高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统技术方案

本发明专利技术公开了高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，从物面至像面依次设置有：第一透镜(1)，所述第一透镜(1)为锗材质；第二透镜(2)，所述第二透镜(2)采用硫系玻璃材质；光阑(3)；第三透镜(4),所述第三透镜(4)为锗材质；第四透镜(5)，所述第四透镜(5)为非球面透镜，且所述第四透镜(5)采用硫系玻璃材质；保护玻璃(6)；感光芯片(7)。本发明专利技术结构简单，分辨率高、倍率大、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学系统，尤其是一种高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统。
技术介绍
目前监控系统所用的大倍率的变焦红外热成像镜头普遍存在以下的缺点:焦距倍率小，分辨率低、成本高等，其几乎都使用晶体锗和硫化锌材质进行成像，这两种材料价格较高，而且锗材料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。目前市场上大倍率变焦镜头，体积大，移动透镜组多，造成机械结构复杂，成本高。目前还没有镜头能够同时克服上述缺点，只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现大的变焦距倍率，就得增加系统体积从而提高的成本。因此，本专利技术正是基于以上的不足而产生的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，该成像系统分辨率高、照度高、成本低、倍率大。为解决上述技术问题，本专利技术采用了下述技术方案：高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：第一透镜，所述第一透镜为锗材质；第二透镜，所述第二透镜采用硫系玻璃材质；光阑；第三透镜,所述第三透镜为锗材质；第四透镜，所述第四透镜为非球面透镜，且所述第四透镜采用硫系玻璃材质；保护玻璃；感光芯片。如上所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：所述第一透镜和所述第三透镜的焦距为正，所述第二透镜和所述第四透镜的焦距为负。如上所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：所述第一透镜相对于所述感光芯片(7)固定，所述第二透镜相对于所述感光芯片(7)可沿物象方向前后移动，所述第三透镜相对于所述感光芯片(7)固定，所述第四透镜相对于所述感光芯片(7)可沿物象方向前后移动。如上所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，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*512，对角线高度为13.93mm。如上所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：所述第四透镜(5)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，本专利技术的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，达到了如下效果：1、目前市场上的分辨率高、大倍率的变焦红外热成像镜头普遍采用高价位锗材料的非球面透镜，且移动透镜组一般为三个；本专利技术采用较少的锗材料球面透镜，降低了材料成本及锗材料非球面车削加工成本；同时，本专利技术采用了低价的硫系玻璃透镜，并使用了硫系玻璃的非球面，硫系玻璃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，降低了机械消热差的难度，可以实现解像力稳定。3、目前市场上大部分使用锗材料的变焦红外热成像镜头，由于材料单一，使得镜头的焦距倍率大体积也跟着增大，而本专利技术的焦距倍率大同时体积小。4、目前市场上大部分大倍率变焦红外热成像镜头的像素偏低，通常表现为高倍状态下分辨率低，或者中心分辨率高，周边低，本专利技术的分辨率非常高，从低倍到高倍的整个过程都能够使拍摄到画面清晰、对比度高的图像。【附图说明】下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明，其中：图1为本专利技术示意图；附图说明：1、第一透镜；2、第二透镜；3、光阑；4、第三透镜；5、第四透镜；6、保护玻璃；7、感光芯片。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的实施方式作详细说明。如图1所示，高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：第一透镜1，所述第一透镜1为锗材质；第二透镜2，所述第二透镜2采用硫系玻璃材质；光阑3；第三透镜4,所述第三透镜4为锗材质；第四透镜5，所述第四透镜5为非球面透镜，且所述第四透镜5采用硫系玻璃材质；保护玻璃6；感光芯片7。第二透镜2和第四透镜5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，所以使用硫系玻璃系统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。如图1所示，在本实施例中，所述第一透镜1和所述第三透镜4的焦距为正，所述第二透镜2和所述第四透镜5的焦距为负；可以保证不管是大角度还是大口径的光线入射，都能够进入后面透镜，实现较大的变焦倍率。如图1所示，在本实施例中，所述第一透镜1相对于所述感光芯片7固定，所述第二透镜2相对于所述感光芯片7可沿物象方向前后移动，所述第三透镜4相对于所述感光芯片7固定，所述第四透镜5相对于所述感光芯片7可沿物象方向前后移动。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。如图1所示，在本实施例中，第四透镜5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。透镜变焦移动范围：第一透镜1至第二透镜2之间的间隔为110.54mm-35.859mm；第二透镜2至光阑3之间的间隔为0.95mm-75.6mm；第三透镜4至第四透镜5之间的间隔为29.92mm-33.03mm；本专利技术采用第二透镜2、第四透镜移动5，第三透镜4固定，这样第二透镜2的共轭距改变量经第三透镜4纵向放大之后与第四透镜5引起的共轭距的改变量相抵消，实现像面补偿；第一透镜1弯向光阑3，不仅使第一辅助光线有很好的走向，而且还能够矫正高倍位置的球差和正弦差；合理的分配四个透镜的焦距并根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，采用非球面矫正了像差。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7，并通过控制边缘光线的折射角度，进而减小光线的损失，从而达到高照度的要求。本专利技术采用球面锗镜片及硫系玻璃镜片，并使用了硫系玻璃的非球面；采用锗材料的球面，硫系材料的非球面，避免了锗材料车削加工的昂贵费用；利用硫系玻璃非球面可以进行模压加工的热点，大大降低了加工成本，从而使该系统的成本降低。本专利技术采用第一透镜1和第三透镜4固定，第二透镜2可在第一透镜1和第三透镜4之间沿物象方向移动，在第一透镜1和第三透镜4之间留有较大的空间，使第二透镜2从低倍状态到高倍状态移动量较大；同时，第一透镜1的焦距为正，第二透镜2的焦距为负，保证不管是大角度还是大口径的光线入射，都能够进入后面透镜组，实现较大的变焦倍率。下表为本专利技术实际设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：第一透镜(1)，所述第一透镜(1)为锗材质；第二透镜(2)，所述第二透镜(2)采用硫系玻璃材质；光阑(3)；第三透镜(4),所述第三透镜(4)为锗材质；第四透镜(5)，所述第四透镜(5)为非球面透镜，且所述第四透镜(5)采用硫系玻璃材质；保护玻璃(6)；感光芯片(7)。

【技术特征摘要】
1.高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：第一透镜(1)，所述第一透镜(1)为锗材质；第二透镜(2)，所述第二透镜(2)采用硫系玻璃材质；光阑(3)；第三透镜(4),所述第三透镜(4)为锗材质；第四透镜(5)，所述第四透镜(5)为非球面透镜，且所述第四透镜(5)采用硫系玻璃材质；保护玻璃(6)；感光芯片(7)。2.根据权利要求1所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特征在于：所述第一透镜和所述第三透镜的焦距为正，所述第二透镜和所述第四透镜的焦距为负。3.根据权利要求2所述的高分辨率、高照度、大倍率的变焦红外热成像系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺婷，陈安科，肖明志，
申请(专利权)人：中山联合光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44