透镜系统和制造方法技术方案

提供了根据一个或多个实施方式的方法，这些方法用于在升高温度下对硫属化物透镜进行退火，以加速在形成硫属化物透镜的模制工艺期间引起的硫属化物透镜内的内应力的释放。具体地，退火工艺包括以下步骤：将硫属化物透镜逐渐加热至驻留温度；在预定时间段内将硫属化物透镜维持在驻留温度下；以及将硫属化物透镜从驻留温度逐渐冷却。退火工艺稳定硫属化物透镜的形状、有效焦距和/或调制传递函数。还描述了关联的光学组件和红外成像装置。

Lens system and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透镜系统和制造方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年6月14日提交且标题为“LENSSYSTEMSANDMETHODSOFMANUFACTURE,”的美国临时专利申请No.62/519758的优先权和权益，据此通过引用将该申请全文并入。
本专利技术总体涉及用于热成像的光学部件，更具体地，涉及具有增强的长期稳定性的透镜以及制造这种透镜的方法。
技术介绍
在热成像领域中，包含硫属化物(chalcogenide)玻璃的透镜用于允许在宽红外光谱中成像。在紧凑的红外成像装置中，需要光学部件具有高光学精度。透镜中的不稳定光学特性可能负面地影响成像装置的图像质量。
技术实现思路
此处公开了提供用于红外成像的改进透镜的根据一个或多个实施方式的系统和方法。具体地，改进的透镜可以在其光学特性方面具有增强的稳定性，诸如稳定的有效焦距(EFL)和/或调制传递函数(MTF)，。硫属化物透镜(诸如包含As40Se60的透镜)用于红外成像，因为它们允许透射宽光谱的红外光。硫属化物透镜可以通过模制工艺(诸如通过压缩模制)或通过机械加工工艺(诸如通过金刚石车削)形成。通常，与通过机械加工形成的硫属化物透镜相比，通过模制形成的硫属化物透镜更便宜且制造耗时更少。然而，发现模制的硫属化物透镜倾向于在升高的温度下逐渐改变形状。例如，硫属化物透镜可能在低至75℃的温度下逐渐改变形状，该温度比玻璃转变温度低约100℃。逐渐形状变化是由在模制工艺期间在硫属化物透镜内产生的内应力引起的，在该工艺中，硫属化物透镜被快速冷却并从模具取出，以增加生产量。硫属化物透镜的逐渐形状变化可能导致硫属化物透镜的有效焦距和/或调制传递函数(MTF)变化。透镜形状的这种变化通常将劣化安装有硫属化物透镜的红外成像装置的成像性能和质量。例如，在紧凑的红外成像装置中，小至0.01mm的焦距变化可能负面地影响成像性能。注意，提供As40Se60材料作为示例。其他硫属化物或通常任意类型的玻璃材料可以与此处所述的系统和方法一起使用。在将硫属化物透镜组装到光学部件组件中之前或之后，提出了退火工艺来稳定模制的硫属化物透镜。在一个实施方式中，一种方法包括：在升高温度下对硫属化物透镜退火，以加速在形成硫属化物透镜的模制工艺期间引起的硫属化物透镜内的内应力的释放。具体地，退火工艺可以包括将硫属化物透镜逐渐加热至驻留温度，在预定时间段内将硫属化物透镜维持在驻留温度下，并且将硫属化物透镜从驻留温度逐渐冷却。在一个或多个实施方式中，一种光学组件包括壳体和壳体内的一个或多个硫属化物透镜。硫属化物透镜中的至少一个透镜具有调制传递函数，该调制传递函数在一段时间经受升高温度时保持大致恒定。在一些实施方式中，一种红外成像装置可以包括光学组件。红外成像装置可以包括图像捕获部件和图像捕获接口部件。在一个或多个实施方式中，提供了一种用于稳定硫属化物透镜的方法。方法包括：将硫属化物透镜加热至升高温度，以加速由形成硫属化物透镜的模制工艺引起的硫属化物透镜内的内应力的释放。方法还包括：将硫属化物透镜从升高温度冷却。在一些实施方式中，提供了一种包括通过该方法稳定的一个或多个硫属化物透镜的光学组件和/或红外成像装置。本专利技术的范围由权利要求限定，通过引用将权利要求并入该部分中。将通过考虑一个或多个实施方式的以下详细描述，来给予本领域技术人员本专利技术的实施方式的更完全理解、以及本专利技术另外优点的实现。将参照首先将简要描述的附图。附图说明图1示意了根据本公开的实施方式的红外成像装置的框图。图2A示意了根据本公开的实施方式的红外成像装置的立体图。图2B示意了根据本公开的实施方式的图2A的红外成像装置的剖视图。图3是示意了根据本公开的实施方式的硫属化物透镜的有效焦距随时间的变化的曲线图。图4示意了根据本公开的实施方式的制造成像捕获部件的工艺。图5是示意根据本公开的实施方式的不同退火工艺的温度对时间的曲线图。图6是示意根据本公开的实施方式的在使透镜经受升高的操作温度一段时间之前和之后的不同透镜的调制传递函数的曲线图。图7是示出了根据本公开的实施方式的响应于热循环的不同尺寸的透镜的焦距变化的曲线图。图8是根据本公开的实施方式的促进透镜的应力分析的系统。通过参考下面的详细描述，最佳地理解本专利技术的实施方式及其优点。应当理解，同样的附图标记用于识别在一个或多个附图中例示的同样的元件。具体实施方式提供了通过退火工艺稳定光学部件的技术。具体地，通过模制形成的硫属化物透镜可以随后经受退火工艺，以稳定透镜的光学特性，诸如透镜的EFL和/或MTF。具体地，退火工艺可以将硫属化物透镜加热至升高温度，以加速硫属化物透镜内的内应力的释放。在硫属化物透镜中的内应力释放后，可以稳定硫属化物透镜的形状以及产生的EFL和MTF。在各种实施方式中，退火工艺可以包括将硫属化物透镜逐渐加热至驻留温度，在预定时间段将透镜维持在驻留温度下，并且将硫属化物透镜从驻留温度逐渐冷却。将硫属化物透镜加热至驻留温度可以加速在模制工艺期间施加在硫属化物透镜中的内应力的释放。进一步地，在退火工艺期间，逐渐加热和逐渐冷却硫属化物透镜，以防止硫属化物透镜中的不期望畸变。在一些实施方式中，可以在模制硫属化物透镜之后且在硫属化物透镜与其他光学部件组装之前执行退火工艺。在其他实施方式中，可以在硫属化物透镜被模制并组装到光学部件中之后执行退火工艺。在这种情况下，整个光学组件可以经受退火工艺。在一些实施方式中，硫属化物透镜可以被模制为具有退火前的形状和EFL。在退火工艺之后，硫属化物透镜可以改变形状，并且退火前的EFL可以稳定到退火后的形状和EFL，该形状和EFL是硫属化物透镜的期望(目标)形状和EFL。每种硫属化物透镜的退火前EFL可以通过近似、经验地基于先前的退火试验确定，和/或使用有限元方法(FEM)计算来预测。例如，基于先前的退火试验，可以确定具有8.700mm的退火前EFL的特定类型的硫属化物透镜变为8.646mm的稳定的退火后EFL。由此，为了具有8.646mm的目标EFL，可以首先将硫属化物透镜模制为具有8.700mm的退火前EFL。硫属化物透镜然后可以经受退火工艺，以稳定至8.646的目标退火后EFL。注意，提供As40Se60材料作为示例。其他硫属化物或通常任意类型的玻璃材料可以与此处所述的系统和方法一起使用。在某些情况下，此处所述的系统和方法可以与As40Se60材料一起使用，以减轻相对于成品透镜的环境温度范围的低玻璃转变温度(Tg)点。对于具有较高玻璃转变温度的硫属化物，内应力和折射形状的移位可能未被处理。当环境温度远离Tg点时，透镜在使用期间的畸变可能最小或不存在。然而，如果这种透镜应暴露到较高的温度，例如，低于Tg的80℃，则透镜形状甚至可能在长时段的稳定存储之后变化。图1示意了根据本公开的实施方式的红外成像装置101的框图。根据此处所述的各种技术，红外成像装置101可以用于捕获并处理图像帧。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学组件，该光学组件包括：/n壳体；和/n所述壳体内的一个或多个硫属化物透镜，其中，所述硫属化物透镜中的至少一个透镜具有调制传递函数，该调制传递函数在一段时间经受升高温度时保持大致恒定。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170614 US 62/5197581.一种光学组件，该光学组件包括：
壳体；和
所述壳体内的一个或多个硫属化物透镜，其中，所述硫属化物透镜中的至少一个透镜具有调制传递函数，该调制传递函数在一段时间经受升高温度时保持大致恒定。


2.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述至少一个透镜的所述调制传递函数在所述透镜经受所述升高温度至少所述一段时间之后变化小于3％。


3.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述升高温度在大约70℃至120℃的范围内。


4.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述一段时间在500小时和1000小时之间。


5.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述至少一个透镜的所述调制传递函数的变化与小于10微米的焦距变化关联。


6.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述至少一个透镜的焦距变化在所述至少一个透镜经受85℃的温度1000小时时小于20微米。


7.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述至少一个透镜的焦距变化在所述至少一个透镜经受110℃的温度80小时时小于20微米。


8.一种包括根据权利要求1所述的光学组件的红外成像装置，所述红外成像装置还包括：
图像捕获部件，该图像捕获部件被构造为接收穿过所述光学组件的电磁辐射，并且基于所接收的电磁辐射生成图像数据。


9.根据权利要求8所述的红外成像装置，还包括图像捕获接口部件，该图像捕获接口部件被构造为从所述图像捕获部件接收所述图像数据并通信所述图像数据，其中，所述电磁辐射包括热辐射，并且其中，所述图像数据包括热图像数据。


10.一种用于稳定硫属化物透镜的方法，所述方法包括：
将所述硫属化物透镜加热至升高温度，以加速由形成所述硫属化物透镜的模制工艺引起的所述硫属化物透镜内的内应力的释放；以及
将所述硫属化物透镜从所述升高温度冷却。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述模制工艺包括压缩模制工艺，所述方法还包括：
将所述硫属化物透镜与其他光学部件组装，以形成光学组件，其中，所述硫属化物透镜和所述光学组件一起加热和冷却。


12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·D·卡特曼，W·J·霍尔，E·戈兰松，T·E·里克斯曼，B·杰夫莫，B·达洛夫，S·古斯塔夫松，L·索马尔，O·霍姆格伦，H·奥斯特林，
申请(专利权)人：菲力尔商业系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US