[其他]熱補償IR鏡頭和具有這種IR鏡頭的IR攝像機

有效

• 申請號: 201690000933.3
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN209092730U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 丹尼斯·奧克塞;邁克爾·迪蓋爾;托馬斯·德雷斯勒
• 申請（專利權）人: 業納光學系統有限公司
• 主分類號: A99Z99/00
• 分類號: A99Z99/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李驥;車文

本實用新型涉及一種IR鏡頭，其通過由具有在2.4與4.2之間的折射率的材料構成的單片體(1)形成，單片體具有入射面(2)、出射面(3)和至少一個第一反射面(4.1)和一個在出射面(3)后面的真實的總焦平面(1.2)，在總焦平面內能布置傳感器面(7.1)。光學有效面中的至少一個是光學自由形狀面，該光學自由形狀面至少產生多個球面和/或非球面的效果。本實用新型也涉及一種具有這種鏡頭的IR攝像機。

背景技術

在用于包括從大約3μm到大約5.5μm(短波IR范圍)和大約7μm 到大約14μm(長波IR范圍)波長范圍的紅外光譜范圍的鏡頭中，使用特殊的光學材料，這些特殊的光學材料具有其光學參數強烈地相關于溫度的缺點。

一方面，這些材料的具有在2.4與4.2之間的數值的折射率比針對視覺可見的波長范圍的材料的折射率強烈得多地相關于溫度，而另一方面，鏡頭的透鏡的幾何形狀與透鏡的材料的熱膨脹系數以及透鏡的尺寸大小相關地發生變化。這兩個影響導致各個透鏡的焦距變化而且因此導致成像質量的變化。

另一方面，由對象釋放的在IR范圍內的輻射(熱輻射)的強度通常是微小的，而且在更大的路程內傳播時還由于在大氣中的吸收和散射而發生衰減，因此紅外鏡頭(IR鏡頭)具有大孔徑。然而，大孔徑阻礙了在整個紅外光譜范圍內或者僅在兩個子范圍之一內的良好的色彩修正。為了對于大孔徑的光學裝置也能在寬廣的視界上實現良好的成像特性，需要多個透鏡、通常是三個或者更多個。示例性地，這里應提到DD 289 675 A7，其公開了一種大孔徑長焦距鏡頭，該大孔徑長焦距鏡頭針對紅外光譜范圍在色彩上和熱學上被修正。這里描述的鏡頭是三合透鏡型，其中在兩個單個的會聚透鏡之間布置有由會聚的透鏡和發散的透鏡構成的散射透鏡組。借此，為了計算經修正的光學系統，總共用四個透鏡提供八個折射面。通過由透鏡的所選擇的材料確定的光學參數(如折射率和阿貝數)以及由透鏡的材料和曲率半徑以及這些透鏡彼此間的距離確定的焦距的組合，對鏡頭進行計算，該鏡頭在所希望的輻射范圍內在熱學上和色彩上被修正。

現有技術的公知的IR鏡頭與其的不同之處在于這些光學參數的不同的值，它們基本上通過對透鏡的材料、曲率半徑、透鏡厚度、透鏡距離和數目的計算和選擇來得到。利用少于三個透鏡構造在色彩上和熱學上被修正的IR鏡頭并不是已知的。

可提供的適合于IR范圍的材料的數目相當受限。盡管其價格高，但是鍺作為材料、尤其是用于長波IR范圍的材料由于其高折射率以及其環境特性是非常受歡迎的。

用于IR范圍的材料(也包括鍺)的強烈的溫度相關性使得必要的是：在寬廣的運行溫度范圍(例如從-25℃到+55℃)的情況下，采取措施，以便使總焦點與溫度無關地保持穩定，以便確保矩陣傳感器上的與溫度無關的成像質量。

第一可能的措施是所謂的被動重聚焦，其中通過不同的透鏡的適當的材料組合，進行光學參數的反向的相關于溫度的改變。針對于此的示例在上述DD 289 675 A7中公開。如果不顧對鏡頭支架的熱影響而計算光學系統，那么必須采取措施，以便對支架本身進行熱補償，也就是說保持透鏡彼此間的相對位置。

光學系統也可以被當作已鑲嵌的系統，也就是說尤其是支架沿著光學系統的光軸的長度變化被包括到光學系統的計算中，使得與溫度無關地保持對于成像的修正狀態。

也公知的是第二可能的變型方案、尤其是用于具有如下材料的光學系統的第二可能的變型方案：移動該系統的各個透鏡用于進行焦點位置修正，其中在所述材料的情況下折射率的與溫度相關的變化對成像質量的穩定性具有比膨脹系數大得多的影響。不利的是更高的安裝和調整花費、更高的構件花費、通常更高的重量和更大的結構尺寸。

構造具有僅由一種材料、尤其是由鍺構成的透鏡的在色彩上和在熱學上被修正的IR鏡頭顯得實際上不可能。如果各個光學面都由鏡面來替換，那么可以減少問題。然而，鏡頭由此變得更大而且花費更高。