[发明专利]用于红外应用的超广角透镜安排

说明书

本发明涉及用于IR（红外）成像的高分辨率、超广角光学组件。

近来，IR探测器制造商已推出大型、非制冷并且买得起的高分辨率IR探测器。典型地实现了17μm像素间距。这些探测器的充分开发需要提供比以前更高的空间分辨率的光学组件。这允许IR摄像机交付令人惊讶地大视场清晰的并且高对比图像。

到目前为止，已知只有带有四个或更多个透镜的系统提供高分辨率图像和超广视角二者，即比90度更大的对角视场。虽然透镜的这种高数量产生了良好的光学特性，但这种系统较贵。由于高分辨率探测器成本的减少，以及由于充分开发它们所需的光学器件的严格质量，与光学组件相关的成本的比例急剧增加。

在已知的超广角组件中，若干透镜被安排在该孔径光阑的两侧上。一种经典的长后焦距或焦点后移安排在光阑前具有一个发散的前组，并且在该光阑的后面具有多个会聚组（A.Cox.“一种用于光学设计的系统”，Focal出版社（1964）：651-655）。一种经典的用于短后焦距的安排在孔径光阑周围定义了超过五个透镜（A.Cox.“一种用于光学设计的系统”，Focal出版社（1964）658-659）。

在US4738496中，用四个透镜实现了一种具有最大60度视场的大孔径透镜安排。

已描述了一个带有正面光阑的IR广角透镜的示例（SEI技术评审，69号，2009年10月，72-77）使用三个ZnS透镜达到一个仅64度的视场角。

已知一种仅使用两个透镜的IR广角系统（Curatu等人，国际光学工程学会学报，卷6206（2006））。该孔径光阑被放置在该透镜组件的正焦面内，这样生成一条图像侧远心光线路径。然而，该视场被限制在62度。

US2006/0250706示出了一种用于紧凑数字装置中的广角2-透镜组件。该系统包括一个正透镜和一个负透镜。它不特别适用于IR应用并且不提供广视角。

US6236515描述了很多用于紧凑光学变焦单元的透镜拓扑。展示了一些2-透镜系统，但这些被传授适用于远摄定向变焦；因此，它们不被适配用于广角。而且，该图像侧透镜始终是负的。

JP2006-119331示出了一种用于电子摄影机内的带有正面光圈（frontal diagrphragm）的大视场2-透镜系统。然而，该系统不特别适用于IR应用，因为它的透镜中有些是由塑料制成的。而且，它还具有一个物侧透镜，该物侧透镜在该物侧具有一个凸面。

JP11-237545涉及一种配备有3个透镜组的高性能广角组件。

在许多IR应用中，优选地在该透镜组件的正面（物侧）上具有该孔径光阑。确实是，当该透镜组件要被直接内置到该摄影机机身中时，出于经济原因和/或该摄影机机身的结构设计要求，有必要在前面安装该光圈、快门和其他机构。此外，具有一个正面光阑为外露透镜提供一定程度的机械保护免受撞击或污垢，特别是当该摄像机安装在车辆上时。

因此，本发明的目的在于提供一种只带有两个透镜的前孔径透镜，以便降低成本，达到一个与最先进的IR探测器相适应的分辨率组合的大视场。

一个第一实施例涉及一种用于IR摄像机的广角光学组件，该组件包括一个透镜系统，该透镜系统由一个物侧透镜（2）和一个图像侧透镜（3）以及一个该组件的物侧上的孔径光阑（1）组成，其中：该物侧透镜（2）和该图像侧透镜（3）为正弯月透镜，这些透镜表面的顶点半径的所有中心都指向该物侧，为每个透镜定义一个凹表面和一个凸表面，该物侧透镜（2）的厚度（8）大于0.60EFL，该图像侧透镜（3）的厚度（9）在0.30EFL和0.70EFL之间；0.95＜BFL/EFL＜1.2；以及，该EFL总计在该图像平面对角线的55%和75%之间。

在一个进一步实施例中，该光学组件另外具有一个或多个非球面透镜表面。在这种情况下，该物侧透镜（2）的凹表面的曲率随该透镜高度而增加，该物侧透镜（2）的凸表面的曲率随该透镜高度而减小，该图像侧透镜（3）的凹表面的曲率随该透镜高度而减小；以及，该图像侧透镜（3）的凸表面的曲率随该透镜高度而减小。

在一个进一步实施例中，至少一个透镜被提供有一种衍射结构。优选一种具有大于2.1的折射率的IR透明材料。

在一个最后实施例中，以上光学组件可以包含一个或多个光学上平坦且IR透明的窗口（6），用于保护这些透镜或探测器。