本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用于監(jiān)控、車載系統(tǒng)的光學(xué)消熱差、高像素、高照度、低成本的紅外熱成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前監(jiān)控、車載系統(tǒng)所用的紅外熱成像鏡頭普遍存在這樣的缺點(diǎn):鏡頭熱差大、成本高等，其一般使用晶體鍺和硫化鋅材質(zhì)進(jìn)行成像，這兩類材料價(jià)格較高，而且在加工非球面透鏡時(shí)只能進(jìn)行車削加工，加工成本高，從而導(dǎo)致紅外熱成像鏡頭成本較高，這兩種材質(zhì)的折射率溫度系數(shù)很大，熱差大，需要使用機(jī)械消熱差，這將會(huì)再次提高成本。

由于存在上述問題，有必要對(duì)其提出解決方案，本發(fā)明正是在這樣的背景下作出的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種光學(xué)消熱差、高像素、高照度、低成本的紅外熱成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)光學(xué)消熱好、像素高、照度高、成本低。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：

一種光學(xué)消熱差、高像素、高照度、低成本的紅外熱成像系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的光闌1，第一鏡片2,第二鏡片3,第三鏡片4,保護(hù)玻璃5以及感光芯片6，所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4均為硫系玻璃的非球面鏡片。

如上所述第一鏡片2、第三鏡片4的焦距為正，所述第二鏡片3的焦距為負(fù)。

如上所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4的非球面面型滿足方程式：

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

上述方程式中參數(shù)c為所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4的半徑所對(duì)應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)，其單位和透鏡長(zhǎng)度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k系數(shù)小于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為雙曲線；當(dāng)k系數(shù)等于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)k系數(shù)介于-1到0之間時(shí)，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k系數(shù)等于0時(shí)，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k系數(shù)大于0時(shí)，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)。

如上所述感光芯片6為非制冷焦平面探測(cè)器，其像素尺寸為17μm×17μm，分辨率為640*512，對(duì)角線高度為13.93mm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、現(xiàn)有高像素?zé)岢上耒R頭普遍采用鍺玻璃非球面和機(jī)械消熱差方法，本發(fā)明采用低價(jià)的硫系玻璃，硫系玻璃的非球面可以進(jìn)行模壓加工，從而使加工成本降低。

2、硫系玻璃的折射率溫度系數(shù)是鍺晶體材料的1/10，故使用硫系玻璃系統(tǒng)的解像隨溫度變化較小，可以通過光學(xué)消熱差實(shí)現(xiàn)解像力穩(wěn)定，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本。

3、本鏡頭采用寬光譜8微米到12微米，1:1:1:1設(shè)計(jì),在遠(yuǎn)紅外光波段有極好的圖像銳利度，整個(gè)畫面都能清晰成像。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適合推廣應(yīng)用。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

如圖1所示，一種光學(xué)消熱差、高像素、高照度、低成本的紅外熱成像系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的光闌1，第一鏡片2,第二鏡片3,第三鏡片4,保護(hù)玻璃5以及感光芯片6，所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4均為硫系玻璃的非球面鏡片，該成像系統(tǒng)光學(xué)消熱好、像素高、照度高、成本低。

如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述第一鏡片2、第三鏡片4的焦距為正，所述第二鏡片3的焦距為負(fù)。

如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4的非球面面型滿足方程式：

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

上述方程式中參數(shù)c為所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4的半徑所對(duì)應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)，其單位和透鏡長(zhǎng)度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k系數(shù)小于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為雙曲線；當(dāng)k系數(shù)等于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)k系數(shù)介于-1到0之間時(shí)，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k系數(shù)等于0時(shí)，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k系數(shù)大于0時(shí)，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)。

如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述感光芯片6為非制冷焦平面探測(cè)器，其像素尺寸為17μm×17μm，分辨率為640*512，對(duì)角線高度為13.93mm。

光學(xué)消熱差的實(shí)現(xiàn)方法：利用紅外硫系材料?，F(xiàn)在紅外主要材料有鍺晶體和硫系玻璃材料。由于鍺屬于晶體，其折射率溫度系數(shù)較大，是硫系玻璃的十倍。故采用硫系玻璃材料其性能隨溫度變化較小，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)消熱差。

高像素的實(shí)現(xiàn)方法是：合理的分配第一鏡片2、第二鏡片3和第三鏡片4的焦距，并依據(jù)焦距選擇合適的折射率材料，從而達(dá)到高效率的材料搭配；并且，采用非球面矯正了紅外色差的缺陷；另外，在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮提升中心解像力的同時(shí)對(duì)像差進(jìn)行校正，從而使周邊視場(chǎng)的畫質(zhì)均勻。

高照度的實(shí)現(xiàn)途徑是：在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過減少漸暈，甚至不設(shè)漸暈來保證邊緣盡可能多的光線到達(dá)感光芯片6，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(dá)到高照度的要求。

低成本的實(shí)現(xiàn)方法是：該系統(tǒng)使用了全硫系紅外材料。以往的紅外熱成像系統(tǒng)多使用鍺和硫化鋅材料，這兩種材料必須進(jìn)行車削加工。采用硫系玻璃材質(zhì)的非球面透鏡，硫系玻璃制造非球面透鏡時(shí)可以進(jìn)行模壓加工。加工效率高，成本低廉，避免了傳統(tǒng)非球面透鏡采用鍺材質(zhì)需要車削加工而帶來的高成本問題，從而使該系統(tǒng)的成本降低。

下面為本發(fā)明新型的實(shí)際設(shè)計(jì)案例：

各個(gè)面的非球面系數(shù)：

其三枚鏡片非球面面型滿足以下方程式:

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

上述方程式中參數(shù)c為所述第一鏡片2、第二鏡片3、第三鏡片4的半徑所對(duì)應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)，其單位和透鏡長(zhǎng)度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k系數(shù)小于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為雙曲線；當(dāng)k系數(shù)等于-1時(shí)，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)k系數(shù)介于-1到0之間時(shí)，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k系數(shù)等于0時(shí)，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k系數(shù)大于0時(shí)，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)。