CN104937447A - 用于ir光学系统的前孔径光阑 - Google Patents

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汤姆·克雷克尔斯
贝热龙·萨莱泰耶
保罗·费福尔特
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Abstract

提出了一种IR成像系统，该成像系统包括一个光学组件，该光学组件具有一个由有机聚合物制成的透镜外壳，该外壳在结构上限定一个前孔径光阑，该前孔径光阑具有一个物侧表面和一个探测器侧表面，其特征在于该孔径光阑包括一个金属膈膜。这产生一种负担得起的设计，该设计很好地适合于内置到便携式或移动设备中，特别是当在一个IR透明窗口后面受保护时。

Description

用于IR光学系统的前孔径光阑
本发明涉及一种用于在将高容量与低成本相结合的应用中使用的IR(红外)成像系统。除其他之外，这些应用可以是便携式设备如热成像摄像机，或者可以是用于安全、安保和舒适控制的固定设备或车载设备。用于此类应用的光学解决方案需要是紧凑且低成本的，还递送充足的性能。
为了保持大量生产的成本尽可能低，透镜外壳应该优选地是由聚合物代替金属制成的。尽管热和机械稳定性可能是一个问题，但是负担得起的IR探测器的相对适度的性能不强加使用聚合物不能满足的标准。
最具吸引力的光学设计之一导致使用前孔径光阑。此种光阑是一种重要的元件，因为它积极地参与增强该系统的传递功能。因此，该前孔径光阑与该透镜外壳的整合将看起来是有吸引力的。这可以通过延伸该透镜外壳的物侧超过该光学系统的第一透镜，并且通过提供所要求的环形限制来实现。
然而，适合于制造这样一种整合的透镜外壳和孔径光阑的很多聚合物在某种程度上对IR、特别是对在热成像中使用的长波长IR是透明的。例如，一个250μm聚乙烯板在2与16μm之间的大多数波长(除了存在强吸收带的一些波长以外)下是约75％透明的。因为该孔径光阑的相关边缘需要是薄的，该材料的此种显著的透明度将在不希望的程度上降低该光阑的作用。
一种仅聚合物的前孔径光阑与该透镜外壳的整合因此将不是有效的。
这个问题可以通过一种IR成像系统解决，该成像系统包括一个光学组件，该光学组件具有一个由有机聚合物制成的透镜外壳，该外壳在结构上限定一个前孔径光阑，该前孔径光阑具有一个物侧表面和一个探测器侧表面，其特征在于该孔径光阑包括一个金属膈膜。
根据这个实施例，该透镜外壳延伸超过该光学组件的第一透镜，从而提供了一种环形限制作为用于金属膈膜的支撑结构。这个金属膈膜实际上执行孔径光阑的光学功能。
该透镜外壳与前光阑可形成一个完整的零件，即，自始至终使用相同的有机聚合物一件式地制造的。
该金属膈膜(如果具有足够的厚度)通过有效地阻断任何IR辐射的传输将容易地实现其预期功能。该金属膈膜可以由一个在限定该孔径光阑的聚合物结构上的金属层组成，或者在该孔径光阑的物侧表面上或者在该孔径光阑的探测器侧表面上。它还可以被部分或完全地嵌入该聚合物结构中。由于该金属膈膜极其薄，该金属膈膜将典型地在其整个表面之上需要至少一侧的支撑件。
该光学组件必须足够坚固以安装在例如一个便携式设备中。因此一个防护屏障在外部世界与该组件之间是有用的。一个可能的实施例包括一个在该光学组件前面的基本上平坦的IR透明窗口作为一个防护屏。这个窗口可以由硅组成并且可以与该设备的外部罩壳齐平地安装。
然而，这个窗口易于将首先被该膈膜反射的任何IR辐射反射回到该光学系统中。这将产生重像或其他不希望的伪像，特别是如果该膈膜产生镜面反射。
为了解决以上问题，披露了一种IR成像系统，其特征在于该金属膈膜在至少其物侧表面上图案化以便减弱镜面反射。
应指出的是以上实施例中的一些还有助于减少镜面反射，甚至在没有该金属膈膜的物侧表面的图案化的情况下。的确，在该光阑前面的任何聚合物层减弱可能被该金属光阑反射的向内和向外辐射两者。这种作用有助于抑制重像。
然后可以将该金属选择为相对薄的，只要它将阻断IR辐射。必要的厚度是已知的或者根据所选择的金属以及有待阻断的波长是容易确定的。
可以将一个金属层根据已知的技术沉积在该聚合物表面上。
根据一种化学方法，将有待涂覆的表面蚀刻、活化、使用例如镍无电镀式涂覆、并且最后使用预期金属电镀。可以设想其他方法如真空金属喷镀或喷涂。很多不同的金属或携带金属的化合物是适合的，只要该涂覆层的组成和厚度阻止IR辐射的传输。IR辐射的任何残余传输使用现有技术水平的装置是可容易地测量的。
如果该金属层是在该光阑的物侧上，镜面反射可以例如通过在该光阑物侧上的凹槽或其他三维图案(在施用该金属层之前或之后制成的)而被基本上消除。该图案或凹槽的深度可以按已知的方式优化以消除或至少减弱镜面和非镜面反射。
图1中图解的实例1示出了一个在其物侧上金属化的孔径光阑。示意地表示了一个图案化的表面。
图2中图解的实例2示出了一个在其探测器侧上金属化的孔径光阑。
所示出的是：该组件的外壳(1)，该组件包含一个透镜(2)，该外壳还在结构上限定一个前(物侧)孔径光阑(3)。这个结构用作一种用于金属膈膜(4)的支撑件，该金属膈膜或者位于该光阑的物侧表面上(图1)或者位于其探测器侧表面上(图2)。

Claims (5)

1.一种IR成像系统，该成像系统包括一个光学组件，该光学组件具有一个由有机聚合物制成的透镜外壳，该外壳在结构上限定一个前孔径光阑，该前孔径光阑具有一个物侧表面和一个探测器侧表面，其特征在于该孔径光阑包括一个金属膈膜。
2.根据权利要求1所述的IR成像系统，其特征在于该膈膜由一个在形成该孔径光阑的聚合物结构上的金属层组成，或者在该孔径光阑的物侧表面上或者在该孔径光阑的探测器侧表面上。
3.根据权利要求1所述的IR成像系统，其特征在于该金属膈膜被嵌入该聚合物结构中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的IR成像系统，附加地包括一个在该光学组件前面的基本上平坦的IR透明窗口作为一个防护屏。
5.根据权利要求4所述的IR成像系统，其特征在于该金属膈膜在至少其物侧表面上图案化以便减弱镜面反射。
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