CN106646823B - 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** - Google Patents
一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN106646823B CN106646823B CN201611067180.0A CN201611067180A CN106646823B CN 106646823 B CN106646823 B CN 106646823B CN 201611067180 A CN201611067180 A CN 201611067180A CN 106646823 B CN106646823 B CN 106646823B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- coefficient
- thermal imaging
- pixel
- infrared thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005286 illumination Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 8
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
- G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
- G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
- G02B13/0035—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having three lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
- G02B13/008—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras designed for infrared light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,从物侧至像侧依次设置有:光阑(1);第一镜片(2),所述第一镜片(2)为球面镜片,且所述第一镜片(2)采用硫系玻璃材质;第二镜片(3),所述第二镜片(3)为非球面镜片,且所述第二镜片(3)采用硫化锌材质;第三镜片(4),所述第三镜片(4)为球面镜片;保护玻璃(5);感光芯片(6)。本发明结构简单,成本低廉。
Description
【技术领域】
本发明涉及光学***,尤其是一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***。
【背景技术】
目前车载***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,其一般使用晶体锗材质进行成像,这种材料价格较高,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。这种材料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。
因此,本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,该成像***像素高、照度高、成本低。
为解决上述技术问题,本发明采用了下述技术方案:一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:从物侧至像侧依次设置有:
光阑;
第一透镜,所述第一透镜为球面透镜,且所述第一透镜采用硫系玻璃材质;
第二透镜,所述第二透镜为非球面透镜,且所述第二透镜采用硫化锌材质;
第三透镜,所述第三透镜为球面透镜;
保护玻璃;
感光芯片。
如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:所述第一透镜、第三透镜为正焦距透镜,所述第二透镜为负焦距透镜。
如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:所述第三透镜采用硫系玻璃材质。
如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:所述感光芯片为非制冷焦平面探测器,其像素尺寸为17μm×17μm,分辨率为640*480,对角线高度为13.6mm。
如上所述的高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:所述第二透镜的非球面表面形状满足方程式:
上述方程式中参数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;α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
与现有技术相比,本发明的一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,达到了如下效果:
1、现有高像素热成像镜头普遍采用锗材料的非球面和机械消热差方法,本发明的第一透镜和第三透镜采用低价的硫系玻璃材质,第二透镜采用硫化锌材质的非球面透镜,硫化锌材料的非球面可以进行精密模压,加工效率高,成本低廉;
2、本发明采用的硫系玻璃的折射率温度系数是锗晶体材料的十分之一,所以使用硫系玻璃***的解像随温度变化较小,从而实现解像力稳定,降低结构的复杂性和成本;
3、本发明的透镜采用宽光谱7.5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,整个画面都能清晰成像,且硫化锌透镜具有显著的调制传递函数性质,使成像细节更加清晰;
4、本发明结构简单,成本低廉,适合推广应用。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明,其中:
图1为本发明示意图。
附图说明:1、光阑;2、第一透镜;3、第二透镜;4、第三透镜;5、保护玻璃;6、感光芯片。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示,一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,从物侧至像侧依次设置有:
光阑1;
第一透镜2,所述第一透镜2为球面透镜,且所述第一透镜2采用硫系玻璃材质;
第二透镜3,所述第二透镜3为非球面透镜,且所述第二透镜3采用硫化锌材质;
第三透镜4,所述第三透镜4为球面透镜;
保护玻璃5;
感光芯片6。
第一透镜2采用硫系玻璃材质,硫系玻璃的折射率温度系数是锗晶体材料的十分之一,所以使用硫系玻璃***的解像随温度变化较小,从而实现解像力稳定,降低结构的复杂性和成本;第二透镜3采用硫化锌材质的非球面透镜,硫化锌材料的非球面可以进行精密模压,加工效率高,成本低廉,并且硫化锌材质的透镜具有显著的调制传递函数性质,使成像细节更加清晰。
如图1所示,在本实施例中,所述第一透镜2、第三透镜4为正焦距透镜,所述第二透镜3为负焦距透镜;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。
如图1所示,在本实施例中,所述第三透镜4采用硫系玻璃材质,加工效率高,成本低廉。
如图1所示,在本实施例中,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*480,对角线高度为13.6mm。
如图1所示,在本实施例中,第二透镜3的非球面表面形状满足方程式:
上述方程式中参数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;α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
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,采用非球面矫正了红外色差的缺陷;另外,在光学***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。
在光学***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。
本发明采用低价的硫系玻璃和硫化锌材质,以往的红外热成像***多使用锗材料,锗材料价格较高且这种材料的非球面必须进行车削加工。本发明的第二透镜使用了硫化锌非球面,硫化锌材料的非球面可以进行精密模压,从而使加工成本降低,提高加工效率高,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***的成本降低。
下表为本发明实际设计案例的参数:
如上表格之中,S2,S3对应第一透镜2的两个面,S4,S5对应第二透镜3的两个面,S6,S7对应第三透镜4的两个面,S8,S9对应保护玻璃5的两个面。
下表是第二透镜3的曲面参数:
k | a<sub>2</sub> | a<sub>3</sub> | a<sub>4</sub> | a<sub>5</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>7</sub> | a<sub>8</sub> | |
S4 | -0.903 | 1.082E-4 | -8.824E-6 | -2.281E-7 | 6.034E-9 | -1.231E-10 | 1.382E-12 | -6.621E-15 |
S5 | -11.54 | -4.230E-4 | 1.472E-5 | -2.136E-7 | 2.523E-9 | -2.504E-11 | 2.752E-13 | -1.795E-15 |
Claims (3)
1.一种高像素、高照度、低成本的红外热成像***,其特征在于:从物侧至像侧依次设置为:
光阑(1);
第一透镜(2),所述第一透镜(2)为球面透镜,且所述第一透镜(2)采用硫系玻璃材质;
第二透镜(3),所述第二透镜(3)为非球面透镜,且所述第二透镜(3)采用硫化锌材质;
第三透镜(4),所述第三透镜(4)为球面透镜;
保护玻璃(5);
感光芯片(6);
所述第一透镜(2)、第三透镜(4)为正焦距透镜,所述第二透镜(3)为负焦距透镜,所述第三透镜(4)采用硫系玻璃材质,具有光焦度的透镜只有三片。
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***,其特征在于: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*480,对角线高度为13.6mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611067180.0A CN106646823B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611067180.0A CN106646823B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106646823A CN106646823A (zh) | 2017-05-10 |
CN106646823B true CN106646823B (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=58811819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611067180.0A Active CN106646823B (zh) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106646823B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108107548B (zh) * | 2017-11-03 | 2021-11-30 | 玉晶光电(厦门)有限公司 | 光学透镜组 |
CN110542980A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-12-06 | 广州长步道光电科技有限公司 | 一种焦距35mm高分辨率低畸变长波红外镜头 |
CN111258033B (zh) * | 2020-03-27 | 2022-04-05 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头 |
CN113885183B (zh) * | 2021-09-18 | 2023-01-06 | 安徽光智科技有限公司 | 一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4631753B2 (ja) * | 2006-03-10 | 2011-02-16 | 住友電気工業株式会社 | 赤外線レンズ及び赤外線カメラ |
JP2009063942A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-03-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 遠赤外線カメラ用レンズ、レンズユニット及び撮像装置 |
JP2009063941A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-03-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 遠赤外線カメラ用レンズ、レンズユニット及び撮像装置 |
US20120212807A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-23 | Tamron Co., Ltd. | Infrared Lens |
CN206270583U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-06-20 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像装置 |
-
2016
- 2016-11-28 CN CN201611067180.0A patent/CN106646823B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106646823A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106597641B (zh) | 小型低成本4mp无热化定焦镜头 | |
CN106646823B (zh) | 一种高像素、高照度、低成本的红外热成像*** | |
CN110361833B (zh) | 一种光学成像镜头 | |
CN111999869B (zh) | 一种红外共焦的变焦镜头 | |
CN103576297A (zh) | 摄像镜头 | |
CN110596857B (zh) | 广角镜头及成像设备 | |
CN108445608B (zh) | 高像素广角红外光学***及其应用的摄像模组 | |
CN108693632B (zh) | 一种微型广角成像镜头光学*** | |
CN209746254U (zh) | 一种超短ttl日夜共焦镜头 | |
CN110456486B (zh) | 一种光学成像镜头 | |
CN203606558U (zh) | 摄像镜头 | |
CN110658610A (zh) | 一种4k行车记录仪镜头 | |
TW201923407A (zh) | 光學取像鏡組、取像裝置及電子裝置 | |
CN205691846U (zh) | 一种光学消热差、高像素、低成本热成像*** | |
TWI630411B (zh) | 光學系統 | |
CN111638586B (zh) | 一种玻塑混合红外共焦镜头 | |
CN212515184U (zh) | 一种高像素大光圈广角镜头 | |
CN212540843U (zh) | 一种便携式大视场红外测温镜头 | |
CN206671663U (zh) | 一种超广角日夜共焦光学镜头 | |
CN205581389U (zh) | 高像素、高照度、低成本的红外热成像光学*** | |
CN217425807U (zh) | 高像素大靶面大光圈广角监控光学***及其应用的摄像模组 | |
CN107102424B (zh) | 一种大光圈长焦光学成像*** | |
CN211627916U (zh) | 一种4k行车记录仪镜头 | |
CN111103674B (zh) | 一种光学成像镜头 | |
CN213690088U (zh) | 一种光学成像镜头 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |