镜中，作为对远红外线的吸收较少的材料，主要使用锗和硫属元素化物那样的高价材料、或硅那样加工方法仅限于切削从而成本升高的材料(专利文献1及专利文献2)。这样，尚未开发出能够得到充足的光量的、使用了树脂透镜的远红外线用摄像光学系统。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-014283号公报专利文献2：日本特开平11-326757号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题因此，存在对能够得到充足的光量的、使用了树脂透镜的远红外线用摄像光学系统的需求。用于解决课题的手段本专利技术涉及的红外线用摄像光学系统，其使用于波长大于等于5微米的红外线，该红外线用摄像光学系统包含从物体侧向像侧配置的：光圈；物体侧的面在近轴处凸向物体侧的由树脂材料制成的透镜；以及摄像元件，光轴上的F值小于等于1.4。其构成为，将通过所述光圈的中心和所述由树脂材料制成的透镜的中心的直线作为光轴，在包含光轴的面上，将逆时针旋转的方向设为正，在以正的入射角θ入射到所述红外线用摄像光学系统的平行光束之中，将入射到在所述由树脂材料制成的透镜的入射面上距光轴最远的位置上的光线作为上光线，并将该上光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0U，将该上光线通过入射面之后与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ1U，设Δθ1U＝θ1U-θ0U，在θ从0到最大值的范围内，Δθ1U为负，在θ小于等于最大值的60％的范围内，Δθ1U单调减小。并且，其构成为，在该平行光束之中，将入射到距该上光线最远的位置上的光线作为下光线，并将该下光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0L，将该下光线通过入射面之后与光轴所成的角度设为θ1L，设Δθ1L＝θ1L-θ0L，在θ为0时，Δθ1L为正，并且如果θ增加则Δθ1L变为负。在本专利技术涉及的红外线用摄像光学系统中，对于上光线来说，从θ为0直到达到最大视角，入射面和出射面具有正的屈光力，并且，随着θ增加而入射面的屈光力增加。其结果，相对抑制出射面的屈光力从而抑制面的下垂量由此能够抑制透镜厚度。通过抑制透镜厚度可以使红外线的吸收减少。在本专利技术涉及的红外线用摄像光学系统中，对于下光线来说，因为入射面和出射面在θ低的范围具有正的屈光力，所以透镜的焦距变短，F值变小。随着θ增加，入射面拥有负的屈光力，并进一步使负的屈光力增加。其结果，与大的θ相对应的聚光角变大。在本专利技术涉及的红外线用摄像光学系统中，光轴上的F值小于等于1.4。并且，通过抑制所述由树脂材料制成的透镜的厚度可以使红外线的吸收减少。因此，本专利技术涉及的红外线用摄像光学系统可以使用由树脂材料制成的透镜，同时可以获得充足的光量。在本专利技术的一个实施方式涉及的红外线用摄像光学系统中，所述由树脂材料制成的透镜由高密度聚乙烯制成。根据本实施方式，通过在透镜的材料中使用高密度聚乙烯，可以以低成本生产红外线吸收比较小的透镜。在本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统中，光圈面与所述由树脂材料制成的透镜的入射面之间的光轴上的距离t0与焦距f的比t0/f大于等于0.2。根据本实施方式，因为入射面上的与规定的视角相对应的入射位置的差变大，所以容易通过入射面的形状来控制广范围视角的光线。本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统中，所述由树脂材料制成的透镜的像侧面包含菲涅尔面。根据本实施方式，通过使出射面为菲涅尔面，可以抑制出射面的下垂量，从而使透镜厚度变得更小，并可以使由树脂材料制成的透镜的红外线吸收减少。本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统，其构成为，对于θ从0到最大值的范围的大于等于80％的范围，摄像面上的聚光全角大于等于50°。因此，本实施方式的红外线用摄像光学系统在θ的广范围内均可以得到充足的光量。此外，之所以定义“θ从0到最大值的范围的大于等于80％的范围”，是为了除去最大值附近等特殊的区域。本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统的全角的最大视角大于等于60°。根据本实施方式，提供一种高视角的红外线用摄像光学系统，其可以使用由树脂材料制成的透镜，同时可以获得充足的光量。本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统还包含由无机材料制成的透镜。根据本实施方式，提供一种红外线用摄像光学系统，其通过使由红外线吸收少的无机材料制成的透镜与由容易加工且低成本的树脂材料制成的透镜相组合，可以获得更大的光量。本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统中，作为透镜，只包含由树脂材料制成的透镜。根据本实施方式，可以实现更低成本的红外线用摄像光学系统。附图说明图1是表示本专利技术的一个实施方式涉及的红外线用摄像光学系统的结构的图。图2是用来说明入射到透镜的光线的图。图3是用来说明入射到透镜的平行光束的图。图4是用来说明透镜对各种视角的平行光束的功能的图。图5是表示本专利技术的其他实施方式涉及的红外线用摄像光学系统的结构的图。图6是表示在菲涅尔面的阶梯部上的光线的举动的图。图7是表示实施例1涉及的红外线用摄像光学系统的结构的图。图8是表示关于实施例1涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与上光线在入射面和出射面上的角度变化之间的关系的图。图9是表示关于实施例1涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与下光线在入射面和出射面上的角度变化之间的关系的图。图10是表示关于实施例1涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与聚光全角之间的关系的图。图11是表示关于实施例1涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与相对照度之间的关系的图。图12是表示实施例2涉及的红外线用摄像光学系统的结构的图。图13是表示关于实施例2涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与上光线在入射面和出射面上的角度变化之间的关系的图。图14是表示关于实施例2涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与下光线在入射面和出射面上的角度变化之间的关系的图。图15是表示关于实施例2涉及的红外线用摄像光学系统，相对视角与聚光全角之间的关系的图。图16是表示关于实施例2涉及的红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外线用摄像光学系统，其使用于波长大于等于5微米的红外线，该红外线用摄像光学系统包含从物体侧向像侧配置的：光圈；物体侧的面在近轴处凸向物体侧的由树脂材料制成的透镜；以及摄像元件，其特征在于，所述红外线用摄像光学系统的F值小于等于1.4，所述红外线用摄像光学系统构成为：将通过所述光圈的中心和所述由树脂材料制成的透镜的中心的直线作为光轴，在包含光轴的面上，将逆时针旋转的方向设为正，在以正的入射角θ入射到所述红外线用摄像光学系统的平行光束之中，将入射到在所述由树脂材料制成的透镜的入射面上距光轴最远的位置上的光线作为上光线，并将该上光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0U，将该上光线通过入射面之后与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ1U，设Δθ1U＝θ1U‑θ0U，在θ从0到最大值的范围内，Δθ1U为负，在θ小于等于最大值的60％的范围内，Δθ1U单调减小，并且所述红外线用摄像光学系统构成为：在该平行光束之中，将入射到距该上光线最远的位置上的光线作为下光线，并将该下光线通过入射面之前与光轴所成的逆时针旋转的角度设为θ0L，将该下光线通过入射面之后与光轴所成的角度设为θ1L，设Δθ1L＝θ1L‑θ0L，在θ为0时，Δθ1L为正，并且如果θ增加则Δθ1L变为负。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.05 US 61/696,8721.一种树脂透镜，其包括：像侧面；以及非球面的物体侧面，其中根据非球面透镜公式，所述物体侧面的特征在于具有正曲率、负二次曲线系数以及描述所述物体侧面的整体形状的至少一个负非球面系数；并且所述物体侧面的整体形状和所述像侧面的整体形状被构造成在对应光学系统的至少80％的视角范围内和/或所述对应光学系统的所述视角范围中相对照度大于0.8的范围内提供大于等于50°的聚光全角，其中，该对应光学系统还包括光圈，该对应光学系统的F值小于等于1.4。2.根据权利要求1所述的树脂透镜，其中所述树脂透镜含有高密度聚乙烯。3.根据权利要求1所述的树脂透镜，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤村佳代子，池田贤元，关大介，
申请(专利权)人：纳卢克斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP