[发明专利]红外光学系统和红外成像设备

说明书

技术领域

本技术涉及用在获得诸如热敏成像或者夜视成像的红外像的光学系统中的红外光学系统，并且涉及使用该红外光学系统的红外成像设备。

背景技术

远红外线在从8μm到12μm的波长范围内，并且远红外线是从人、动物或者其它物体作为热（即，作为红外线）发出。这使得远红外线广泛用于例如在黑暗位置处的成像或者用于观察温度分布。

对于采集这种远红外线的光学系统，常常被用于通常的可见光的玻璃透镜由于它的低透射率而不被使用，并且作为替代，锗（Ge）被普遍地用作使红外线良好地穿过的材料。锗具有大约为4的高折射率，并且表面反射因此很高，但是吸收指数接近为零。因而，在具有适当的抗反射涂层的情况下，锗可以具有90%或者更高的透射率。

其问题在于，锗是极其昂贵的，因为它是稀有的矿物。

因此，作为替换的透镜材料，使用无机晶体材料。无机晶体材料与锗相比在透射率上实际上较低，但是价格适中。无机晶体材料例如包括硅（Si）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）以及是硫属的化合物和锗的化合物的硫属化物玻璃。

但是，这种材料的确是便宜的但是具有与锗类似的高硬度的缺点。也就是说，例如，具有如此高硬度的材料的加工要花费很长的时间，并且这可导致难以降低成本。特别是对于将材料研磨成为非球状的形状来说，在使用精密机械的情况下处理时间预期将是很长的，并且因此不可避免地增加了成本。

对于硫化锌和硫属化物玻璃的加工，已经进行了关于压制成形的可能性的研究，但是形成的远红外透镜的产品和光学系统仍然不能用于低价格供应。

例如，注意到专利文献1至3（日本专利申请公开第2010-039243、2009-063942和2008-128913号）描述了红外光学系统的先前实例。

例如，专利文献1描述了使用三个锗透镜的光学系统。这个光学系统表现了在30°或者更大的视角上的优良的光学特性。

也在专利文献1中，为了减少加工成本，透镜在形状上是球面的。

但是，使用的材料是锗，锗是非常昂贵的，并且因此它的使用不会使装置便宜。

在专利文献2和3中，使用的材料是硫化锌，硫化锌与锗相比是价格适合的。但是，透镜在形状上是非球面的以便减少像差，像差常常因为硫化锌的折射率小于锗的折射率而增大。考虑到加工困难度和加工时间，这对于成本降低是障碍。

而且，硫化锌的使用导致相对显著的色像差，并且因此专利文献2和3两者都使用衍射结构以用于颜色校准。但是，考虑到加工困难度和加工时间，这对于成本降低也是障碍。

发明内容

因此期望提供一种红外光学系统和红外成像设备，其在8μm至12μm的远红外辐射部中显示出优良的光学特性并且以低成本实现。

为了增大远红外装置的使用范围，期望宽视角，并且考虑到成像灵敏度，期望具有小数量的透镜的光学系统。更具体地，期望视角至少超过25°，并且期望光学系统中的透镜数量至少不超过三个。

根据本技术的实施例，红外光学系统如下地设置。

也就是说，根据本技术的实施例的红外光学系统包括从物体侧到像面侧设置的三个透镜：第一透镜、第二透镜和第三透镜。

第一和第三透镜均构造成由无机材料制成的且具有正折射力的球面透镜。

第二透镜被构造成由树脂材料制成的并且具有非球面表面的弯月形透镜。

此外，孔径光阑设置在第一至第三透镜中的任何两个透镜之间。

根据本技术的另一个实施例，红外成像设备如下地设置。

也就是说，根据本技术实施例的红外成像设备包括上文描述的根据本技术实施例的红外光学系统、红外检测部和图像信号获得部。红外检测部被构造成检测由红外光学系统采集的红外光，并且图像信号获得部被构造成基于由红外检测部获得的红外检测信号来获得红外图像信号。

在这里，为了实现低成本，有效的方法是减少使用的透镜的数量、以及使用均具有较小数量的加工困难的非球面表面的透镜。

此外，为了确保一定数量的光通过，理想的方法是如上所述地减少使用的透镜的数量、或者减少透镜厚度。

为了实现优良的光学特性，期望各种类型的像差被适当地控制。对于像差校准，非球面表面的使用是有效的。

如上所述，根据本技术实施例的光学系统包括按照从物体侧的顺次设置的三个透镜：第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一和第三透镜均是由无机材料制成的并且具有正折射力的球面透镜。第二透镜是由树脂材料制成的并且具有非球面表面的弯月形透镜。