高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，从物侧至像侧依次设有：第一透镜(1)，所述的第一透镜(1)为正焦距的球面透镜，并且第一透镜(1)为锗系玻璃材质；光阑(4)；第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)为负焦距的非球面透镜，并且第二透镜(2)为硫系玻璃材质；第三透镜(3)，所述的第三透镜(3)为正焦距的球面透镜；感光芯片(5)。本实用新型结构简单，成本低廉。
【专利说明】高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统 【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学系统，更具体地说是高像素、高照度、低成本的红外热成像光 学系统。 【【背景技术】】
[0002] 目前红外热成像镜头的透镜一般都是使用晶体锗和硫化锌材质进行成像，这两类 材料价格较高，而且特别是晶体锗在制造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。
[0003] 因此，本实用新型正是基于以上的不足而产生的。 【【实用新型内容】】
[0004] 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，成本低廉的高像 素、高照度的红外热成像光学系统。
[0005] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0006] 高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:从物侧至像侧依次 设有：
[0007] 第一透镜，所述的第一透镜为正焦距的球面透镜，并且第一透镜1为锗系玻璃材 质；
[0008] 光阑；
[0009] 第二透镜，所述的第二透镜为负焦距的非球面透镜，并且第二透镜为硫系玻璃材 质；
[0010]第三透镜，所述的第三透镜为正焦距的球面透镜；
[0011] 感光芯片。
[0012] 如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:所述的 第三透镜为硫系玻璃材质。
[0013] 如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:所述的 第三透镜与感光芯片之间还设有滤光片。
[0014] 如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:所述的 高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统还包括能驱动第三透镜相对感光芯片来回 移动的马达和控制第三透镜位置的电压计。
[0015] 如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:所述的第 二透镜的非球面表面形状满足方程:Z=CyV{I } ^if"+a5y%ayc+(Ky3^6yie^6y 12+aiyJ4+a8y11,：i 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; 〇1至〇8分别表示各径向 坐标所对应的系数。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型有如下优点：
[0017] 1、本实用新型的第一透镜为采用锗系玻璃材质的球面透镜，晶体锗在制造球面透 镜时可以进行研磨加工，比起车削加工而言加工成本较低。而第二透镜为采用硫系玻璃材 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系玻璃材质需要车削加工而带来的高成本问题。
[0018] 2、本实用新型的第一透镜为正焦距的球面透镜，第二透镜为负焦距的非球面透 镜，第三透镜为正焦距的球面透镜，这样的结构组合使得第二透镜和第三透镜采用价格便 宜的硫系玻璃材质也能使光学系统的整个画面都能清晰成像，整体照度可以达到97%以 上，非常适合应用于黑暗环境中。
[0019] 3、本实用新型的第三镜片能相对感光芯片来回移动，通过移动第三透镜能使光学 系统高低温和近摄距的性能较好，与常温和无限距的性能几乎接近。
[0020] 4、本实用新型结构简单，成本低廉，适合推广应用。 【【附图说明】】
[0021] 图1是本实用新型示意图。 【【具体实施方式】】
[0022] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
[0023] 高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，从物侧至像侧依次设有：
[0024]第一透镜1，所述的第一透镜1为正焦距的球面透镜，并且第一透镜1为锗系玻璃材 质；
[0025]光阑4;
[0026]第二透镜2,所述的第二透镜2为负焦距的非球面透镜，并且第二透镜2为硫系玻璃 材质；
[0027]第三透镜3,所述的第三透镜3为正焦距的球面透镜；
[0028] 感光芯片5。
[0029] 第一透镜1为采用锗系玻璃材质的球面透镜，晶体锗在制造球面透镜时可以进行 研磨加工，比起车削加工而言加工成本较低。而第二透镜2为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 球面透镜采用锗系玻璃材质需要车削加工而带来的高成本问题。
[0030] 所述的第三透镜3为硫系玻璃材质。第一透镜1为正焦距的球面透镜，第二透镜2为 负焦距的非球面透镜，第三透镜3为正焦距的球面透镜，这样的结构组合使得第二透镜2和 第三透镜3采用价格便宜的硫系玻璃材质也能使光学系统的整个画面都能清晰成像，整体 照度可以达到97%以上，非常适合应用于黑暗环境中
[0031] 所述的第三透镜3与感光芯片5之间还设有滤光片6。
[0032] 所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统还包括能驱动第三透镜3相 对感光芯片5来回移动的马达(图中未画出）和控制第三透镜3位置的电压计（图中未画出）。 第三透镜3能够相对于感光芯片5来回移动，从而实现光学系统的高低温共焦。
[0033] 所述的第二透镜2的非球面表面形状满足方程:Z=cyV{ I+m/+?/+ aiyW+ohyb'+at^+o^+oby'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； ^至^分别表示各径向坐标所对应的系数。
[0034]在光学系统设计时，可以通过减少渐晕，甚至不设渐晕来保证边缘尽可能多的光 线到达感光芯片5，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。
[0035]另外，合理的分配第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3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，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。 「00361 下丟为太走田新型走际沿讦宏仿Il的僉救.太沿讦宏仿1丨不沿渐晏"
【主权项】
1. 高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于:从物侧至像侧依次设 有： 第一透镜（1)，所述的第一透镜（1)为正焦距的球面透镜，并且第一透镜（1)为错系玻璃 材质； 光阔(4); 第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)为负焦距的非球面透镜，并且第二透镜(2)为硫系玻 璃材质； 第Ξ透镜(3 )，所述的第Ξ透镜(3)为正焦距的球面透镜； 感光忍片巧）。2. 根据权利要求1所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于： 所述的第Ξ透镜(3)为硫系玻璃材质。3. 根据权利要求1或2所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在 于:所述的第Ξ透镜(3)与感光忍片(5)之间还设有滤光片(6)。4. 根据权利要求3所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在于： 所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统还包括能驱动第Ξ透镜(3)相对感光 忍片(5)来回移动的马达和控制第Ξ透镜(3)位置的电压计。5. 根据权利要求1或2所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像光学系统，其特征在 于：所述的第二透镜（2)的非球面表面形状满足方程：+aiy、呢y4+〇by6+c賊8+.齡1'9+的yU+肪y"+斯y"，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 曲线为楠圆，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;αι至08分别表示各径向坐标所对应的系数。
【文档编号】G02B1/00GK205581389SQ201620380667
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】张艺婷, 李建华, 陈安科, 费穷, 全丽伟, 刘永辉, 龚俊强
【申请人】中山联合光电科技股份有限公司