高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，從物側至像側依次設有：第一透鏡(1)，所述的第一透鏡(1)為正焦距的球面透鏡，并且第一透鏡(1)為鍺系玻璃材質；光闌(4)；第二透鏡(2)，所述的第二透鏡(2)為負焦距的非球面透鏡，并且第二透鏡(2)為硫系玻璃材質；第三透鏡(3)，所述的第三透鏡(3)為正焦距的球面透鏡；感光芯片(5)。本實用新型結構簡單，成本低廉。
【專利說明】高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統 【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及光學系統，更具體地說是高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光 學系統。 【【背景技術】】
[0002] 目前紅外熱成像鏡頭的透鏡一般都是使用晶體鍺和硫化鋅材質進行成像，這兩類 材料價格較高，而且特別是晶體鍺在制造非球面透鏡時只能進行車削加工，加工成本高，從 而導致紅外熱成像鏡頭成本較高。
[0003] 因此，本實用新型正是基于以上的不足而產生的。 【【實用新型內容】】
[0004] 本實用新型目的是克服了現有技術的不足，提供一種結構簡單，成本低廉的高像 素、高照度的紅外熱成像光學系統。
[0005] 本實用新型是通過以下技術方案實現的：
[0006] 高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:從物側至像側依次 設有：
[0007] 第一透鏡，所述的第一透鏡為正焦距的球面透鏡，并且第一透鏡1為鍺系玻璃材 質；
[0008] 光闌；
[0009] 第二透鏡，所述的第二透鏡為負焦距的非球面透鏡，并且第二透鏡為硫系玻璃材 質；
[0010]第三透鏡，所述的第三透鏡為正焦距的球面透鏡；
[0011] 感光芯片。
[0012] 如上所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:所述的 第三透鏡為硫系玻璃材質。
[0013] 如上所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:所述的 第三透鏡與感光芯片之間還設有濾光片。
[0014] 如上所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:所述的 高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統還包括能驅動第三透鏡相對感光芯片來回 移動的馬達和控制第三透鏡位置的電壓計。
[0015] 如上所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:所述的第 二透鏡的非球面表面形狀滿足方程:Z=CyV{I } ^if"+a5y%ayc+(Ky3^6yie^6y 12+aiyJ4+a8y11,：i 在公式中，參數c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐 二次曲線系數；當k系數小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線，當k系數等于-1時，透鏡的面 形曲線為拋物線；當k系數介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k系數等于0時，透 鏡的面形曲線為圓形，當k系數大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形; 〇1至〇8分別表示各徑向 坐標所對應的系數。
[0016] 與現有技術相比，本實用新型有如下優點：
[0017] 1、本實用新型的第一透鏡為采用鍺系玻璃材質的球面透鏡，晶體鍺在制造球面透 鏡時可以進行研磨加工，比起車削加工而言加工成本較低。而第二透鏡為采用硫系玻璃材 質的非球面透鏡，硫系玻璃制造非球面透鏡時可以進行模壓加工，加工效率高，成本低廉， 避免了傳統非球面透鏡采用鍺系玻璃材質需要車削加工而帶來的高成本問題。
[0018] 2、本實用新型的第一透鏡為正焦距的球面透鏡，第二透鏡為負焦距的非球面透 鏡，第三透鏡為正焦距的球面透鏡，這樣的結構組合使得第二透鏡和第三透鏡采用價格便 宜的硫系玻璃材質也能使光學系統的整個畫面都能清晰成像，整體照度可以達到97%以 上，非常適合應用于黑暗環境中。
[0019] 3、本實用新型的第三鏡片能相對感光芯片來回移動，通過移動第三透鏡能使光學 系統高低溫和近攝距的性能較好，與常溫和無限距的性能幾乎接近。
[0020] 4、本實用新型結構簡單，成本低廉，適合推廣應用。 【【附圖說明】】
[0021] 圖1是本實用新型示意圖。 【【具體實施方式】】
[0022] 下面結合附圖對本實用新型作進一步描述：
[0023] 高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，從物側至像側依次設有：
[0024]第一透鏡1，所述的第一透鏡1為正焦距的球面透鏡，并且第一透鏡1為鍺系玻璃材 質；
[0025]光闌4;
[0026]第二透鏡2,所述的第二透鏡2為負焦距的非球面透鏡，并且第二透鏡2為硫系玻璃 材質；
[0027]第三透鏡3,所述的第三透鏡3為正焦距的球面透鏡；
[0028] 感光芯片5。
[0029] 第一透鏡1為采用鍺系玻璃材質的球面透鏡，晶體鍺在制造球面透鏡時可以進行 研磨加工，比起車削加工而言加工成本較低。而第二透鏡2為采用硫系玻璃材質的非球面透 鏡，硫系玻璃制造非球面透鏡時可以進行模壓加工，加工效率高，成本低廉，避免了傳統非 球面透鏡采用鍺系玻璃材質需要車削加工而帶來的高成本問題。
[0030] 所述的第三透鏡3為硫系玻璃材質。第一透鏡1為正焦距的球面透鏡，第二透鏡2為 負焦距的非球面透鏡，第三透鏡3為正焦距的球面透鏡，這樣的結構組合使得第二透鏡2和 第三透鏡3采用價格便宜的硫系玻璃材質也能使光學系統的整個畫面都能清晰成像，整體 照度可以達到97%以上，非常適合應用于黑暗環境中
[0031] 所述的第三透鏡3與感光芯片5之間還設有濾光片6。
[0032] 所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統還包括能驅動第三透鏡3相 對感光芯片5來回移動的馬達(圖中未畫出）和控制第三透鏡3位置的電壓計（圖中未畫出）。 第三透鏡3能夠相對于感光芯片5來回移動，從而實現光學系統的高低溫共焦。
[0033] 所述的第二透鏡2的非球面表面形狀滿足方程:Z=cyV{ I+m/+?/+ aiyW+ohyb'+at^+o^+oby'在公式中，參數c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透 鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數；當k系數小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線，當k 系數等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢 圓，當k系數等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k系數大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形； ^至^分別表示各徑向坐標所對應的系數。
[0034]在光學系統設計時，可以通過減少漸暈，甚至不設漸暈來保證邊緣盡可能多的光 線到達感光芯片5，而且通過控制邊緣光線的折射角度，從而減小光線的損失，從而達到高 照度的要求。
[0035]另外，合理的分配第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3的焦距，并依據焦距選擇合 適的折射率材料，從而達到高效率的材料搭配;并且，在光學系統設計時考慮提升中心解像 力的同時對像差進行校正，從而使周邊視場的畫質均勻。 「00361 下丟為太走田新型走際沿訐宏仿Il的僉救.太沿訐宏仿1丨不沿漸晏"
【主權項】
1. 高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于:從物側至像側依次設 有： 第一透鏡（1)，所述的第一透鏡（1)為正焦距的球面透鏡，并且第一透鏡（1)為錯系玻璃 材質； 光闊(4); 第二透鏡(2)，所述的第二透鏡(2)為負焦距的非球面透鏡，并且第二透鏡(2)為硫系玻 璃材質； 第Ξ透鏡(3 )，所述的第Ξ透鏡(3)為正焦距的球面透鏡； 感光忍片巧）。2. 根據權利要求1所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于： 所述的第Ξ透鏡(3)為硫系玻璃材質。3. 根據權利要求1或2所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在 于:所述的第Ξ透鏡(3)與感光忍片(5)之間還設有濾光片(6)。4. 根據權利要求3所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在于： 所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統還包括能驅動第Ξ透鏡(3)相對感光 忍片(5)來回移動的馬達和控制第Ξ透鏡(3)位置的電壓計。5. 根據權利要求1或2所述的高像素、高照度、低成本的紅外熱成像光學系統，其特征在 于：所述的第二透鏡（2)的非球面表面形狀滿足方程：+aiy、呢y4+〇by6+c賊8+.齡1'9+的yU+肪y"+斯y"，在公式中，參數C為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其 單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數;當k系數小于-1時，透鏡的面形曲線為雙 曲線，當k系數等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數介于-1到0之間時，透鏡的面形 曲線為楠圓，當k系數等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k系數大于0時，透鏡的面形曲線 為扁圓形;αι至08分別表示各徑向坐標所對應的系數。
【文檔編號】G02B1/00GK205581389SQ201620380667
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】張藝婷, 李建華, 陳安科, 費窮, 全麗偉, 劉永輝, 龔俊強
【申請人】中山聯合光電科技股份有限公司