高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置的製作方法
2023-05-19 10:37:16 2
本實用新型涉及光學系統，尤其是一種高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置。
背景技術：
：目前監控系統所用的大倍率的變焦紅外熱成像鏡頭普遍存在以下的缺點:焦距倍率小，解析度低、成本高等，其幾乎都使用晶體鍺和硫化鋅材質進行成像，這兩種材料價格較高，而且鍺材料在加工非球面透鏡時只能進行車削加工，加工成本高，從而導致紅外熱成像鏡頭成本較高。目前市場上大倍率變焦鏡頭，體積大，移動透鏡組多，造成機械結構複雜，成本高。目前還沒有鏡頭能夠同時克服上述缺點，只有少數鏡頭，在犧牲其它方面的情況下改善某個方面，比如為了實現大的變焦距倍率，就得增加裝置體積從而提高的成本。因此，本實用新型正是基於以上的不足而產生的。技術實現要素：本實用新型要解決的技術問題是提供一種高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，該成像裝置解析度高、照度高、成本低、倍率大。為解決上述技術問題，本實用新型採用了下述技術方案：高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：從物面至像面依次設置有：第一透鏡，所述第一透鏡為鍺材質；第二透鏡，所述第二透鏡採用硫系玻璃材質；光闌；第三透鏡,所述第三透鏡為鍺材質；第四透鏡，所述第四透鏡為非球面透鏡，且所述第四透鏡採用硫系玻璃材質；保護玻璃；感光晶片。如上所述的高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：所述第一透鏡和所述第三透鏡的焦距為正，所述第二透鏡和所述第四透鏡的焦距為負。如上所述的高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：所述第一透鏡相對於所述感光晶片(7)固定，所述第二透鏡相對於所述感光晶片(7)可沿物象方向前後移動，所述第三透鏡相對於所述感光晶片(7)固定，所述第四透鏡相對於所述感光晶片(7)可沿物象方向前後移動。如上所述的高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：所述感光晶片(7)為非製冷焦平面探測器，其像素尺寸為17μm×17μm，解析度為640*512，對角線高度為13.93mm。如上所述的高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：所述第四透鏡(5)的非球面表面形狀滿足方程式：上述方程式中參數c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線係數；當k係數小於-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當k係數等於-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k係數介於-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k係數等於0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k係數大於0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；α1至α8分別表示各徑向坐標所對應的係數。與現有技術相比，本實用新型的高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，達到了如下效果：1、目前市場上的解析度高、大倍率的變焦紅外熱成像鏡頭普遍採用高價位鍺材料的非球面透鏡，且移動透鏡組一般為三個；本實用新型採用較少的鍺材料球面透鏡，降低了材料成本及鍺材料非球面車削加工成本；同時，本實用新型採用了低價的硫系玻璃透鏡，並使用了硫系玻璃的非球面，硫系玻璃非球面可以進行模壓加工，從而使加工成本降低。2、硫系玻璃的折射率溫度係數是鍺晶體材料的1/10，故使用硫系玻璃系統的解像隨溫度變化較小，降低了機械消熱差的難度，可以實現解像力穩定。3、目前市場上大部分使用鍺材料的變焦紅外熱成像鏡頭，由於材料單一，使得鏡頭的焦距倍率大體積也跟著增大，而本實用新型的焦距倍率大同時體積小。4、目前市場上大部分大倍率變焦紅外熱成像鏡頭的像素偏低，通常表現為高倍狀態下解析度低，或者中心解析度高，周邊低，本實用新型的解析度非常高，從低倍到高倍的整個過程都能夠使拍攝到畫面清晰、對比度高的圖像。【附圖說明】下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細說明，其中：圖1為本實用新型示意圖；附圖說明：1、第一透鏡；2、第二透鏡；3、光闌；4、第三透鏡；5、第四透鏡；6、保護玻璃；7、感光晶片。【具體實施方式】下面結合附圖對本實用新型的實施方式作詳細說明。如圖1所示，高解析度、高照度、大倍率的變焦紅外熱成像裝置，其特徵在於：從物面至像面依次設置有：第一透鏡1，所述第一透鏡1為鍺材質；第二透鏡2，所述第二透鏡2採用硫系玻璃材質；光闌3；第三透鏡4,所述第三透鏡4為鍺材質；第四透鏡5，所述第四透鏡5為非球面透鏡，且所述第四透鏡5採用硫系玻璃材質；保護玻璃6；感光晶片7。第二透鏡2和第四透鏡5採用硫系玻璃材質，硫系玻璃的折射率溫度係數是鍺晶體材料的十分之一，所以使用硫系玻璃系統的解像隨溫度變化較小，從而實現解像力穩定，降低結構的複雜性和成本。如圖1所示，在本實施例中，所述第一透鏡1和所述第三透鏡4的焦距為正，所述第二透鏡2和所述第四透鏡5的焦距為負；可以保證不管是大角度還是大口徑的光線入射，都能夠進入後面透鏡，實現較大的變焦倍率。如圖1所示，在本實施例中，所述第一透鏡1相對於所述感光晶片7固定，所述第二透鏡2相對於所述感光晶片7可沿物象方向前後移動，所述第三透鏡4相對於所述感光晶片7固定，所述第四透鏡5相對於所述感光晶片7可沿物象方向前後移動。如圖1所示，在本實施例中，所述感光晶片7為非製冷焦平面探測器，其像素尺寸為17μm×17μm，解析度為640*512，對角線高度為13.93mm。如圖1所示，在本實施例中，第四透鏡5的非球面表面形狀滿足方程式：上述方程式中參數c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線係數；當k係數小於-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當k係數等於-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k係數介於-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k係數等於0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k係數大於0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；α1至α8分別表示各徑向坐標所對應的係數。透鏡變焦移動範圍：第一透鏡1至第二透鏡2之間的間隔為110.54mm-35.859mm；第二透鏡2至光闌3之間的間隔為0.95mm-75.6mm；第三透鏡4至第四透鏡5之間的間隔為29.92mm-33.03mm；本實用新型採用第二透鏡2、第四透鏡移動5，第三透鏡4固定，這樣第二透鏡2的共軛距改變量經第三透鏡4縱向放大之後與第四透鏡5引起的共軛距的改變量相抵消，實現像面補償；第一透鏡1彎向光闌3，不僅使第一輔助光線有很好的走向，而且還能夠矯正高倍位置的球差和正弦差；合理的分配四個透鏡的焦距並根據焦距選擇合適的折射率材料，從而達到高效率的材料搭配；並且，採用非球面矯正了像差。在光學系統設計時，通過減少漸暈，甚至不設漸暈來保證邊緣儘可能多的光線到達感光晶片7，並通過控制邊緣光線的折射角度，進而減小光線的損失，從而達到高照度的要求。本實用新型採用球面鍺鏡片及硫系玻璃鏡片，並使用了硫系玻璃的非球面；採用鍺材料的球面，硫系材料的非球面，避免了鍺材料車削加工的昂貴費用；利用硫系玻璃非球面可以進行模壓加工的熱點，大大降低了加工成本，從而使該裝置的成本降低。本實用新型採用第一透鏡1和第三透鏡4固定，第二透鏡2可在第一透鏡1和第三透鏡4之間沿物象方向移動，在第一透鏡1和第三透鏡4之間留有較大的空間，使第二透鏡2從低倍狀態到高倍狀態移動量較大；同時，第一透鏡1的焦距為正，第二透鏡2的焦距為負，保證不管是大角度還是大口徑的光線入射，都能夠進入後面透鏡組，實現較大的變焦倍率。下表為本實用新型實際設計案例的參數：如上表格之中，S1，S2對應第一透鏡1的兩個面，S3，S4對應第二透鏡2的兩個面，S6，S7對應第三透鏡4的兩個面，S8，S9對應第四透鏡5的兩個面，S10，S11對應保護玻璃6的兩個面。下表是第四透鏡5的曲面參數：ka2a3a4a5a6a7a8S81.295-9.85E-6-3.57E-8-3.63E-108.39E-13-9.75E-152.48E-172.15E-19S92.257-1.486E-5-1.378E-74.541E-10-1.258E-11-1.939E-149.354E-16-1.763E-18當前第1頁1 2 3