CN205691846U - 一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统，从物侧至像侧依次设有：光阑(4)、第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和感光芯片(5)，所述的第一透镜(1)为硫系玻璃非球面衍射透镜，所述的第二透镜(2)和第三透镜(3)均为硫系玻璃非球面透镜，并且，所述的第一透镜(1)和第三透镜(3)的焦距为正，所述的第二透镜(2)的焦距为负。本实用新型结构简单，成本低廉，像素高，清晰度高。

Description

一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种光学系统，更具体地说是一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统。

【背景技术】

目前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。现在只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面,比如为了实现消热差及高像素,就使用了锗玻璃非球面镜片和使用机械消热差(机械消热差不仅增加成本还增加了系统的体积和繁琐的电路),提高了成本,不能满足消费者低成本的需求。

为了解决上述所存在的问题,本实用新型作出有益的改进。

【实用新型内容】

本实用新型目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低廉，像素高，清晰度高的光学消热差、高像素、低成本热成像系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：从物侧至像侧依次设有：光阑4、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和感光芯片5，所述的第一透镜1为硫系玻璃非球面衍射透镜，所述的第二透镜2和第三透镜3均为硫系玻璃非球面透镜，并且，所述的 第一透镜1和第三透镜3的焦距为正，所述的第二透镜2的焦距为负。

如上所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第二透镜2朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第三透镜3朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面。

如上所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1的非球面衍射面面型满足如下方程：

其中，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，b₁至b₈分别表示衍射面相位调制函数系数,λ为主波长12μm，n为镜片的折射率。

如上所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第二透镜2和第三透镜3的非球面表面形状满足如下方程：

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}+a_1{y}^2+a_2{y}^4+a_3{y}^6+a_4{y}^8+a_5{y}^{10}+a_6{y}^{12}+a_7{y}^{14}+a_8{y}^{16}$

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、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第三透镜3与感光芯片5之间设有保护玻璃6。

如上所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的感光芯片5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8.7mm，对角线宽度13.93mm

与现有技术相比，本实用新型有如下优点：

1、本实用新型所述的第一透镜为硫系玻璃非球面衍射透镜，第二透镜和第三透镜均为硫系玻璃非球面透镜，并且，第一透镜和第三透镜的焦距为正，第二透镜的焦距为负。所以采用了光学消热差,并采用硫系玻璃非球面透镜和硫系玻璃非球面衍射透镜，成本大幅降低，而且整个画面清晰度高，在高低温情况下，光学性能稳定而不跑焦。

2、本实用新型采用宽光谱8微米到14微米，1:1:1:1设计,在远红外光波段有极好的图像锐利度。

3、本实用新型结构简单，成本低廉，像素高，清晰度高，适 合推广应用。

【附图说明】

图1是本实用新型示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统，从物侧至像侧依次设有：光阑4、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和感光芯片5，所述的第一透镜1为硫系玻璃非球面衍射透镜，所述的第二透镜2和第三透镜3均为硫系玻璃非球面透镜，并且，所述的第一透镜1和第三透镜3的焦距为正，所述的第二透镜2的焦距为负。

所述的第一透镜1朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第二透镜2朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第三透镜3朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面。

采用的硫系玻璃对应折射率温度系数较低,同时采用衍射面具有与折射面相反的热差系数使高低温时面型产生的焦距变化互补,从而使高低温时像质保持不变，从而达到光学消热差的目的。

在设计中，可以通过以下几点来实现高像素：1、高效率的材料搭配,依据各个透镜的正负,合理地分配折射率N_10.6和阿贝数V_10.6值,再依此选择合适的材料；2、采用的衍射面具有与折射面相反的色差系数，从而使硫系玻璃材料难以矫正的红外色差的缺陷消除；3、设计时重点提升中心分辨率的同时,充分重视周边视场的像差校正,保证 整个画面画质均匀；4、采用光谱8微米到14微米，1:1:1:1设计,从而保证了高质的图像锐利度。

所述的第三透镜3与感光芯片5之间设有保护玻璃6。

所述的第一透镜1的非球面衍射面面型满足如下方程：

其中，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，b₁至b₈分别表示衍射面相位调制函数系数,λ为主波长12μm，n为镜片的折射率。

所述的第二透镜2和第三透镜3的非球面表面形状满足如下方程：

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}}+a_1{y}^2+a_2{y}^4+a_3{y}^6+a_4{y}^8+a_5{y}^{10}+a_6{y}^{12}+a_7{y}^{14}+a_8{y}^{16}$

在上述公式中，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。

本实用新型的实际设计案例参数如下：

面编号	面型	半径R	厚度	材料	有效直径
						OBJ	标准球面	INFINITY	INFINITY	AIR	INFINITY
光阑	标准球面	INFINITY	2.00	AIR	15
						S2	二元衍射面	115.606	6.81	IRG206	15.85
S3	二元衍射面	-54.898	6.68	AIR	20.43
						S4	偶数非球面	-10.627	6.34	IRG206	19.02
S5	偶数非球面	-12.628	0.2	AIR	20.59
						S6	偶数非球面	21.910	4.71	IRG207	24
S7	偶数非球面	23.038	8.47	AIR	21.66
						S8	标准球面	INFINITY	1	GERMANIUM	14.86
S9	标准球面	INFINITY	0.1	AIR	14.61
						像面	标准球面	INFINITY			14.50

第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的各个面的非球面系数：

第一透镜1两面的相位调制函数的系数：

b1

b2

b3

b4

b5

b6

S2

1.199

2.220E-3

-9.512E-6

3.961E-6

-7.625E-8

5.987E-10

S3

-1.581

6.254E-3

-1.182E-4

1.420E-6

-8.492E-9

1.552E-11

Claims (6)

1.一种光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：从物侧至像侧依次设有：光阑(4)、第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和感光芯片(5)，所述的第一透镜(1)为硫系玻璃非球面衍射透镜，所述的第二透镜(2)和第三透镜(3)均为硫系玻璃非球面透镜，并且，所述的第一透镜(1)和第三透镜(3)的焦距为正，所述的第二透镜(2)的焦距为负。

2.根据权利要求1所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第二透镜(2)朝向物侧的表面为凹面、朝向像侧的表面为凸面；所述的第三透镜(3)朝向物侧的表面为凸面、朝向像侧的表面为凹面。

3.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)的非球面衍射面面型满足如下方程：

其中，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，b₁至b₈分别表示衍射面相位调制函数系数,λ为主波长12μm，n为镜片的折射率。

4.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第二透镜(2)和第三透镜(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、低成本热成像系统，其特征在于：所述的第三透镜(3)与感光芯片(5)之间设有保护玻璃(6)。

6.根据权利要求1或2所述的光学消热差、高像素、低成本热成像系统，其特征在于：所述的感光芯片(5)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8.7mm，对角线宽度13.93mm。