DE112014006729B4

DE112014006729B4 - Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, Objektiv und Detektor

Info

Publication number: DE112014006729B4
Application number: DE112014006729.6T
Authority: DE
Inventors: Jiaying LI; Chaoming Zhou; Bo Sun; 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: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN106415351B; US20170205607A1; US10215971B2; CN106415351A; WO2016019539A1; JP2017522610A; JP6391807B2; DE112014006729T5

Abstract

Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, die eine erste Linse und eine zweite Linse umfasst, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind,wobei die erste Linse eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, die erste Oberfläche einen Krümmungsradius von 2,4 × (1±5%) mm aufweist und die zweite Oberfläche einen Krümmungsradius von 2 × (1±5%) mm aufweist;wobei die zweite Linse eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst, die dritte Oberfläche einen Krümmungsradius von 50 × (1±5%) mm aufweist und die vierte Oberfläche einen Krümmungsradius von 60 × (1±5%) mm aufweist;wobei die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, die dritte Oberfläche und die vierte Oberfläche nacheinander angeordnet sind; die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche einer Objektseite zugewandte konvexe Oberflächen sind und die vierte Oberfläche eine einer Bildseite zugewandte konvexe Oberfläche ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Optik und insbesondere betrifft sie eine Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und einen Bilderfassungsdetektor für langwelliges Infrarot.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Detektoren, die bei einem herkömmlichen Überwachungssystem verwendet werden, verwenden meistens eine „aktive Detektion“, etwa von „sichtbarem Licht“, „Infrarotlicht“, „ultraviolettem Licht“ und dergleichen, was zu einem „aktiven“ System gehört, und der Entwurf von diesen Überwachungssystemen ist sehr schwierig. Ein Überwachen des Ziels unter Verwendung der Eigenschaften von Ultra-Infrarotlicht, welches von dem Ziel selbst emittiert wird, kann die Komplexität des gesamten Überwachungssystems verringern. Im Fall, dass sich eine Quelle mit sichtbarem Licht schlecht verbreiten kann, etwa beim Auftreten von Rauch, Nebel und totaler Dunkelheit bei Nacht, kann nur das Ultra-Infrarotlicht (Wärme) detektiert werden, und folglich kann diese Technologie bei Gelegenheiten wie etwa Brandkontrolle, Diebstahlsicherung bei Nacht und dergleichen in großem Umfang angewendet werden. Das Überwachen von langwelligem Infrarot umfasst typischerweise die Verwendung einer Temperaturdifferenz zwischen der Strahlungsquelle und der Umgebung, um das Überwachungsziel zu finden, und daher sind die Fähigkeit zur Infrarot-Bilderfassung und die Temperaturauflösung des Systems mit langwelligem Infrarot sehr wichtig.
Aus der US 2012/0113504 A1 ist eine Linsengruppe mit zwei Linsen und einer Oberflächenkonfiguration bekannt, bei der zwei Linsen entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich ist es notwendig, eine Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot mit besseren Bilderfassungsfähigkeiten bereitzustellen.
Zudem ist es auch notwendig, ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und einen Bilderfassungsdetektor für langwelliges Infrarot bereitzustellen.
Eine Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot umfasst eine erste Linse und eine zweite Linse, die entlang einer Hauptachse der Reihe nach angeordnet sind,
wobei die erste Linse eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, die erste Oberfläche einen Krümmungsradius von 2,4 × (1±5%) mm aufweist und die zweite Oberfläche einen Krümmungsradius von 2 × (1±5%) mm aufweist;
wobei die zweite Linse eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst, die dritte Oberfläche einen Krümmungsradius von 50 × (1±5%) mm aufweist und die vierte Oberfläche einen Krümmungsradius von 60 × (1±5%) mm aufweist;
wobei die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, die dritte Oberfläche und die vierte Oberfläche nacheinander angeordnet sind; die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche zu einer Objektseite hin konvexe Oberflächen sind, und die vierte Oberfläche eine zu einer Bildseite hin konvexe Oberfläche ist.
In einer Ausführungsform beträgt ein Intervall zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche 1 × (1±5%) mm.
In einer Ausführungsform beträgt eine Dicke in der Mitte der ersten Linse 0,8 × (1±5%) mm.
In einer Ausführungsform beträgt eine Dicke in der Mitte der zweiten Linse 0,8 × (1±5%) mm.
In einer Ausführungsform bestehen die erste Linse und die zweite Linse aus ZnSe.
Ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot enthält einen Objektivtubus und die vorstehend beschriebene Linsengruppe, wobei der Objektivtubus ausgestaltet ist, um die Linsengruppe unterzubringen.
In einer Ausführungsform weist der Objektivtubus eine Länge von 5,8 mm auf.
Ein Detektor für langwelliges Infrarot umfasst das Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot und einen thermischen Empfänger, wobei der thermische Empfänger an einem Brennpunkt des Objektivs angeordnet ist.
In einer Ausführungsform ist der thermische Empfänger ein temperaturabhängiger Widerstand bzw. Thermistor aus „Hg.Cd.Te“ mit 1/4".
Der vorstehende Detektor für langwelliges Infrarot, das Objektiv und die Linsengruppe desselben können entfernte Ziele bei Nacht, Nebel und anderen Umgebungen detektieren, so dass sie eine bessere Fähigkeit zur Bilderfassung besitzen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Linsengruppe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
2 ist eine graphische Darstellung, die eine Modulationstransferfunktion der Linsengruppe von 1 zeigt;
3 ist eine graphische Darstellung, die eine Feldkrümmung und Verzerrung der Linsengruppe von 1 zeigt; und
4 ist eine graphische Darstellung, die ein Muster mit breitem Strahl des Objektivs der Linsengruppe über die gesamte Bildebene hinweg zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Anordnung einer Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Die Linsengruppe 10 zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot enthält eine erste Linse 100 und eine zweite Linse 200, die entlang einer Hauptachse der Reihe nach angeordnet sind. Die erste Linse 100 ist eine konvexe Meniskuslinse und die zweite Linse 200 ist eine bikonvexe Linse. Die Hauptachse der Linse ist eine Achse, die sich durch einen Mittelpunkt der Linse hindurch erstreckt und rechtwinklig zur Linse ist. Die Hauptachse der ersten Linse 100 stimmt mit der Hauptachse der zweiten Linse 200 überein.
Die Linsengruppe 10 wird hauptsächlich verwendet, um langwelliges Infrarotlicht zu detektieren, speziell mit einer Wellenlänge von 10,64 nm. In 1 ist die linke Seite die Objektseite und die rechte Seite ist die Bildseite. Das Licht, das von einer Lichtquelle mit langwelligem Infrarot emittiert wird, fällt von der Objektseite her ein und wird auf der Brennpunktebene der Bildseite der Linsengruppe deutlich abgebildet.
Insbesondere weist die erste Linse 100 eine erste Oberfläche 102 und eine zweite Oberfläche 104 auf. Die erste Oberfläche 102 ist eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche, und die zweite Oberfläche 104 ist bezüglich der ersten Oberfläche 102 konkav, d.h. die zweite Oberfläche 104 ist eine der Objektseite zugewandte konvexe Oberfläche. Die erste Oberfläche 102 weist einen Krümmungsradius von 2,4 × (1±5%) mm auf und die zweite Oberfläche 104 weist einen Krümmungsradius von 2 × (1±5%) mm auf. Die erste Linse 100 weist eine Dicke in der Mitte (d.h. eine Dicke der ersten Linse 100 entlang der Hauptachse) von 0,8 × (1±5%) mm auf. Die erste Linse 100 kann aus ZnSe bestehen.
Die zweite Linse 200 weist eine dritte Oberfläche 202 und eine vierte Oberfläche 204 auf. Die dritte Oberfläche 202 ist eine der Objektseite zugewandte konvexe Oberfläche und die vierte Oberfläche 204 ist eine der Bildseite zugewandte konvexe Oberfläche. Die dritte Oberfläche 202 weist einen Krümmungsradius von 50 × (1±5%) mm auf und die vierte Oberfläche 204 weist einen Krümmungsradius von 60 × (1±5%) mm auf. Die zweite Linse 200 weist eine Dicke in der Mitte (d.h. eine Dicke der zweiten Linse 200 entlang der Hauptachse) von 0,8 × (1±5%) mm auf. Die zweite Linse 200 kann aus ZnSe bestehen.
Ferner beträgt ein Intervall zwischen der zweiten Oberfläche 104 und der dritten Oberfläche 202 1 × (1±5%) mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Größe und die Positionsbeziehung jeder Linse wie nachstehend dargestellt sein, wobei der Toleranzbereich der Größe ±5% sein kann.
Die Linse 100:

Die Oberfläche 102 weist einen Krümmungsradius von Krümmungsradius von 2,4 mm auf;
Die Oberfläche 104 weist einen Krümmungsradius von 2 mm auf;
Die Dicke in der Mitte beträgt 0,8 mm;
Das Material ist ZnSe;

Die Linse 200:

Die Oberfläche 202 weist einen Krümmungsradius von 50 mm auf;
Die Oberfläche 204 weist einen Krümmungsradius von -60 mm auf (zu der Bildseite hin konvex);
Die Dicke in der Mitte beträgt 0,8 mm;
Das Material ist ZnSe;
Die Distanz zwischen der Oberfläche 104 der Linse 100 und der Oberfläche 202 der Linse 200 beträgt 1mm.

Die Wellenlänge des Lichts für die Linsengruppe beträgt λ = 10,64 mm.
Gesamtbrennweite f = 4 mm;
D/f = 1:1,5;
2ω = 53°.
2 ist eine graphische Darstellung, die eine Modulationstransferfunktion (M.T.F) der Linsengruppe zeigt. 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Muster mit schmalem Strahl der Linsengruppe zeigt; und 4 ist eine graphische Darstellung, die ein Muster eines breiten Strahls des Objektivs der Linsengruppe über die gesamte Bildebene hinweg zeigt.
Wie aus 2 bis 4 ersichtlich ist, ist der Durchmesser des Kreises in dem gesamten Bildfeld Φ≤10 µm. Die Verzerrung ist ideal, die Qualität des schmalen Strahls stimmt grundsätzlich mit der des breiten Strahls überein und die Qualität der Phase ist einheitlich. Die Bilderfassungsqualität des Mittelpunkts und des Rands sind gleich, so dass die Qualitätsanforderungen der thermischen Bilderfassung erreicht werden.
Die Linsengruppe kann in einem Objektivtubus untergebracht werden, wodurch ein Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot gebildet wird. Die Gesamtlänge des Objektivs beträgt 5,8 mm. Der Pupillendurchmesser ist 1 mm.
Das Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot kann in einem Detektor für langwelliges Infrarot verwendet werden. Ein thermischer Empfänger ist an einer Brennpunktebene des Objektivs angeordnet. Von einer Lichtquelle mit langwelligem Infrarot emittiertes Licht wird von dem Objektiv fokussiert und wird von dem thermischen Empfänger empfangen, wodurch die Detektion von langwelligem Infrarot implementiert wird. Der thermische Empfänger kann ein 1/4 Zoll Quecksilber-Cadmium-Tellurit-Thermistor („Hg.Cd.Te“ mit 1/4"). Das Material Hg.Cd.Te kann das Infrarotlicht des Objekts im Bereich von -40°C bis -650°C erfassen und ein Bild des Objekts kann erhalten werden, das eine Temperaturdifferenz von 0,05°C bis 0,15°C aufweist. Die Auflösungsfähigkeit der Bilderfassung durch Temperaturdifferenzen ist die Temperaturdifferenz am beleuchteten Objekt, wodurch die Bilderfassungsfähigkeit und die Temperaturauflösung verbessert werden.
Der vorstehende Detektor für langwelliges Infrarot, das Objektiv und die Linsengruppe desselben können entfernte Ziele detektieren, indem sie langwelliges Infrarotlicht bei Nacht, Nebel und anderen Umgebungen detektieren, und folglich können sie zur Brandkontrolle, zur Überwachung, zur Detektion von Hochspannungsleitungen und in anderen Fällen in großem Umfang angewendet werden.
Obwohl die Beschreibung hier mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, soll die Beschreibung nicht auf die gezeigten Details begrenzt sein. An den Details können Modifikationen im Umfang und in Bereichsäquivalenten der Ansprüche durchgeführt werden.

Claims

Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, die eine erste Linse und eine zweite Linse umfasst, die entlang einer Hauptachse nacheinander angeordnet sind, wobei die erste Linse eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfasst, die erste Oberfläche einen Krümmungsradius von 2,4 × (1±5%) mm aufweist und die zweite Oberfläche einen Krümmungsradius von 2 × (1±5%) mm aufweist; wobei die zweite Linse eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst, die dritte Oberfläche einen Krümmungsradius von 50 × (1±5%) mm aufweist und die vierte Oberfläche einen Krümmungsradius von 60 × (1±5%) mm aufweist; wobei die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, die dritte Oberfläche und die vierte Oberfläche nacheinander angeordnet sind; die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche einer Objektseite zugewandte konvexe Oberflächen sind und die vierte Oberfläche eine einer Bildseite zugewandte konvexe Oberfläche ist.
Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 1, wobei ein Intervall zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche 1 × (1±5%) mm beträgt.
Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Dicke in der Mitte der ersten Linse 0,8 × (1±5%) mm beträgt.
Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 1, wobei eine Dicke in der Mitte der zweiten Linse 0,8 × (1±5%) mm beträgt.
Linsengruppe zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 1, wobei die erste Linse und die zweite Linse aus ZnSe bestehen.
Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot, das einen Objektivtubus und eine Linsengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, wobei der Objektivtubus ausgestaltet ist, um die Linsengruppe unterzubringen.
Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 6, wobei der Objektivtubus eine Länge von 5,8 mm aufweist.
Detektor für langwelliges Infrarot, der das Objektiv zur Bilderfassung von langwelligem Infrarot nach Anspruch 6 und einen thermischen Empfänger umfasst, wobei der thermische Empfänger an einem Brennpunkt des Objektivs angeordnet ist.
Detektor für langwelliges Infrarot nach Anspruch 8, wobei der thermische Empfänger ein 1/4 Zoll Quecksilber-Cadmium-Tellurit-Thermistor ist.