红外透镜单元的制作方法

本发明涉及红外透镜单元。

本申请要求2016年3月18日提交的日本专利申请no.2016-56290的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术

包括具有红外透镜和红外成像装置的红外透镜单元并拍摄红外图像以生成图像数据的红外相机已被用于各种目的。作为实例，这样的夜视系统已经投入实际使用：其安装在车辆上，在夜间使用红外相机拍摄车辆周围的图像，检测可能发生碰撞的行人，并且向驾驶员发出警告。

因此，安装在车辆上的红外相机可能暴露在相对较高的温度下。在红外透镜中，由于因热量的缘故，折射率等可能改变并且焦距可能改变，因此在如上所述的使用温度范围较宽的应用中，存在拍摄出失焦的图像的可能性。

为了解决这个问题，已经提出了这样的红外透镜单元：将热膨胀间隔物布置在两个红外透镜之间，并且该热膨胀间隔物根据温度而沿光轴方向移动红外透镜并补偿因温度变化而引起的焦距的变化(国际公开no.2010/061604)。

引文列表

专利文献

专利文献1：国际公开no.2010/061604

技术实现要素：

在本发明的一个方面中，红外透镜单元包括镜筒和布置在镜筒内的一个红外透镜。所述红外透镜单元还包括管状驱动部件，所述管状驱动部件布置在所述镜筒与所述红外透镜之间，并且所述管状驱动部件直接保持所述红外透镜或通过保持部件保持所述红外透镜。所述驱动部件的线性膨胀系数不同于所述镜筒的线性膨胀系数。所述驱动部件的物体侧(object-side)部分固定于所述镜筒。所述红外透镜或所述保持部件的外周的像侧(image-side)部分固定于所述驱动部件的像侧部分。

附图说明

[图1]图1是示出根据本发明的一个实施例的红外透镜单元的示意性剖视图。

[图2]图2是示出根据本发明的与图1不同的实施例的红外透镜单元的示意性剖视图。

具体实施方式

[本发明要解决的问题]

尽管在上述公报中披露的透镜单元使用两个红外透镜，但是在仅使用一个红外透镜的透镜单元中，也希望补偿由于温度变化引起的红外透镜的焦距变化。在这种情况下，可以省略在上述公报中披露的透镜单元中的一个红外透镜，并且另一个红外透镜可以是可以被单独使用的红外透镜。

然而，在上述公报中披露的透镜单元的构造中，由于红外透镜和间隔物沿光轴方向对准，因此存在红外透镜单元在光轴方向上的长度相对较大的缺点。

本发明是基于上述情况而作出的，本发明的目的在于提供一种在光轴方向上的长度可做得相对较小的红外透镜单元。

[本发明的有益效果]

根据本发明的一个实施例，可以将红外透镜单元在光轴方向上的长度做得相对较小。

[本发明实施例的说明]

在本发明的一个方面中，红外透镜单元包括镜筒和布置在镜筒内的一个红外透镜。红外透镜单元还包括管状驱动部件，该管状驱动部件布置在镜筒与红外透镜之间，并且该管状驱动部件直接保持红外透镜或通过保持部件保持红外透镜。驱动部件的线性膨胀系数不同于镜筒的线性膨胀系数。驱动部件的物体侧部分固定于镜筒。红外透镜或保持部件的外周的像侧部分固定于驱动部件的像侧部分。

在红外透镜单元中，红外透镜或保持部件的外周的像侧部分固定于驱动部件的像侧部分，驱动部件的物体侧部分固定于镜筒。也就是说，在红外透镜单元中，由于温度变化引起在光轴方向上伸缩并且使红外透镜移动的驱动部件以及被该驱动部件移动的红外透镜布置为它们的位置在光轴方向上彼此重叠。因此，红外透镜单元在光轴方向上的总长度可以被抑制为与根据在使用温度范围内的红外透镜的移动量而确定的驱动部件所需的长度大致相等的长度。

驱动部件可以直接保持红外透镜，并且红外透镜在其外周的像侧部分中可以具有接合突出部分，该接合突出部分径向向外突出并且由驱动部件的像侧部分保持。如上所述，由于驱动部件直接保持红外透镜，并且红外透镜在其外周的像侧部分中具有径向向外突出并由驱动部件的像侧部分保持的接合突出部分，因此相对容易将红外透镜的外周的像侧部分固定于驱动部件的像侧部分。

驱动部件可以通过管状保持部件保持红外透镜，并且红外透镜可以固定于保持部件的物体侧部分。如上所述，由于驱动部件通过管状保持部件保持红外透镜，并且红外透镜固定于保持部件的物体侧部分，因此可以将红外透镜布置在透镜单元中的在光轴方向上的物体侧。因此，由于可以使透镜单元与成像装置之间的距离更小，所以可以减小红外相机的尺寸。

优选的是，红外透镜单元还包括：盖，其与镜筒的物体侧部分接合并且覆盖红外透镜的外周部分的物体侧；以及环形弹性部件，其密封在盖与红外透镜之间。如上所述，由于红外透镜单元还包括与镜筒的物体侧部分接合并覆盖红外透镜的外周部分的物体侧的盖，并且环形弹性部件密封在盖与红外透镜之间，所以可以防止水从物体侧进入镜筒内部。因此，通过将镜筒或盖气密地固定于防水外壳的开口，可以相对容易地构造具有防水性的红外相机。

这里，“线性膨胀系数”是指根据jis-z2285(2003)测量的值。另外，“物体侧部分”和“像侧部分”分别是指这样的区域：在光轴方向上到物体侧端部和到像侧端部的距离是总长度的30％以下。

[本发明实施例的细节]

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的红外透镜单元的实施例。

[第一实施例]

图1所示的红外透镜单元包括：镜筒1；布置在镜筒1内的一个红外透镜2；以及布置在镜筒1与红外透镜2之间并直接保持红外透镜2的管状驱动部件3。红外透镜2的外周的像侧部分固定于驱动部件3的像侧部分。驱动部件3的物体侧部分固定于镜筒1的物体侧部分。因此，红外透镜2布置在驱动部件3内部，使得在光轴方向上，红外透镜2的位置与驱动部件3重叠。

此外，红外透镜单元还包括：盖4，其与镜筒1的物体侧部分接合并且覆盖红外透镜2的外周部分(光路外侧的部分)的物体侧；以及环形弹性部件5，其密封在盖4与红外透镜之间。

镜筒1形成为管状形状，并且在物体侧部分的外周上形成有用于螺接盖4的外螺纹6。

驱动部件3在其物体侧部分中具有径向向外突出并且放置在镜筒1的物体侧端面上的环形突出部分7。此外，驱动部件3在其像侧部分中具有内径大于其它部分的内径的接合凹陷部分8，以及形成在接合凹陷部分8的像侧部分的内周中的接合螺纹9。

红外透镜2布置为配合到驱动部件3的内部，并且在红外透镜2的外周的像侧部分中具有接合突出部分10，该接合突出部分10径向向外突出并且与驱动部件3的像侧部分的接合凹陷部分8接合且被其保持。

此外，红外透镜单元包括环形卡环11，该环形卡环11螺接到驱动部件3的接合螺纹9并且将红外透镜2的接合突出部分10按压在驱动部件3的接合凹陷部分8的物体侧部分上。因此，通过驱动部件3的伸缩可以更可靠地驱动红外透镜2。

盖4包括：外管部分12，其布置在镜筒1外部；内螺纹13，其形成在外管部分12内侧并螺接到镜筒1的外螺纹6；凸缘部分14，从外管部分12的上端径向向内延伸并且将驱动部件3的环形突出部分7按压在镜筒1的物体侧端面上；以及内管部分15，其设置在凸缘部分14的径向内侧部分中，从而盖4朝向像侧突出并且面向红外透镜2的光路外侧的物体侧表面。内管部分15的面向红外透镜2的像侧端面中形成有与弹性部件5配合的保持凹槽16。

<镜筒>

作为镜筒1的材料，可以适当地使用具有遮光性、相对高强度和优异的可加工性的金属或树脂。形成镜筒1的金属包括铝、铝合金、不锈钢、铁、镁、黄铜和钛。具体地说，镜筒1优选地由具有钝化膜的金属形成。具有钝化膜的金属的具体实例包括表面经过氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的铝。通过用具有非导体膜的金属形成镜筒1，可以提高镜筒1的耐候性。

作为形成镜筒1的树脂的主要成分，可以使用聚乙烯、聚丙烯、abs树脂、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、改性聚苯醚、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、四氟乙烯/乙烯共聚物、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚三氟氯乙烯等。形成镜筒1的树脂可以包含例如赋予遮光性的颜料，以及各种添加剂。“主要成分”是指具有最大质量含量的成分。

从这些材料中选择具有所需的线性膨胀系数的材料作为镜筒1的材料。

<红外透镜>

红外透镜2由透射红外线的材料形成，并且具有用于折射和聚焦来自物体的红外线的三维形状。

作为红外透镜2的主要成分，可以使用透射红外线的任何材料。例如，可以使用诸如硫化锌(zns)、硒化锌(znse)、氟化镁(mgf2)、氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氟化锂(lif)、氧化硅(sio2)、氟化钙(caf2)或氟化钡(baf2)等介电体，或诸如硅或锗等半导体。在上述材料中，优选以具有相对高的红外线透射率的硫化锌作为红外透镜2的主要成分。

在红外透镜2含有作为主要成分的硫化锌的情况下，可以通过化学气相沉积(cvd)形成红外透镜2，但是通过烧结硫化锌粉末形成红外透镜2相对便宜，这可以抑制制造成本。即，红外透镜2优选为含有作为主要成分的硫化锌的材料的烧结体。换言之，作为红外透镜2的主要成分，优选硫化锌的烧结体。

主要由硫化锌烧结体构成的红外透镜2可以通过这样的方法形成：该方法包括模制硫化锌粉末的步骤、预烧结模制体的步骤和加压烧结预烧结体的步骤。

作为形成硫化锌烧结体的硫化锌粉末，优选使用平均粒径为1μm以上且3μm以下并且纯度为95质量％以上的硫化锌粉末。这种硫化锌粉末可通过诸如共沉淀法等已知的粉末合成方法获得。“平均粒径”是通过激光衍射法测量的粒径分布中体积积分值(integratedvalue)为50％处的粒径。

在模制步骤中，使用模具通过压力模制来形成具有与最终获得的光学元件一致的粗略形状的压块。模具由诸如硬质合金或工具钢等硬质材料形成。此外，该模制步骤可以使用例如单轴压力机进行。

在预烧结步骤中，例如在30pa以下的真空气氛下或者在大气压下的诸如氮气等惰性气氛下对在模制步骤中生产的模制体进行加热。预烧结温度可以为500℃以上且1000℃以下，并且预烧结时间(预烧结温度的保持时间)可以为0.5小时以上且15小时以下。在该预烧结步骤中获得的预烧结体具有55％以上且80％以下的相对密度。

在加压烧结步骤中，通过在用压模压制预烧结体的同时加热预烧结体来获得具有所需形状的烧结体。具体地说，作为压模，例如，可以使用由玻璃碳形成并具有镜面抛光的约束表面(空腔)的一对模具(上模和下模)。加压烧结温度优选为550℃以上且1200℃以下。烧结压力优选为10mpa以上且300mpa以下。烧结时间优选为1分钟以上且60分钟以下。

在该加压烧结步骤中获得的烧结体可以原样用作红外透镜2，但也可以根据需要进行诸如抛光入射表面和发射表面等精加工处理。

此外，红外透镜2在其物体侧表面上可以具有各种功能层，诸如用于改善耐刮擦性的保护层、用于防止水分子进入的密封层、以及用于防止在使用波段的光的反射的防反射层。

<驱动部件>

驱动部件3由具有与镜筒1的线性膨胀系数不同的线性膨胀系数的材料形成。因此，镜筒1和驱动部件3根据环境温度的变化以不同的比率沿光轴方向伸缩。结果，红外透镜2沿光轴方向相对于镜筒1的像侧部分移动。更具体地说，当红外透镜2的焦距由于温度升高而减小时，由线性膨胀系数高于镜筒1的材料形成的驱动部件3在温度升高时将红外透镜2向像侧移动，并且当温度降低时将红外透镜2向物体侧移动。

红外透镜单元在镜筒1的像侧端部固定的情况下使用，并镜筒1和驱动部件3在光轴方向上的长度被确定为使得：由温度变化导致的红外透镜的折射率的变化以及由于形状的变形而引起的焦距的增加或减小可以被由镜筒1与驱动部件3之间的线性膨胀系数的差异引起的红外透镜2相对于镜筒1在光轴方向上的相对移动而抵消。

从被列举为镜筒1的材料的那些材料中选用这样的材料作为驱动部件3的材料：其具有不同于镜筒1的线性膨胀系数的所需线性膨胀系数。

<盖>

盖4的内螺纹13螺接到镜筒1的外螺纹6上，从而驱动部件3的环形突出部分7按压并固定于镜筒1的物体侧端面。

盖4设计为使得在室温(例如，20℃)下内管部分15的像侧端面在其自身与相对的红外透镜2的物体侧表面之间具有一定间隙。内管部分15与红外透镜2之间的间隙可以是例如0.05mm以上且1mm以下。

作为盖4的材料，可以使用具有相对高强度和优异可加工性的金属。形成盖4的金属包括铝、铝合金和不锈钢。具体地说，盖4优选地由具有钝化膜的金属形成。具有钝化膜的金属的具体实例包括表面经过氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的铝。通过用具有非导体膜的金属形成盖4，可以提高盖4的耐候性。

<弹性部件>

作为弹性部件5，例如，可以使用o形环、通过环形切割片材获得的o形环等。也就是说，弹性部件5的横截面形状不受特别限制。作为o形环，例如，可以使用符合jis-b2401(2012)的o形环。

作为弹性部件5的主要成分，例如，可以使用丁腈橡胶(nbr)、氟橡胶(fkm)、氟硅橡胶(fvmq)、乙丙橡胶(epdm)、丁苯橡胶(sbr)、硅橡胶(vmq)、丙烯酸橡胶(acm)和氢化丁腈橡胶(hnbr)，其中，特别优选耐热性优异的硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸橡胶和氢化丁腈橡胶，以及耐寒性优异的硅橡胶。

在无负载状态下(在结合到红外透镜之前)弹性部件5在光轴方向上的平均厚度的下限(通过将横截面面积除以最大宽度获得的值的平均值)优选为红外透镜2在光轴方向上的设计移动量的5倍，更优选为10倍。另一方面，在无负载状态下弹性部件5的平均厚度的上限优选为红外透镜2在光轴方向上的设计移动量的500倍，更优选为100倍。当在无负载状态下弹性部件5的平均厚度小于下限时，对红外透镜2与盖4之间的间隙的密封可能是不可靠的。相反，当在无负载状态下弹性部件5的平均厚度超过上限时，红外透镜单元在光轴方向上的长度可能过大。

在无负载状态下弹性部件5的平均宽度的下限(通过将横截面面积除以沿光轴方向的最大厚度获得的值的平均值)优选为红外透镜2的平均直径(不包括接合突出部分10的外周面)的1/30，更优选为1/20。另一方面，在无负载状态下弹性部件5的平均宽度的上限优选为红外透镜2的平均直径的1/5，更优选为1/8。当在无负载状态下弹性部件5的平均宽度小于下限时，对红外透镜2与盖4之间的间隙的密封可能是不可靠的。相反，当在无负载状态下弹性部件5的平均宽度超过上限时，红外透镜单元在垂直于光轴的方向上的尺寸可能过大。

在20℃下红外透镜单元中的弹性部件5在光轴方向上的最大厚度的下限优选为在无负载状态下弹性部件5在光轴方向上的最大厚度的60％，更优选为70％。另一方面，在20℃下红外透镜单元中的弹性部件5的最大厚度的上限优选为在无负载状态下弹性部件5的最大厚度的95％，更优选为90％。当在20℃下红外透镜单元中的弹性部件5的最大厚度小于下限时，弹性部件5可能容易破裂。相反，当在20℃下红外透镜单元中的弹性部件5的最大厚度超过上限时，在由于温度变化引起红外透镜2向像侧移动时，存在红外透镜2与盖4之间的间隙可能无法被密封的可能性。

<优点>

由于在红外透镜单元中，红外透镜2的像侧部分的接合突出部分10被固定于驱动部件3的像侧部分的接合凹陷部分8，所以红外透镜2被布置在驱动部件3的内部，并且几乎不向像侧突出。因此，红外透镜单元具有在光轴方向上相对小的长度，并且可以容易地确保从红外透镜2到成像装置的距离。

此外，由于红外透镜单元包括盖4和弹性部件5，因此可以防止水从物体侧进入镜筒1。因此，通过使用红外透镜单元，可以相对容易地构造具有防水性的红外相机。

[第二实施例]

图2所示的红外透镜单元包括：镜筒1；布置在镜筒1内的红外透镜2a；布置在镜筒1与红外透镜2a之间的管状驱动部件3a；以及被驱动部件3a保持的管状保持部件17。红外透镜2a固定于保持部件17的物体侧部分。保持部件17的像侧部分固定于驱动部件3a的像侧部分。也就是说，驱动部件3a通过保持部件17保持红外透镜2a。驱动部件3a的物体侧部分固定于镜筒1的物体侧部分。因此，红外透镜2a和保持部件17布置在驱动部件3a内部，使得在光轴方向上，它们的位置与驱动部件3a重叠。

此外，图2的红外透镜单元还包括：盖4，其与镜筒1的物体侧部分接合并且覆盖红外透镜2a的外周部分(光路外侧的部分)的物体侧；以及环形弹性部件5，其密封在盖4与红外透镜之间。

对于图2的红外透镜单元，与图1的红外透镜单元的组成元件相同的组成元件被赋予相同的附图标记，并且将省略其多余的描述。

驱动部件3a在其物体侧部分中具有径向向外突出并且放置在镜筒1的物体侧端面上的环形突出部分7，以及形成在像侧部分的内周面中的连接内螺纹18。

保持部件17具有环形突出部分19和连接外螺纹20，环形突出部分19从保持部件17的像侧部分径向向外突出并且与驱动部件3a的像侧端面接触，并且连接外螺纹20形成在保持部件17的外周面从而与环形突出部分19相邻并且螺接到驱动部件3a的连接内螺纹18。此外，保持部件17具有在其物体侧部分中的接合凹陷部分21，该接合凹陷部分21的内径大于其它部分的内径。

红外透镜2a布置为与保持部件17的内侧配合，并且被弹性部件5按压在接合凹陷部分21的像侧端部。

<保持部件>

保持部件17由具有与驱动部件3a的线性膨胀系数不同的线性膨胀系数的材料形成，优选地是具有相对低的线性膨胀系数的材料。

保持部件17使红外透镜2从驱动部件3的像侧部分朝向物体侧偏移。因此，由于红外透镜单元可以布置得更靠近成像装置，因此可以减小红外相机的尺寸。

[其它实施例]

应该考虑到，以上披露的实施例在所有方面都是实例，而不是限制性的。本发明的范围不限于上述实施例的构造，而是由权利要求限定，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。

当透镜单元不需要防水时，可以省略弹性部件，并且也可以省略盖。

在透镜单元中，用于使各个组成元件之间固定的方法不限于上述实施例，并且可以使用诸如粘合剂、螺钉和扣环(例如，配合在形成于接合凹陷部分中的环形凹槽中)等其它方法。

附图标记列表

1镜筒

2、2a红外透镜

3、3a驱动部件

4盖

5弹性部件

6外螺纹

7环形突出部分

8接合凹陷部分

9接合螺纹

10接合突出部分

11卡环

12外管部分

13内螺纹

14凸缘部分

15内管部分

16保持凹槽

17保持部件

18连接内螺纹

19环形突出部分

20连接外螺纹

21接合凹陷部分