CN110997294A - 透镜系统和制造方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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“LENS SYSTEMS AND METHODS OFMANUFACTURE,”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。
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
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。
本发明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发明的实施方式的更完全理解、以及本发明另外优点的实现。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，最佳地理解本发明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。在一个实施方式中，红外成像装置101可以包括光学部件132、图像捕获部件130以及图像捕获接口部件136。光学部件可以包括允许在宽红外光谱中成像的一个或多个硫属化物透镜，诸如由As40Se60制成的透镜。
光学部件132可以借助孔径134接收电磁辐射，并且将电磁辐射传递到图像捕获部件130。具体地，光学部件132可以将电磁辐射引导并聚焦在图像捕获部件130上。
在一个实施方式中，图像捕获部件130包括用于捕获表示场景170的图像的图像信号的一个或多个传感器(例如，任意类型的可见光、红外或其他类型的检测器)。在一个实施方式中，图像捕获部件130的传感器提供用于将场景170的捕获的热图像信号表示(例如，转换)为数字数据(例如，经由模数转换器)。
图像捕获接口部件136可以接收在图像捕获部件130处捕获的图像数据，并且可以诸如经由有线或无线通信将捕获的图像数据通信到其他部件或装置。在各种实施方式中，红外成像装置101可以捕获例如场景170的图像帧(例如，视场)。
在一些实施方式中，图像捕获部件130、光学部件132以及图像捕获接口部件136可以被容纳在保护外壳中。红外成像装置101可以表示任意类型的照相机系统，该照相机系统例如检测电磁辐射(例如，热辐射)并提供代表性数据(例如，一个或多个静止图像帧或视频图像帧)。例如，红外成像装置101可以被配置为检测可见光和/或红外辐射并提供关联的图像数据。
图2A例示了根据本公开的实施方式的红外成像装置201的立体图。红外成像装置201可以是图1的红外成像装置101的示例。具体地，红外成像装置201可以是长波红外(LWIR)热相机，诸如由FLIR INC制造的BOSON LWIR热相机。红外成像装置201可以具有约21mm×21mm×11mm的紧凑尺寸，并且可以重约7.5克。红外成像装置201可以具有-40℃至85℃的操作温度范围。
红外成像装置201可以包括镜筒204，该镜筒被构造为容纳光学部件，诸如图1中的光学部件132。红外成像装置201还可以包括图像捕获部分206，该图像捕获部分包括被构造为捕获借助镜筒204观看的图像的图像捕获部件，诸如图像捕获部件130。图像捕获部分206可以包括微测辐射热计的阵列，该微测辐射热计的阵列被构造为检测波长在7.5μm至13.5μm之间的长波红外光。
图2B例示了根据本公开的实施方式的图2A的红外成像装置201的剖视图。如图2B所示，光学部件132可以包括容纳在镜筒204中的两个透镜。一个或两个透镜可以是被构造为传输宽光谱的红外光的硫属化物透镜。每个光学部件132可以具有特定的光学特性，诸如特定的EFL和MTF。光学部件可以协调来将红外光引导并聚焦到图像捕获部件130上。
一个或多个模制的硫属化物透镜可以用作光学部件132。模制的硫属化物透镜可以逐渐改变形状，尤其是在升高温度下。这可能导致硫属化物透镜的EFL变化并且光学部件132失焦。例如，如图3所示，EFL为8.700mm的硫属化物透镜在80天内在85℃的升高温度下可能逐渐改变形状。如图3所示，硫属化物透镜的EFL可能缓慢地稳定在8.660mm。
随着硫属化物透镜的焦点远离图像捕获部件130，在图像捕获部件130上形成的图像将可能变得明显地模糊，由此，红外成像装置101的成像性能劣化。因此，提出了退火工艺来稳定用于红外成像装置101或201中的模制硫属化物透镜。
虽然以上描述将长波红外成像装置用作示例，但其他类型的红外成像装置也可能具有类似的挑战，并且所提出的退火工艺也可以被实现为稳定在其他成像装置中使用的各种光学部件。
图4例示了根据本公开的实施方式的用于制造成像捕获部件的工艺400。具体地，工艺400可以产生具有稳定形状的模制硫属化物透镜。在方框402处，可以通过模制工艺形成硫属化物透镜。例如，硫属化物透镜可以在压缩模制工艺中形成，在该工艺中，可以将包括硫属化物配方的玻璃原料放入刚性模具中，加热到可以使其机械变形的温度(例如，玻璃转变温度)，并且压入模具中，以形成透镜形状。通常，将模制硫属化物透镜迅速冷却并从刚性模具取出，以允许下一批玻璃模制。该短工艺周期时间可以增加生产量并降低生产成本。然而，硫属化物透镜的模制和快速冷却通常将在硫属化物透镜内产生内应力。内应力可能导致硫属化物透镜逐渐改变形状，即使在低于其玻璃转变点的温度下。
可以实施退火工艺来稳定模制硫属化物透镜。方框404至408可以表示退火工艺。可以将硫属化物透镜放置在烤箱中，诸如温度受控的烤箱中。在方框404处，可以将硫属化物透镜加热至升高温度。具体地，作为示例，可以以每小时约2.5℃的速率或以某一其他期望速率逐渐加热硫属化物，直到硫属化物透镜达到驻留温度为止。如本领域技术人员将理解的，取决于特定的应用或工艺，硫属化物透镜的加热可以防止硫属化物透镜在加热过程期间的畸变。因此，加热速率可以基于硫属化物透镜的特定应用和/或特性和参数来调节。例如，可以提高加热速率，以加速退火工艺，但不引起硫属化物透镜中的实质畸变。
在方框406处，可以在预定的驻留时间段内将硫属化物透镜维持在驻留温度下，诸如1至80小时。在驻留温度下的驻留时间可以基于硫属化物透镜的特定应用和/或特性和参数来调节。例如，可以缩短预定的驻留时间段，以在仍然确保足够的驻留时间的同时加速退火工艺，以充分释放硫属化物透镜的内应力。通常，较长的驻留时间可以对应于较低的驻留温度，而较短的驻留时间可以对应于较高的驻留温度。这是因为，当驻留温度较低时，硫属化物透镜可能需要较长的时间来释放内应力。进一步地，较大的硫属化物元件在驻留温度下可能需要较长的时间来充分释放内应力。
在方框408处，可以将硫属化物透镜从驻留温度冷却。具体地，在一些示例中，硫属化物透镜可以以每小时约2.5℃的速率逐渐冷却。硫属化物透镜的逐渐冷却可以防止硫属化物透镜在冷却过程期间的畸变。因此，冷却速率可以基于硫属化物透镜的特定应用和/或特性和参数来调节。例如，可以提高冷却速率，以加速退火工艺，但不引起硫属化物透镜中的实质畸变。实际上，逐渐加热和逐渐冷却可以允许硫属化物透镜的峰值MTF性能在退火工艺之前和之后保持大致相同。
在方框410处，可以将硫属化物透镜与其他光学部件一起组装，以形成光学组件。光学组件可以安装在红外成像装置中。例如，尽管透镜形状发生变化，也可以将一个或多个硫属化物透镜安装在镜筒内的各个位置处，以提供EFL和MTF的特定组合。
在一些实施方式中，硫属化物透镜可以在退火工艺之前组装到光学组件中。例如，方框410可以在方框402之后且在方框404之前实施。在这种情况下，可以将整个光学组件连同硫属化物透镜一起退火。这可以允许将一个光学组件内的多个硫属化物透镜一起退火。
在各种实施方式中，退火工艺可以发生在制造工艺400期间的任何时候。例如，退火工艺可以发生在硫属化物透镜的其他工艺期间，诸如抗反射涂层工艺期间。
方框404至408中的退火工艺可以加速硫属化物透镜内的内应力的释放，使得稳定硫属化物透镜的形状、EFL和/或MTF。硫属化物透镜可以形成有退火前EFL，并且稍后被退火至退火后EFL。退火后EFL可以被指定为目标EFL。
在一些实施方式中，在方框402处，可以将硫属化物透镜形成为具有与期望的目标EFL不同的退火前EFL。由此可见，在退火工艺之后，可以将硫属化物透镜稳定到期望的退火后EFL。可以通过试验、实验和/或FEM计算对于每种硫属化物透镜确定对应的退火前和退火后EFL。例如，可以对于不同类型的硫属化物透镜收集与退火前和退火后EFL有关的退火数据。基于退火数据，人可以对于特定类型的硫属化物透镜选择适当的退火前EFL，以便引起期望的退火后EFL。
在一些实施方式中，在方框402处，可以由原料形成硫属化物透镜，该原料具有近网形的预制件、近球形的预制件、近卵形的预制件、平面-平面的预制件、或基于应用的通常任何其他形状。在其他实施方式中，可以鉴于退火工艺来设计玻璃模具，使得透镜在退火工艺之后具有目标形状和EFL。在一些实施方式中，可以在退火工艺之后对硫属化物透镜进行重做(re-work)，以实现期望的形状和/或EFL。在一些方面中，重做是可以发生在方框408与410之间的可选步骤。重做可以涉及在借助退火工艺松弛应力之后对硫属化物透镜进行二次加工和/或重塑。
图5是示意了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5例示了三个温度曲线，每个温度曲线表示不同的退火工艺。这些曲线被提供为非限制性示例。在某些情况下，这些曲线可能与稳定较小的硫属化物部件有关。较长持续时间和/或较高温度下的退火可以用于稳定较大的部件。
具有三角形的第一曲线表示驻留温度为130℃且驻留时间约为5至10小时的退火工艺。加热过程可以包括具有两个不同加热速率的两个段。第一段可以具有每小时约25℃的加热速率，而第二段可以具有每小时约2.5℃的加热速率。如图5所示，可以首先以25℃的较快速率将硫属化物透镜从20℃(室温)加热至约70℃。然后可以以2.5℃的较慢速率将硫属化物透镜从70℃加热至130℃。将硫属化物透镜维持在130℃的驻留温度下约5至10小时。
冷却过程可以包括具有两个不同冷却速率的两个段。可以首先以2.5℃的速率将硫属化物透镜从130℃冷却到70℃，然后以25℃的速率将其从70℃冷却到20℃(或室温)。逐渐加热和冷却可以防止硫属化物透镜的畸变。
具有圆的第二曲线表示驻留温度为120℃且驻留时间约为30至40小时的退火工艺。第二曲线可以具有与第一曲线类似的加热和冷却速率。
具有正方形的第三曲线表示驻留温度为110℃且驻留时间约为80至100小时的退火工艺。第三曲线可以具有与第一曲线类似的加热和冷却速率。
如图5所示，具有较高驻留温度(或驻留温度)的退火工艺可以对应于较短的驻留时间，因为较高的温度可以更佳地加速内应力的释放。由此可见，可以减少驻留时间。不同的退火工艺可以用于退火不同类型的光学部件。例如，具有较低驻留温度的退火工艺可以用于退火包括硫属化物透镜的光学组件。较低的驻留温度可以防止对光学组件中的其他光学部件造成热损坏。在另一个示例中，具有较高驻留温度和较短驻留时间的退火工艺可以用于退火独立的硫属化物透镜(没有其他光学部件)。这可以加速退火工艺。在图5中，三条曲线低于材料的玻璃转变温度。曲线允许松弛材料中的应力，这改变材料的形状，因此改变由该材料制成的透镜的焦距。
图6是示意了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(例如，透镜1至7)的MTF的曲线图。透镜可以在某一温度下放置和/或操作。在一些实施方式中，透镜可以通过将透镜暴露于、将透镜维持在和/或将透镜保持在某一温度下来在该某一温度下放置和/或操作。MTF可以被认为是透镜的品质因数，并且通常指示可归因于透镜的聚焦质量(和关联的图像质量)。在图6中，MTF在21个线对/mm(lp/mm)下测量。在一个方面中，在一些应用中，高于60的MTF通常与可接受的焦点关联。
在某些情况下，85℃的温度可能处于或接近于热相机操作温度范围的顶端。同样，在某些情况下，它可能是照相机在不使用时的最高存储温度。在这点上，作为特定示例，在图6中，透镜1至7中的每一个在85℃的温度下放置500小时。比如，透镜1至7可以放置在热相机内部，并且在85℃下操作或存储500小时。透镜1、2以及4至7在“前”图像评估之前在它们各自的照相机上调节至最佳焦点。透镜3被设置为最佳焦点，然后已经经受(例如，暴露于、维持在)85℃500小时。在这点上，当透镜3经受85℃500小时时，透镜3的“前”条件开始，并且透镜3的“后”条件是透镜3在85℃下再经历500小时。对于透镜1、2以及4至7，“前”条件刚好就在将透镜1、2以及4至7在85℃下放置500小时之前，并且“后”条件是在已经将透镜1、2以及4至7放置在85℃下500小时时。
透镜1至7可以各自具有一个或多个硫属化物元件。对于图6，透镜1和透镜2各自是具有单个硫属化物元件的窄视场透镜，而透镜3至7各自是具有两个硫属化物元件的较宽视场透镜(例如，相对于透镜1和2)。透镜1和4使用根据本公开的实施方式的退火工艺热处理，以稳定硫属化物。
对于尚未借助退火工艺热稳定的硫属化物透镜(例如，透镜2、3以及5至7)，它们的图像质量(例如，如由图6中的MTF表示的)随着时间的过去比已经热稳定的硫属化物透镜劣化更多。图像质量的该下降是由于由硫属化物元件的形状变化引起的焦距变化。焦距的变化在较低温度下通常较慢，但在升高的温度下加快。
在比较退火的透镜1和4与未退火的透镜2、3以及4至7时，退火的透镜1和4即使在经受升高的操作温度(例如，85℃)延长的时间段(例如，500小时)之后也维持大致恒定的MTF(例如，大致恒定的焦距)。在图6中，从“前”条件的开始到“后”条件的结束，透镜1的MTF变化大约0.3％，透镜4的MTF变化大约1.0％，透镜1的MTF保持在64左右，并且透镜4的MTF大约保持在62.5到61.8之间。相反，在图6中，透镜2、3、5、6以及7的MTF分别变化大约6.1％、10.7％、9.6％、14.4％以及14.3％。由此可见，退火透镜1和4的MTF随时间的变化远低于未退火透镜2、3以及5至7的MTF随时间的变化。如本领域技术人员所知的，可以基于MTF与焦距之间的关系来获得对应的焦距变化。
如图6所示，在85℃(在热相机的操作温度范围的顶部处或附近)下，使用未经退火处理的硫属化物透镜(例如，透镜2、3以及5至7)的热相机可能在少至20天(例如，大约500个小时)内失焦。在这点上，对于未退火的透镜2、3以及5至7，在经受85℃500小时后，检测到大约10微米(μm或微米)至大约24μm(例如，0.1％到0.3％)的焦距变化。焦距变化基于“前”条件开始时和“后”条件结束时的焦距测量来确定。在使透镜在85℃下再经受500小时后，检测到另外6μm至14μm的焦距变化。这些焦距变化相对于与热相机的聚焦范围关联的公差可能是重要的。在一个示例中，公差可以小于±10μm。
通常，因为玻璃是无定形固体，所以玻璃可能像液体一样流动(例如，缓慢流动)。玻璃中的应力，诸如在模制硫属化物材料期间引起的应力，可能促成这种缓慢流动，由此，透镜可能改变形状并因此改变焦点。即使硫属化物材料的玻璃转变温度可能较高，诸如大约160℃，在室温下时可能涉及数年的透镜形状变化在透镜(例如，在照相机中)在其操作范围的高端附近使用时可能更快地发生。由此可见，如果透镜经受较低的温度(例如，低于85℃)，则焦点随时间的移位比图6所示的移位更慢地发生。如果透镜经受高于85℃的温度，则焦点移位可能比图6所示的移位更快地发生。
在实施方式中，诸如例如图6所示，根据此处所述的实施方式退火的透镜(例如，硫属化物透镜)即使在延长时间段经受处于热相机的操作温度范围顶部处或附近的温度下，也可以具有随时间保持大致恒定的MTF。延长的时间段可以是500小时(例如，大约20天)、1000小时、2000小时、半年、一年、数十年或它们之间的任意时间。透镜可以经受(例如，放置在该温度下，在该温度下操作)较高的温度，诸如在大约70℃至大约120℃的温度范围内的升高温度。升高的温度可以在80℃至90℃、70℃至100℃和/或其他温度范围内。升高的温度可以为大约70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃或这些提供的示例之间的任何温度。
MTF可以在延长时间段的开始处开始测量，并且在延长时间段的结束处结束测量(如果适用)。MTF随时间的变化可以量化。例如，在某一温度下的延长时间段内，退火透镜(例如，已经使用此处所述的退火工艺进行热处理的透镜)的MTF可以变化小于3.0％(例如，MTF在0％至3.0％之间变化)。作为其他示例，退火透镜的MTF可以变化小于2.5％、2.0％、1.5％、1.0％、0.8％、0.5％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％或这些示例百分比之间的任何百分比。在一个示例中，MTF变化的上述示例可以在使透镜经受85℃的温度500小时或1000小时时发生。尚未使用此处所述的退火工艺进行热处理的透镜可能表现出MTF在延长时间内的更大变化，诸如5％变化或更高。
如本领域技术人员所知的，可以基于MTF与焦距之间的关系来获得对应的焦距变化。对于使用此处所述的退火工艺进行热处理的透镜，焦距变化可以小于与热相机的聚焦范围关联的公差(例如，10μm或20μm)。在一个实施方式中，与以上提供的MTF变化关联的焦距变化可以小于10μm、8μm、5μm、4μm、3μm或者在这些示例焦距变化之间的任何焦距变化。在一个实施方式中，如果透镜经受85℃的温度1000小时，则透镜的焦距变化可以小于24μm。在其他情况下，如果透镜经受85℃的温度1000小时，则透镜的焦距变化可以小于20μm、18μm、15μm、12μm、10μm、10μm、8μm、5μm、4μm、3μm或者这些示例值之间的任何焦距变化。如果透镜经受85℃的温度500小时，则未使用此处所述的退火工艺处理的透镜的焦距变化可以为10μm或更高(例如，如图6所示向上至24μm)。
在某些情况下，MTF随时间的变化可以提供为MTF每小时的变化。例如，参照图6，透镜1和透镜4的MTF的变化可以分别为大约每小时0.0004和每小时0.0012。透镜2、3、5、6以及7的MTF的变化可以分别为大约每小时0.007、每小时0.012、每小时0.014、每小时0.016以及每小时0.018。
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。测试了三个A尺寸的透镜组件和三个B尺寸的透镜组件。作为特定示例，在图7中，按照图5所示的热处理曲线，使由两个模制硫属化物部件制成的硫属化物透镜组件经受110℃的热处理(例如，加速热处理)大约80小时。焦距变化的单位是毫米。焦距变化也可以称为焦点移位。A尺寸的透镜组件是13mm的EFL透镜组件，并且B尺寸的透镜组件是三个19mm的透镜组件。这六个透镜组件由尚未使用本公开的退火工艺进行热处理的模制硫属化物部件构成。
在加热测试之前测量并确认每个透镜的焦距，测量的可变性较小。对于加热测试，在110℃的单个循环之后且然后在110℃的第二个循环之后，测量每个透镜的焦距。确定关联的焦距变化并将其绘制在图7中，在热循环0(例如，在加热测试之前)、热循环1(例如，在第一个循环之后)且在热循环2(例如，在第二个循环之后)确定六个焦距变化。
如图7所示，三个13mm的EFL透镜在一个循环后表现出大约40μm至大约150μm的焦距变化，并且在第二个循环后表现出大约65μm至大约95μm的另外的变化。三个19mm的EFL透镜在一个循环后表现出大约100μm至大约125μm的焦距变化，并且在第二个循环后表现出大约90μm至大约120μm的另外的变化。随着材料中的应力在升高温度下松弛，所有六个透镜组件的焦点移位。在某些情况下，小于大约20μm的变化可能劣化聚焦质量。在这些情况下，图7所示的焦距变化通常与不可接受劣化的相机性能关联。
在一实施方式中，对于使用此处所述的退火工艺热处理的透镜，在110℃下80小时的焦距变化可以小于20μm。在某些情况下，在透镜经受110℃80小时时，焦距变化可以小于18μm、15μm、12μm、10μm、8μm、5μm或者这些值之间的任何焦距变化。未使用此处所述的退火工艺处理的透镜的焦距变化可以为40μm或更高，如例如图7所示。
在一些实施方式中，已经使用此处所述的退火工艺进行热稳定的模制硫属化物透镜可以在升高的操作温度(例如，70℃至100℃)下维持其形状多年甚至延长的时间段。尚未进行热稳定的透镜可能在几天或数十天内在更高的温度下改变形状并移位焦点。
图8是根据本公开的实施方式的促进透镜815的应力分析的系统800。系统800包括透镜815、光源805、偏振器810、检偏器820以及成像器825和关联的望远镜/显微镜830。偏振器810和检偏器820可以称为交叉偏振器对。成像器825和望远镜/显微镜830可以产生在交叉偏振器对之间的透镜815的图像。在图8中，偏振器810是静态偏振器，并且检偏器820是旋转检偏器。
偏振器810和检偏器820可以阻挡来自光源805(例如，灯)的光，该光源定位在偏振器810后面(例如，在图8中的偏振器810的左边)，除了应力引起的双折射导致来自光源805的光的偏振旋转的情况。由此可见，旋转偏振的检测可以用于找到模制对象(诸如透镜815)中的残余应力。
在一个方面中，透镜815可以是模制硫属化物部件。可以使用适当的波长(例如，红外波长、紫外线波长、毫米波长或其他波长)来执行应力分析。在某些情况下，可以将红外波长用于硫属化物部件。分析模制硫属化物部件(或其他样品)中的应力的偏振测定可以揭示硫属化物部件中的模制引起的应力是否存在和/或显著。在某些情况下，当模制引起的应力存在且显著时，应力可能导致玻璃随时间松弛。在一个方面中，已经执行使用如此处所述的退火工艺的热处理，通常观察到较低的应力。
在一些实施方式中，可以使用诸如偏振敏感光学相干断层扫描(PSOCT)的材料表征工具来执行硫属化物部件(例如，单个硫属化物部件)中的应力分布的测量。在某些情况下，PSOCT系统可以创建任何样本/样品的局部密度、折射率以及应力引起的双折射的三维点云图。在实施方式中，为了确定是否已经使用此处所述的退火工艺对样本进行热处理，可以使用图8的系统800、PSOCT系统和/或其他系统来测试样本和热处理的硫属化物元件，使得可以直接量化两个样本之间的相对应力。当相对应力(例如，两个样本中的应力差)低时，可以确定样本已经过热处理。当相对应力高时，可以确定样本尚未经过热处理。
因此，可以使用各种退火工艺来减小硫属化物透镜内的内应力并稳定硫属化物透镜的EFL和MTF。稳定的硫属化物透镜可以为红外成像装置提供一致的成像质量。虽然以上描述参考硫属化物透镜作为示例，但其他类型的透镜或光学部件也可以通过退火工艺来处理并稳定。
注意，以上提供的维数方面(例如，焦距变化)和处理特性(例如，温度、时间)是示例，并且可以根据一个或多个实施方式使用维数或处理特性的其他值。此外，公差可以与这些维数方面和处理特性关联。例如，使透镜经受约85℃的温度一段时间可以涉及使透镜经受85℃±2℃之间的温度一段时间。
在适用情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施由本公开提供的各种实施方式。而且，在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将此处阐述的各种硬件部件和/或软件部件组合成包括软件、硬件和/或这两者的复合部件。在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将此处阐述的各种硬件部件和/或软件部件分成包括软件、硬件或这两者的子部件。另外，在适用情况下，设想软件部件可以被实施为硬件部件，反之亦然。
根据本公开的软件，诸如程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个计算机可读介质上。还设想此处识别的软件可以使用联网和/或处于其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实施。在适用情况下，此处描述的各种步骤的顺序可以更改、组合成复合步骤和/或分成子步骤，以提供此处描述的特征。
上述实施方式例示但不限制本发明。还应理解，根据本发明的原理的大量修改和变更是可以的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求限定。

Claims (24)

1.一种光学组件，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.根据权利要求10所述的方法，其中，所述升高温度低于所述硫属化物透镜的玻璃转变温度，并且其中，所述升高温度从100℃和140℃之间选择。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述加热和所述冷却还包括：
将所述硫属化物透镜加热至驻留温度；
将所述硫属化物透镜在驻留温度下维持预定时间段；以及
将所述硫属化物透镜从所述驻留温度冷却。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预定时间段基于所述驻留温度来选择，并且其中，所述预定时间段从5至100小时之间选择。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，对于加热光学组件内的所述硫属化物透镜比对于加热没有所述光学组件的所述硫属化物透镜选择更低的驻留温度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，以每小时2.5℃的速率加热所述硫属化物透镜，直到所述硫属化物透镜达到所述驻留温度为止，并且其中，将所述硫属化物透镜从所述驻留温度以每小时2.5℃的速率冷却。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，首先将所述硫属化物透镜从室温以每小时25℃的速率加热，然后以每小时2.5℃的所述速率加热，以达到所述驻留温度。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，首先将所述硫属化物透镜从所述驻留温度以每小时2.5℃的所述速率冷却，然后以每小时25℃的所述速率冷却，以达到室温。
19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述加热将所述硫属化物从退火前形状和有效焦距(EFL)稳定至目标形状和EFL。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：将所述硫属化物透镜模制为具有所述退火前EFL；以及加热所述硫属化物透镜，以稳定至所述目标EFL。
21.根据权利要求10所述的方法，还包括：在所述加热和冷却之后重做所述硫属化物透镜。
22.根据权利要求10所述的方法，其中，所述硫属化物由近网形的预制件、近球形的预制件、近卵形的预制件或平面-平面的预制件形成。
23.一种光学组件，该光学组件包括由根据权利要求10所述的方法稳定的一个或多个硫属化物透镜。
24.一种红外成像装置，该红外成像装置包括由根据权利要求10所述的方法稳定的一个或多个硫属化物透镜。
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