一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统的制作方法

本发明涉及一种光学成像系统，尤其涉及一种应用于监控、车载系统的光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统。

背景技术：

目前监控、车载系统所用的红外热成像镜头普遍存在这样的缺点:镜头热差大、成本高等，其一般使用晶体锗和硫化锌材质进行成像，这两类材料价格较高，而且在加工非球面透镜时只能进行车削加工，加工成本高，从而导致红外热成像镜头成本较高，这两种材质的折射率温度系数很大，热差大，需要使用机械消热差，这将会再次提高成本。

由于存在上述问题，有必要对其提出解决方案，本发明正是在这样的背景下作出的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统，该成像系统光学消热好、像素高、照度高、成本低。

为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统，包括依次设置的光阑1，第一镜片2,第二镜片3,第三镜片4,保护玻璃5以及感光芯片6，所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4均为硫系玻璃的非球面镜片。

如上所述第一镜片2、第三镜片4的焦距为正，所述第二镜片3的焦距为负。

如上所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4的非球面面型满足方程式：

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

上述方程式中参数c为所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4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；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

如上所述感光芯片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，对角线高度为13.93mm。

本发明的有益效果是：

1、现有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，本发明采用低价的硫系玻璃，硫系玻璃的非球面可以进行模压加工，从而使加工成本降低。

2、硫系玻璃的折射率温度系数是锗晶体材料的1/10，故使用硫系玻璃系统的解像随温度变化较小，可以通过光学消热差实现解像力稳定，降低了结构的复杂性和成本。

3、本镜头采用宽光谱8微米到12微米，1:1:1:1设计,在远红外光波段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为本发明的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

如图1所示，一种光学消热差、高像素、高照度、低成本的红外热成像系统，包括依次设置的光阑1，第一镜片2,第二镜片3,第三镜片4,保护玻璃5以及感光芯片6，所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4均为硫系玻璃的非球面镜片，该成像系统光学消热好、像素高、照度高、成本低。

如图1所示，在本实施例中，所述第一镜片2、第三镜片4的焦距为正，所述第二镜片3的焦距为负。

如图1所示，在本实施例中，所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4的非球面面型满足方程式：

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

上述方程式中参数c为所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4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；α₁至α₈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，对角线高度为13.93mm。

光学消热差的实现方法：利用红外硫系材料。现在红外主要材料有锗晶体和硫系玻璃材料。由于锗属于晶体，其折射率温度系数较大，是硫系玻璃的十倍。故采用硫系玻璃材料其性能随温度变化较小，能够实现光学消热差。

高像素的实现方法是：合理的分配第一镜片2、第二镜片3和第三镜片4的焦距，并依据焦距选择合适的折射率材料，从而达到高效率的材料搭配；并且，采用非球面矫正了红外色差的缺陷；另外，在光学系统设计时考虑提升中心解像力的同时对像差进行校正，从而使周边视场的画质均匀。

高照度的实现途径是：在光学系统设计时，通过减少渐晕，甚至不设渐晕来保证边缘尽可能多的光线到达感光芯片6，而且通过控制边缘光线的折射角度，从而减小光线的损失，从而达到高照度的要求。

低成本的实现方法是：该系统使用了全硫系红外材料。以往的红外热成像系统多使用锗和硫化锌材料，这两种材料必须进行车削加工。采用硫系玻璃材质的非球面透镜，硫系玻璃制造非球面透镜时可以进行模压加工。加工效率高，成本低廉，避免了传统非球面透镜采用锗材质需要车削加工而带来的高成本问题，从而使该系统的成本降低。

下面为本发明新型的实际设计案例：

各个面的非球面系数：

其三枚镜片非球面面型满足以下方程式:

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

上述方程式中参数c为所述第一镜片2、第二镜片3、第三镜片4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；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。