CN106842524A - 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 - Google Patents
一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106842524A CN106842524A CN201710201293.3A CN201710201293A CN106842524A CN 106842524 A CN106842524 A CN 106842524A CN 201710201293 A CN201710201293 A CN 201710201293A CN 106842524 A CN106842524 A CN 106842524A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- eyeglass
- lens
- imaging system
- thermal imaging
- pixel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005286 illumination Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 abstract description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 1
- 239000005355 lead glass Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，从物侧至像侧依次设有：第一镜片、光阑、第二镜片、第三镜片和感光芯片，所述的第一镜片、第二镜片和第三镜片均为硫系玻璃非球面透镜，所述的第一镜片和第三镜片的焦距为正，所述的第二镜片的焦距为负。本发明仅采用低价的硫系玻璃，这种材料可以进行模压成型，因此能降低加工成本，硫系玻璃的折射率温度系数仅为锗晶体材料的1/10，因此硫系玻璃镜片组成的系统解像力随温度变化较小，可以通过光学消热差实现解像力稳定而不跑焦，同时降低结构的复杂性，减少成本。本镜头采用7.5微米到14微米的宽光谱，1:1:1:1设计，在远红外波段具有极好的图像锐利度，整个画面都能清晰成像。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种用于监控、车载系统的光学消热差、高像素、高照度、低成本红外热成像系统。
【背景技术】
目前视场上监控、车载系统所用镜头普遍存在这样的缺点:镜头热差大、成本高等。为了实现消热差及高像素,一般使用了锗或者硫化锌材质镜片进行成像，这两种材料价格昂贵，另外，目前锗和硫化锌材质非球面镜片只能采用车削加工，加工成本较高，再者，这两种材料的折射率温度系数大，热差较大，需要使用机械消热差，额外增加机械装置，再次提高了成本。
由于上述问题的存在，有必要提出相应的解决方案，本发明正是基于这样的背景作出的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种消热差好、清晰度高、照度高、成本低的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统。
为了实现实现上述目的，本发明采用了以下所述的技术方案：
一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于从物侧至像侧依次设有：第一镜片、光阑、第二镜片、第三镜片和感光芯片，所述的第一镜片、第二镜片和第三镜片均为硫系玻璃非球面透镜。
如上所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于所述的第一镜片和第三镜片的焦距为正，所述的第二镜片的焦距为负。
如上所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于所述的第一镜片朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面；所述的第二镜片朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面；所述的第三镜片朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面。
如上所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于所述的第一镜片、第二镜片和第三镜片的非球面表面形状满足如下方程：
在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
如上所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于所述的第三镜片与感光芯片之间设有保护窗玻璃。
如上所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的感光芯片为非制冷焦平面探测器，其像素尺寸为17μm×17μm，分辨率为640*512，水平宽度10.88mm，垂直宽度8.704mm，对角线宽度13.93mm。
本发明的有益效果是：
1、现有的高像素热成像镜头普遍采用锗玻璃非球面和机械消热差方法，本发明仅采用低价的硫系玻璃，这种材料可以进行模压成型，因此能降低加工成本。
2、硫系玻璃的折射率温度系数仅为锗晶体材料的1/10，因此硫系玻璃镜片组成的系统解像力随温度变化较小，可以通过光学消热差实现解像力稳定而不跑焦，同时降低结构的复杂性，减少成本。
3、本镜头采用7.5微米到14微米的宽光谱，1:1:1:1设计，在远红外波段具有极好的图像锐利度，整个画面都能清晰成像。
4、本发明结构简单，成本低廉，适合推广应用。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，一种光学消热差、高像素、高照度，低成本红外热成像系统，从物侧至像侧依次包括：第一镜片1、光阑4、第二镜片2、第三镜片3和感光芯片6，所述的第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3均为硫系玻璃的非球面镜片，第三镜片3与感光芯片6之间设有保护窗玻璃5。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一镜片1和第三镜片3的焦距为正，所述的第二镜片2的焦距为负。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一镜片1、第二镜片2和第三镜片3的非球面面型满足方程式：
在上述方程中，参数c为第一镜片1、第二镜片2和第三镜片3的半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
如图1所示，在本实施例中，所述的感光芯片6为非制冷焦平面探测器，其像素尺寸为17μm×17μm，分辨率为640*512，对角线宽度13.93mm。
本发明中光学消热差的实现方法是：采用红外硫系材料。现有的主要使用的红外材料为锗晶体和硫系玻璃材料。由于锗晶体折射率温度系数大，而硫系玻璃性能随温度变化较小，仅为锗晶体的1/10，故采用硫系玻璃材料，能够实现光学消热差。
本发明中高像素的实现方法是：合理分配第一镜片1、第二镜片2和第三镜片3的光焦度，并依据光焦度选择合适折射率的材料进行搭配；并且，采用非球面校正了球差和红外色差的缺陷；另外，在光学设计时考虑提升中心视场解像力的同时，对周边视场的像差进行校正，尽量保证整个画面均匀性。
本发明中高照度的实现方法是：在光学系统设计时，不设置渐晕来保证边缘光线全部通过镜头，到达感光芯片6；另外，通过控制边缘光线的折射角度来减少光线的损失，从而实现高照度的要求。
本发明中低成本的实现方法是：整个系统采用全硫系红外材料。现有红外热成像光学系统大多使用锗和硫化锌材料，这两种材料必须采用车削的方式加工。采用硫系玻璃作为非球面透镜的材质，可以进行模压加工，加工效率高，避免了传统锗透镜需要车削加工带来的高成本问题，降低了成本。
下面为本发明的实际设计案例：
| 面编号 | 面型 | 半径 | 厚度 | 材料 | 有效直径 |
| 物面 | 标准球面 | Infinity | Infinity | AIR | Infinity |
| S1 | 偶次非球面 | 20.848 | 6.452 | IRG206 | 18.06 |
| S2 | 偶次非球面 | -52.347 | -0.301 | AIR | 17.05 |
| 光阑 | 标准球面 | Infinity | 0.597 | AIR | 15.28 |
| S4 | 偶次非球面 | 199.754 | 1.993 | IRG203 | 15.26 |
| S5 | 偶次非球面 | 9.374 | 3.086 | AIR | 13.71 |
| S6 | 偶次非球面 | 51.549 | 7 | IRG206 | 17.53 |
| S7 | 偶次非球面 | -41.304 | 10.013 | AIR | 15.81 |
| S8 | 标准球面 | Infinity | 1 | GERMANIUM | 15.23 |
| S9 | 标准球面 | Infinity | 1 | AIR | 15.20 |
| 像面 | 标准球面 | Infinity | 13.78 |
各个面的非球面系数：
上述三枚镜片非球面面型满足以下方程式：
在上述方程中，参数c为第一镜片1、第二镜片2和第三镜片3的半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
Claims (6)
1.一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：从物侧至像侧依次设有：第一镜片(1)、光阑(4)、第二镜片(2)、第三镜片(3)和感光芯片(6)，所述的第一镜片(1)、第二镜片(2)和第三镜片(3)均为硫系玻璃非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一镜片(1)和第三镜片(3)的焦距为正，所述的第二镜片(2)的焦距为负。
3.根据权利要求2所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一镜片(1)朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面；所述的第二镜片(2)朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面；所述的第三镜片(3)朝向物侧和朝向像侧的表面均为凸面。
4.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一镜片(1)、第二镜片(2)和第三镜片(3)的非球面表面形状满足如下方程：
在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
5.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第三镜片(3)与感光芯片(6)之间设有保护窗玻璃(5)。
6.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统，其特征在于：所述的感光芯片(6)为非制冷焦平面探测器，其像素尺寸为17μm×17μm，分辨率为640*512，水平宽度10.88mm，垂直宽度8.704mm，对角线宽度13.93mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710201293.3A CN106842524A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710201293.3A CN106842524A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106842524A true CN106842524A (zh) | 2017-06-13 |
Family
ID=59142509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710201293.3A Pending CN106842524A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106842524A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109782421A (zh) * | 2017-11-14 | 2019-05-21 | 新巨科技股份有限公司 | 三片式红外单波长投影镜片组 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1975499A (zh) * | 2005-12-01 | 2007-06-06 | 索尼株式会社 | 图像拍摄透镜和图像拍摄设备 |
| CN101266327A (zh) * | 2007-03-16 | 2008-09-17 | 亚洲光学股份有限公司 | 超薄型镜头 |
| CN101639563A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 比亚迪股份有限公司 | 一种光学镜头组件 |
| CN201765372U (zh) * | 2010-07-14 | 2011-03-16 | 昆明物理研究所 | 一种超强光大视场温度自适应红外镜头 |
| CN201828703U (zh) * | 2010-10-15 | 2011-05-11 | 北京波谱华光科技有限公司 | 长波消热差红外光学镜头 |
| CN103837963A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-06-04 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型高通光量长波红外消热差镜头 |
| CN103852863A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-06-11 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型长波红外消热差镜头 |
| CN103941379A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-23 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型长波红外定焦镜头 |
| CN204028442U (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-17 | 青岛歌尔声学科技有限公司 | 一种大光圈镜头 |
| CN205691846U (zh) * | 2016-05-27 | 2016-11-16 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统 |
| CN106199919A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-07 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统 |
-
2017
- 2017-03-30 CN CN201710201293.3A patent/CN106842524A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1975499A (zh) * | 2005-12-01 | 2007-06-06 | 索尼株式会社 | 图像拍摄透镜和图像拍摄设备 |
| CN101266327A (zh) * | 2007-03-16 | 2008-09-17 | 亚洲光学股份有限公司 | 超薄型镜头 |
| CN101639563A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 比亚迪股份有限公司 | 一种光学镜头组件 |
| CN201765372U (zh) * | 2010-07-14 | 2011-03-16 | 昆明物理研究所 | 一种超强光大视场温度自适应红外镜头 |
| CN201828703U (zh) * | 2010-10-15 | 2011-05-11 | 北京波谱华光科技有限公司 | 长波消热差红外光学镜头 |
| CN103837963A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-06-04 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型高通光量长波红外消热差镜头 |
| CN103852863A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-06-11 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型长波红外消热差镜头 |
| CN103941379A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-23 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种新型长波红外定焦镜头 |
| CN204028442U (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-17 | 青岛歌尔声学科技有限公司 | 一种大光圈镜头 |
| CN205691846U (zh) * | 2016-05-27 | 2016-11-16 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统 |
| CN106199919A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-07 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109782421A (zh) * | 2017-11-14 | 2019-05-21 | 新巨科技股份有限公司 | 三片式红外单波长投影镜片组 |
| CN109782421B (zh) * | 2017-11-14 | 2021-01-08 | 新巨科技股份有限公司 | 三片式红外单波长投影镜片组 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104932086B (zh) | 一种大孔径大像面光学镜头 | |
| CN103837963B (zh) | 一种新型高通光量长波红外消热差镜头 | |
| CN103941379B (zh) | 一种新型长波红外定焦镜头 | |
| CN105403982A (zh) | 一种高像质用于无人机航拍光学成像镜头 | |
| CN110456486B (zh) | 一种光学成像镜头 | |
| CN205691846U (zh) | 一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统 | |
| CN107422461A (zh) | 监控镜头 | |
| CN103852863B (zh) | 一种新型长波红外消热差镜头 | |
| CN103543515B (zh) | 一种新型长波红外广角镜头 | |
| CN104297905A (zh) | 一种广角镜头 | |
| CN106646823B (zh) | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像系统 | |
| CN106918897A (zh) | 一种紧凑的超广角日夜共焦光学镜头 | |
| CN206270583U (zh) | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像装置 | |
| CN208888455U (zh) | 监控用定焦镜头 | |
| CN106842524A (zh) | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本热成像系统 | |
| CN104459958B (zh) | 一种用于红外相机的定焦镜头 | |
| CN209148949U (zh) | 一种日夜共焦镜头 | |
| CN204188868U (zh) | 一种广角镜头 | |
| CN106680973A (zh) | 小型化大视场高清无热化定焦镜头 | |
| CN206710687U (zh) | 一种智能车载高像素广角镜头 | |
| CN207008166U (zh) | 一种光学消热差的热成像系统 | |
| CN109633866A (zh) | 一种红外共焦广角镜头光学系统 | |
| CN206039012U (zh) | 一种光学红外热成像系统 | |
| CN104777589A (zh) | 一种高低温、红外共焦、高像素、低成本、小畸变光学系统 | |
| CN106199919B (zh) | 一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170613 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |