DE112014006674B4

DE112014006674B4 - Linsensatz zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, Objektiv und Brandherddetektor

Info

Publication number: DE112014006674B4
Application number: DE112014006674.5T
Authority: DE
Inventors: Jiaying LI; Chaoming Zhou; Bo Sun; Hai Huang; Yuqing Chen; Yunfeng Gao
Original assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Current assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN106662729A; WO2016019537A1; JP6337196B2; JP2017526953A; US20170139188A1; DE112014006674T5; CN106662729B

Abstract

Linsenanordnung zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, umfassend:eine erste Linse, eine zweite Linse, und eine dritte Linse, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind, wobeidie erste Linse eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der ersten gekrümmten Oberfläche 57 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der zweiten gekrümmten Oberfläche 85 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt;die zweite Linse eine dritte gekrümmte Oberfläche und eine vierte gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der dritten gekrümmten Oberfläche 210 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der vierten gekrümmten Oberfläche 37 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt;die dritte Linse eine fünfte gekrümmte Oberfläche und eine sechste gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der fünften gekrümmten Oberfläche 100 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der sechsten gekrümmten Oberfläche 400 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt;die erste gekrümmte Oberfläche, die zweite gekrümmte Oberfläche, die dritte gekrümmte Oberfläche, die vierte gekrümmte Oberfläche, die fünfte gekrümmte Oberfläche und die sechste gekrümmte Oberfläche nacheinander angeordnet sind und alle zu der Objektseite hin konvex sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Optik und sie betrifft insbesondere eine Linsenanordnung zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und einen Brandherddetektor bei Brandgefahr. Verwandte Technologien sind aus DE 25 44 148 A1 und US 5 214 532 A bekannt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn eine Brandgefahr auftritt, ist es aufgrund der verschiedenen brennbaren Materialien schwierig, den Ort eines Brandherds zu bestimmen, und speziell können verschiedene Materialien eine Menge Rauch entwickeln, so dass es für einen Feuerwehrmann schwierig ist, näher zu kommen, da der Rauch die Sicht verdunkelt, wodurch das Auffinden eines Brandherds schwierig wird, so dass es schwierig ist, die Feuerbekämpfungsmaßnahmen zu starten. Die Frage, wie man den Brandherd durch den dichten Rauch hindurch finden kann, wird sehr wichtig.
Die Lichtstrahlung des Brandherds ist eine langwellige Infrarotstrahlung mit langer Wellenlänge, und da sie eine starke und weit durchdringende Leistung aufweist, kann der Brandherd durch Detektieren der langwelligen Infrarotstrahlung gefunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher notwendig, eine Linsenanordnung bereitzustellen, die langwellige Infrarotstrahlung erfassen kann.
Ferner werden ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und ein Brandherddetektor bei Brandgefahr bereitgestellt.
Eine Linsenanordnung zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot umfasst: eine erste Linse, eine zweite Linse und eine dritte Linse, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind, wobei die erste Linse eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche enthält, ein Krümmungsradius der ersten gekrümmten Oberfläche 57 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der zweiten gekrümmten Oberfläche 85 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; die zweite Linse eine dritte gekrümmte Oberfläche und eine vierte gekrümmte Oberfläche enthält, wobei ein Krümmungsradius der dritten gekrümmten Oberfläche 210 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der vierten gekrümmten Oberfläche 37 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; die dritte Linse eine fünfte gekrümmte Oberfläche und eine sechste gekrümmte Oberfläche enthält, wobei ein Krümmungsradius der fünften gekrümmten Oberfläche 100 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der sechsten gekrümmten Oberfläche 400 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; wobei die erste gekrümmte Oberfläche, die zweite gekrümmte Oberfläche, die dritte gekrümmte Oberfläche, die vierte gekrümmte Oberfläche, die fünfte gekrümmte Oberfläche und die sechste gekrümmte Oberfläche nacheinander angeordnet sind und alle zu der Objektseite hin konvex sind.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform beträgt eine Distanz zwischen der zweiten gekrümmten Oberfläche und der dritten gekrümmten Oberfläche 15 Millimeter, und eine Distanz zwischen der vierten gekrümmten Oberfläche und der fünften gekrümmten Oberfläche beträgt 30 Millimeter.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform beträgt eine Dicke in der Mitte der ersten Linse 5 × (1 ± 5 %) Millimeter.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform beträgt eine Dicke in der Mitte der zweiten Linse 2 × (1 ± 5 %) Millimeter.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform beträgt eine Dicke in der Mitte der dritten Linse 3 × (1 ± 5 %) Millimeter.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform besteht die erste Linse aus Ge.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform besteht die zweite Linse aus ZnSe.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform besteht die dritte Linse aus Ge.
Ein Objektiv für langwelliges Infrarot enthält einen Objektivtubus und die vorstehend erwähnte Linsenanordnung, wobei der Objektivtubus ausgestaltet ist, um die Linsenanordnung aufzunehmen.
Ein Brandherddetektor bei Brandgefahr enthält das vorstehend erwähnte Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und einen temperaturempfindlichen Empfänger, wobei der temperaturempfindliche Empfänger an einem Brennpunkt des Objektivs angeordnet ist.
Bei dem vorstehenden Brandherddetektor bei Brandgefahr, bei dem Objektiv und bei der Linsenanordnung desselben kann ein distales Ziel detektiert werden, indem die langwellige Infrarotstrahlung in Umgebungen bei Nacht und dickem Nebel detektiert wird, insbesondere kann der Ort des Brandherds in einer Umgebung mit dickem Rauch gefunden werden, und sie können umfassend bei Gelegenheiten wie etwa Feuerbekämpfung, Überwachung und Hochspannungsstromleitungen zur Detektion angewendet werden.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht einer Linsenanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
2 ist eine graphische Darstellung, die eine Transferfunktion eines Objektivs in Übereinstimmung mit der Linsenanordnung von 1 zeigt;
3 ist eine graphische Darstellung, die einen schmalen Strahl eines Objektivs in Übereinstimmung mit der Linsenanordnung von 1 zeigt; und
4 ist eine graphische Darstellung, die einen breiten Strahl eines Objektivs in Übereinstimmung mit der Linsenanordnung von 1 zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Seitenansicht einer Linsenanordnung zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, wobei eine Anordnung dargestellt wird. Die Linsenanordnung 10 zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot enthält eine erste Linse 100, eine zweite Linse 200 und eine dritte Linse 300, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind. Die erste Linse 100 ist eine positive Meniskuslinse, die zweite Linse 200 ist eine negative Meniskuslinse 200, und die dritte Linse 300 ist eine positive Meniskuslinse. Die Hauptachse der Linse ist eine Achse, die sich durch einen Mittelpunkt der Linse hindurch erstreckt und rechtwinklig zu der Linse verläuft. Die Hauptachsen der ersten Linse 100, der zweiten Linse 200 und der dritten Linse 300 sind zueinander koaxial.
Die Linsenanordnung der dargestellten Ausführungsform wird hauptsächlich zur Detektion von langwelligem Infrarotlicht verwendet, insbesondere zum Detektieren eines langwelligen Infrarotlichts mit einer Wellenlänge von 10640 Nanometer. Beispielweise die Lichtstrahlung, die von dem Brandherd bei Brandgefahr emittiert wird. Die linke Seite ist in 1 die Objektseite und die rechte Seite ist die Bildseite. Die Lichtstrahlung von der Lichtquelle mit langwelligem Infrarot kommt von der Objektseite und wird deutlich auf der Brennebene der Bildseite der Linsenanordnung abgebildet.
Insbesondere enthält die erste Linse 100 eine erste gekrümmte Oberfläche 102 und eine zweite gekrümmte Oberfläche 104, wobei die erste gekrümmte Oberfläche 102 zu der Objektseite hin konvex ist, und die zweite gekrümmte Oberfläche 104 relativ zu der ersten gekrümmten Oberfläche 102 nach innen hin konkav ist (d.h. die zweite gekrümmte Oberfläche 104 ist zu der Objektseite hin konvex). Ein Krümmungsradius der ersten gekrümmten Oberfläche 102 beträgt 57 × (1 ± 5 %) Millimeter und ein Krümmungsradius der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 beträgt 85 × (1 ± 5 %) Millimeter. Eine Dicke in der Mitte der ersten Linse 100 (d.h. eine Dicke der ersten Linse 100 entlang der Hauptachse) beträgt 5 × (1 ± 5 %) Millimeter. Die erste Linse 100 kann aus einem Ge-Material hergestellt sein.
Die zweite Linse 200 enthält eine dritte gekrümmte Oberfläche 202 und eine vierte gekrümmte Oberfläche 204. Die dritte gekrümmte Oberfläche 202 ist zu der Objektseite hin konvex und die vierte gekrümmte Oberfläche 204 ist relativ zu der dritten gekrümmten Oberfläche 202 nach innen hin konkav (d.h. die vierte gekrümmte Oberfläche 204 ist zu der Objektseite hin konvex). Ein Krümmungsradius der dritten gekrümmten Oberfläche 202 beträgt 210 × (1 ± 5 %) Millimeter, und ein Krümmungsradius der vierten gekrümmten Oberfläche 204 beträgt 37 × (1 ± 5 %) Millimeter. Eine Dicke in der Mitte der zweiten Linse 200 (d.h. eine Dicke der zweiten Linse 200 entlang der Hauptachse) beträgt 2 × (1 ± 5 %) Millimeter. Die zweite Linse 200 kann aus einem ZnSe-Material hergestellt sein.
Die dritte Linse 300 enthält eine fünfte gekrümmte Oberfläche 302 und eine sechste gekrümmte Oberfläche 304. Die fünfte gekrümmte Oberfläche 302 ist zu der Objektseite hin konvex und die sechste gekrümmte Oberfläche 304 ist relativ zu der fünften gekrümmten Oberfläche 302 nach innen hin konkav (d.h. die sechste gekrümmte Oberfläche 304 ist zu der Objektseite hin konvex). Ein Krümmungsradius der fünften gekrümmten Oberfläche 302 beträgt 100 × (1 ± 5 %) Millimeter und ein Krümmungsradius der sechsten gekrümmten Oberfläche 304 beträgt 400 × (1 ± 5 %) Millimeter. Eine Dicke in der Mitte der dritten Linse 300 (d.h. eine Dicke der dritten Linse 300 entlang der Hauptachse) beträgt 3 × (1 ± 5 %) Millimeter. Die dritten Linse 300 kann aus einem Ge-Material hergestellt sein.
Ferner beträgt eine Distanz zwischen der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 und der dritten gekrümmten Oberfläche 202 15 Millimeter. Eine Distanz zwischen der vierten gekrümmten Oberfläche 204 und der fünften gekrümmten Oberfläche 302 beträgt 30 Millimeter.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dimensionen und die Positionsbeziehung der Linse wie folgt gezeigt. Die vorstehenden Dimensionen können innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 5 % schwanken.
Die Linse 100:

Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 102 beträgt 57 Millimeter;
Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 104 beträgt 85 Millimeter;
Eine Dicke in der Mitte beträgt 5 Millimeter;
Das Material ist Ge;

Die Linse 200:

Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 202 beträgt 210 Millimeter;
Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 204 beträgt 37 Millimeter;
Eine Dicke in der Mitte beträgt 2 Millimeter;
Das Material ist ZnSe;

Die Linse 300:

Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 302 beträgt 100 Millimeter;
Ein Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 304 beträgt 400 Millimeter;
Eine Dicke in der Mitte beträgt 3 Millimeter;
Das Material ist Ge;
Eine Distanz zwischen der gekrümmten Oberfläche 104 der Linse 100 und der gekrümmten Oberfläche 202 der Linse 200 beträgt 15 Millimeter. Eine Distanz zwischen der gekrümmten Oberfläche 204 der Linse 200 und der gekrümmten Oberfläche 302 der Linse 300 beträgt 30 Millimeter.
Die Lichtdurchgangswellenlänge der Linsenanordnung λ = 10640 nm
Die Gesamtbrennweite f = 75 mm; $D / f = 1:1,6;$
$2 η (Bildsichtfeld) = 25,4 mm$

2 ist eine graphische Darstellung, die eine Transferfunktion eines Objektivs in Übereinstimmung mit der Linsenanordnung zeigt, wenn die Auflösung 20 Linienpaare pro Millimeter erreicht, hat die M.T.F 0,5 erreicht, so dass die Bilderfassungsqualität ziemlich ideal ist.
3 ist eine graphische Darstellung, die einen schmalen Strahl eines Objektivs in Übereinstimmung mit der Linsenanordnung zeigt, wobei nicht nur der Astigmatismus sondern auch die Verzerrungen ein ideales Niveau erreicht haben.
4 ist eine graphische Darstellung, die einen breiten Strahl eines Objektivs auf der gesamten Bilderfassungsoberfläche in Übereinstimung mit der Linsenanordnung zeigt, wobei alle Größen von Astigmatismen im Bereich von 7 bis 14 Mikrometern liegen, so dass es eine Anforderung eines temperaturempfindlichen Elements vollständig erfüllen kann.
Die vorstehend erwähnte Linsenanordnung wird in einen Objektivtubus montiert, wodurch ein Bilderfassungsobjektiv für langwelliges Infrarot gebildet werden kann. Eine Gesamtlänge des Objektivs beträgt 95 Millimeter.
Das vorstehend erwähnte Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot kann für eine Brandherddetektion bei Brandgefahr angewendet werden. Auf der Brennebene des Objektivs zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot ist ein temperaturempfindlicher Empfänger angeordnet. Der temperaturempfindliche Empfänger empfängt das langwellige Infrarotlicht der Quelle, welches durch das Objekt fokussiert wird, und dann wird das Detektieren eines Brandherds bei Brandgefahr erreicht.
Bei dem vorstehend erwähnten Brandherddetektor bei Brandgefahr und bei einem Objektiv und einer Linsenanordnung desselben kann ein distales Ziel detektiert werden, indem das langwellige Infrarotlicht in Umgebungen wie etwa bei Nacht oder dickem Nebel detektiert wird, speziell kann der Ort eines Brandherds in einer Umgebung mit dickem Rauch gefunden werden und folglich kann er zur Detektion bei Gelegenheiten wie etwa Brandbekämpfung, Feuerüberwachung und Überwachung einer Hochspannungs-Stromleitung umfassend angewendet werden.
Im Vorstehenden wurden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, und diese sollen nicht als Einschränkungen für den Umfang der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden. Es wird angemerkt, dass sich dem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, Variationen und Verbesserungen offenbaren werden, ohne von ihrem Geist und Umfang abzuweichen. Daher wird der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Es wird beansprucht:
Linsenanordnung zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, umfassend: eine erste Linse, eine zweite Linse, und eine dritte Linse, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind, wobei die erste Linse eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der ersten gekrümmten Oberfläche 57 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der zweiten gekrümmten Oberfläche 85 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; die zweite Linse eine dritte gekrümmte Oberfläche und eine vierte gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der dritten gekrümmten Oberfläche 210 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der vierten gekrümmten Oberfläche 37 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; die dritte Linse eine fünfte gekrümmte Oberfläche und eine sechste gekrümmte Oberfläche umfasst, wobei ein Krümmungsradius der fünften gekrümmten Oberfläche 100 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt und ein Krümmungsradius der sechsten gekrümmten Oberfläche 400 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt; die erste gekrümmte Oberfläche, die zweite gekrümmte Oberfläche, die dritte gekrümmte Oberfläche, die vierte gekrümmte Oberfläche, die fünfte gekrümmte Oberfläche und die sechste gekrümmte Oberfläche nacheinander angeordnet sind und alle zu der Objektseite hin konvex sind.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Distanz zwischen der zweiten gekrümmten Oberfläche und der dritten gekrümmten Oberfläche 15 Millimeter beträgt, und eine Distanz zwischen der vierten gekrümmten Oberfläche und der fünften gekrümmten Oberfläche 30 Millimeter beträgt.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Dicke in der Mitte der ersten Linse 5 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Dicke in der Mitte der zweiten Linse 2 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Dicke in der Mitte der dritten Linse 3 × (1 ± 5 %) Millimeter beträgt.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei die erste Linse aus Ge besteht.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei die zweite Linse aus ZnSe besteht.
Linsenanordnung für langwelliges Infrarot nach Anspruch 1, wobei die dritte Linse aus Ge besteht.
Objektiv für langwelliges Infrarot, das einen Objektivtubus und eine Linsenanordnung in Übereinstimmung mit einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, wobei der Objektivtubus ausgestaltet ist, um die Linsenanordnung aufzunehmen.
Brandherddetektor bei Brandgefahr, der ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 9 und einen temperaturempfindlichen Empfänger umfasst, wobei der temperaturempfindliche Empfänger an einem Brennpunkt des Objektivs angeordnet ist.