CN102131054A - 一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置，装置具有与摄像镜头组焦距相同或相接近并在成像面上设置有补光光源的光源镜头组，以及用于同步调整光源镜头组的光学变焦透镜与摄像镜头组的光学变焦透镜的连动机构。由于采用了焦距相同或相接近的光源镜头组，在改变摄像镜头组光学系统焦距的同时，连动机构也相应改变了光源镜头组光学系统的焦距，从而将设置在光源镜头组上的LED灯或激光器发出的全部光能集中照射到摄像镜头组变焦后的视角范围内，防止了在近焦端产生的手电筒效应，弥补了在远焦端产生的补光不足，改善了变焦摄像装置的补光效果，提高了拍照摄像装置的成像画质。
Description
技术领域
本发明涉及具有光学变焦镜头需要进行补光的摄像或照相设备领域，更具体的说，改进涉及的是一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置。
背景技术
近几年，鉴于安防监控、野外科研以及工业和民用成像领域的快速发展，对摄像装置的成像质量要求也越来越高，尤其是在低灰度状态下的成像提出了很高的要求。摄像装置中的图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分，根据元件种类的不同，可分为CCD(Charge-coupled Device电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)两大类；由于CCD图像传感器或CMOS图像传感器在低灰度状态使的成像质量明显下降，所以必须增加辅助光源进行补光才能获得较为清晰干净的画质。
但是，目前采用的补光装置大都以单颗固定发光角度的LED灯或阵列式多点LED灯等辅助光源为主；LED灯的光源均为额定功率和固定发射角度光源，光线均在其发射角内进行发散；其缺点在于，不能兼顾摄像镜头的近焦端和远焦端的使用，在近焦端易形成手电筒光源即某一个位置的光照过强，对整体画质产生影响，而在远焦端又不能将光源发出的光能全部集中照射到摄像镜头的视角内，更易造成补光不足，也难以获得明亮清晰的画质。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置，可改善变焦摄像装置的补光效果，提高数字摄像头在低灰度状态下的成像画质。
本发明的技术方案如下：一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其特征在于，包括以下步骤：调整摄像镜头组上的光学变焦透镜进行变焦聚焦；同步调整光源镜头组上与摄像镜头组的光学变焦透镜具有焦距相同或相接近的光学变焦透镜；将位于光源镜头组成像面上的补光光源发出的光线，照射到在摄像镜头组成像面成像的物体上。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其中：包括采用红外光光源作为光源镜头组的补光光源，对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其中：包括采用可见光光源或激光光源作为光源镜头组的补光光源，对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。
一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，用在具有光学变焦透镜的摄像镜头组上；图像感应器设置在摄像镜头组的成像面上；其中，该光学变焦镜头的补光装置还包括光源镜头组和连动机构；光源镜头组具有与摄像镜头组焦距相同或相接近的光学变焦透镜；补光光源设置在光源镜头组的成像面上；连动机构关联摄像镜头组的光学变焦透镜和光源镜头组的光学变焦透镜，用于同步调整光源镜头组的光学变焦透镜与摄像镜头组的光学变焦透镜。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：光源镜头组的近焦端焦距设置在摄像镜头组近焦端焦距的±4mm范围内；光源镜头组的远焦端焦距设置在摄像镜头组远焦端焦距的±30mm范围内。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：光源镜头组的成像面与摄像镜头组的成像面在各自的镜头组装位置上设置为同一组装面；光源镜头组与摄像镜头组具有相同的远焦端和近焦端。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：光源镜头组包括自物侧开始依次设置的第一光学透镜组、第二光学透镜组、第三光学透镜组和第四光学透镜组，其中：
第一光学透镜组设置为前固定透镜组，具有正的折射率且位置固定；
第二光学透镜组设置为光学变倍组，具有负的折射率，可沿光轴移动；
第三光学透镜组设置为光学后固定组，具有正的折射率且位置固定；
第四光学透镜组设置为光学补偿组，具有正的折射率，可沿光轴移动；
光源镜头组的光学变焦透镜包括第二光学透镜组和第四光学透镜组。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：第一光学透镜组由四枚玻璃透镜组成；其中，自物侧开始的第一枚玻璃透镜具有负的折射率，第二枚玻璃透镜具有正的折射率，第三枚玻璃透镜具有正的折射率，第四枚玻璃透镜具有正的折射率；第一枚玻璃透镜与第二枚玻璃透镜粘合形成折射率为负的胶合透镜。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：第二光学透镜组由自物侧开始的三枚玻璃透镜和一枚塑料非球面透镜组成；其中，三枚玻璃透镜均具有负的折射率，塑料非球面透镜具有正的折射率，第二枚玻璃透镜与第三枚玻璃透镜粘合形成胶合透镜；塑料非球面透镜的前后两面均为非球面。
所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其中：第三光学透镜组由自物侧开始的一枚塑料非球面透镜和三枚玻璃透镜组成；其中，塑料非球面透镜具有正的折射率，其第一面为非球面；自物侧开始的第一枚玻璃透镜具有正的折射率，第二枚玻璃透镜和第三枚玻璃透镜均具有负的折射率。
本发明所提供的一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置，由于采用了连动机构以及具有与摄像镜头组焦距相同或相接近的光源镜头组，在调整摄像镜头组中光学变焦透镜的位置的同时，连动机构也同步调整光源镜头组中光学变焦透镜的位置；由此在改变摄像镜头组光学系统焦距的同时，连动机构也相应改变了补光用的光源镜头组光学系统的焦距，从而尽可能地将设置在光源镜头组成像面上的LED灯或激光器发出的全部光能都集中照射到摄像镜头组变焦后的视角范围内，不仅有效地防止了摄像镜头组在其近焦端产生的手电筒效应，而且也较好的弥补了摄像镜头组在其远焦端造成的补光不足现象，较为明显地改善了变焦摄像装置的补光效果，提高了拍照摄像装置的成像画质，尤其是大幅提高了数字摄像头在低灰度状态下的成像画质。
附图说明
图1是本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置结构示意图。
图2是本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置的同步变焦聚焦示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
本发明的一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，包括以下步骤：：调整摄像镜头组上的光学变焦透镜进行变焦聚焦，使物体在摄像镜头组的成像面上成像；同步调整光源镜头组上与摄像镜头组的光学变焦透镜具有焦距相同或相接近的光学变焦透镜；将位于光源镜头组成像面上的补光光源发出的光线，照射到在摄像镜头组成像面成像的物体上。
比如说，在摄像镜头组的成像面上成像的物体位于摄像镜头组的远焦端，位于光源镜头组成像面上的补光光源就把光线照射到光源镜头组的远焦端；改变摄像镜头组的光学变焦透镜，将位于摄像镜头组近焦端的物体在摄像镜头组的成像面上成像，与此同时，改变光源镜头组的光学变焦透镜，将补光光源发出的光线同步照射到光源镜头组的近焦端。
基于上述一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，本发明还提出了一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，可用在具有光学变焦透镜的摄像镜头组上；在摄像镜头组的成像面上设置有图像感应器；该光学变焦镜头的补光装置还包括光源镜头组和连动机构；光源镜头组具有与摄像镜头组焦距相同或相接近的光学变焦透镜；补光光源设置在光源镜头组的成像面上；连动机构关联摄像镜头组的光学变焦透镜和光源镜头组的光学变焦透镜，用于同步调整光源镜头组的光学变焦透镜与摄像镜头组的光学变焦透镜。
与现有技术中实现摄像时的补光方法及其装置相比，本发明所提供的一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置，由于采用了连动机构以及具有与摄像镜头组焦距相同或相接近的光源镜头组，在调整摄像镜头组中光学变焦透镜的位置的同时，连动机构也同步调整光源镜头组中光学变焦透镜的位置；由此在改变摄像镜头组光学系统焦距的同时，连动机构也相应变了补光用的光源镜头组光学系统的焦距，从而尽可能地将设置在光源镜头组成像面上的LED灯或激光器发出的全部光能都集中照射到摄像镜头组变焦后的视角范围内，不仅有效地防止了摄像镜头组在其近焦端产生的手电筒效应，而且也较好的弥补了摄像镜头组在其远焦端造成的补光不足现象，较为明显地改善了变焦摄像装置的补光效果，提高了拍照摄像装置的成像画质，尤其是大幅提高了数字摄像头在低灰度状态下的成像画质。
本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置中的光源镜头组，可具有与摄像镜头组相同或相近似的结构，也可具有与摄像镜头组不同或不相近似的结构；但是，光源镜头组的焦距应具有与摄像镜头组相同或相接近的焦距；其中，所谓相接近的焦距，具体指的是，光源镜头组的近焦端焦距可设置在摄像镜头组近焦端焦距的±4mm范围之内，称为近焦端焦距相接近；而光源镜头组的远焦端焦距可设置在摄像镜头组远焦端焦距的±30mm范围之内，称为远焦端焦距相接近。
例如：摄像镜头组近焦端的焦距设置为8mm，则光源镜头组近焦端相接近的焦距可设置在4mm~12mm之间；摄像镜头组原焦端的焦距设置为80mm，则光源镜头组近焦端相接近的焦距可设置在50mm~110mm之间。
作为本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置的具体实施方式之一，包括在可见光的强度不足以在摄像镜头组的成像面上成像的条件下，可以采用红外光光源作为光源镜头组的补光光源，对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。例如，在夜晚或室内光线昏暗的地方，以进一步改善夜晚或光线昏暗地方监控画面的质量。
此外，即使在可见光的强度足以在摄像镜头组的成像面上成像的条件下，也可以采用发光二极管或激光等可见光光源作为补光光源对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。以进一步干净画面，提高清晰度。作为拍照和/或摄像设备的摄像镜头组可以是数字拍照和/或摄像装置，也可以是传统感光胶卷式的拍照和/或摄像装置。
在本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置的具体实施方式中，光源镜头组的成像面与摄像镜头组的成像面在各自的镜头组装过程中保证为同一组装面，与同一成像物体之间具有相同的距离；换言之，摄像镜头组的近焦端就是光源镜头组的近焦端，摄像镜头组的远焦端就是光源镜头组的远焦端。由此，可将位于光源镜头组成像面上补光光源发出的全部光能尽可能多的聚焦到在摄像镜头组成像面上成像的实际物体上。
以一种低成本的高分辨率光学变焦镜头实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法为例，如图1所示，光源镜头组包括自物侧B开始依次设置的第一光学透镜组(L1至L4)、第二光学透镜组(L5至L8)、第三光学透镜组(L9至L12)、第四光学透镜组(L13至L14)和第五光学透镜组(L15)；光源镜头组的光学变焦透镜包括第二光学透镜组(L5至L8)和第四光学透镜组(L13至L14)；在第二光学透镜组(L5至L8)与第三光学透镜组之间设置有光阑A以及快门S，光阑A的物理孔径大小可以调节，从而起到调整整个光源镜头组的光学系统通光效率的目的。在与光阑A紧相邻的之前或之后的位置可放置快门S，通过对快门S的控制可实现对曝光时间的控制。在光阑A与快门S的互相配合下，可以控制光源镜头组的光学系统进光量。其中，第一光学透镜组(L1至L4)设置为前固定透镜组，具有正的折射率且相对成像面C2位置固定；第二光学透镜组(L5至L8)设置为光学变倍组，具有负的折射率，可沿光轴移动，从而通过光学焦距的变化，达到对补光光源进行光学变倍的目的；第三光学透镜组(L9至L12)设置为光学后固定组，具有正的折射率且相对成像面C2位置固定；第四光学透镜组(L13至L14)设置为光学补偿组，具有正的折射率，可沿光轴移动；第五光学透镜组(L15)为一枚玻璃透镜，具有负的折射率且相对成像面C2位置固定。
具体的，如图1所示，上述第一光学透镜组(L1至L4)中，共由四枚玻璃球面光学透镜(L1、L2、L3、L4)组成前固定透镜组，总的折射率为正；自物侧B开始依次为：第1透镜L1具有负的折射率，第2透镜L2具有正的折射率，第3透镜L3具有正的折射率，第4透镜L4具有正的折射率；其中第1透镜L1的第二面与第2透镜L2的第一面接合在一起，从而组成折射率为负的胶合透镜。
具体的，如图1所示，上述第二光学透镜组(L5至L8)中，其由三枚玻璃镜片(L5、L6、L7)及一枚塑料光学透镜L8组成光学变倍组，自物侧B开始依次为：第5透镜L5是玻璃球面透镜且具有负的折射率，第6透镜L6是玻璃球面透镜且具有负的折射率，第7透镜L7是玻璃球面透镜且具有负的折射率，第8透镜L8是塑料透镜且具有正的折射率；其中，第6透镜L6的第二面及第7透镜L7的第一面组合成胶合透镜；第8透镜L8的两面中至少包含一面非球面，即第8透镜L8的第一面(前面)和/或第二面(后面)均可为非球面。
具体的，如图1所示，上述第三光学透镜组(L9至L12)中，其由一枚塑料光学透镜L9及三枚玻璃球面透镜(L10、L11、L12)组成光学后固定组，自物侧B开始依次为：第9透镜L9为塑料透镜且具有正的折射率，第10透镜L10为玻璃球面透镜且具有正的折射率，第11透镜L11为玻璃球面透镜且具有负的折射率，第12透镜L12为玻璃球面透镜且具有负的折射率；其中，第9透镜L9的第一面(前面)为非球面。
具体的，如图1所示，上述第四光学透镜组(L13至L14)中，其由两枚玻璃光学透镜(L13、L14)组成光学补偿组，自物侧B开始依次为：第13透镜L13是玻璃透镜且具有负的折射率，第14透镜L14是玻璃透镜且具有正的折射率。较好的是，物侧的一枚玻璃透镜具有负的折射率，像侧的一枚玻璃透镜具有正的折射率。第四光学透镜组(L13至L14)可以在其光轴上前后移动，可对因第二光学组(L5至L8)在光学变焦过程中前后移动或者当物距发生变化时导致成像面的进行补偿，从而达到光学系统成像面的位置始终固定不变的目的。
摄像镜头组与光源镜头组既可以左右设置也可以上下设置；两者的距离越靠近越好，由此可保证同一摄像体位置没有偏差，在实际生产过程中可以将摄像镜头组与光源镜头组的距离调整到尽可能短。以摄像镜头组与光源镜头组上下设置为例，如图2所示，实际的拍摄体由于位置距离摄像镜头组不同，导致光学焦距不同，此时，摄像镜头组的第四光学透镜组(L13至L14)会移动到一个适当的位置，保证图像传感器在成像面C1上得到一个清晰的图像；在摄像镜头组移动的过程中，光源镜头组的第四光学透镜组(L13至L14)也会做相应的同步移动，移动的位置相同，从而保证从成像面C2上的光源发出的光可以最大强度的照射到拍摄体上，由此实现补光的效果。
作为本发明实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置的具体实施方式之一，具体的，如图1所示，连动机构可包括设置在摄像镜头组上的第一电机D1和设置在光源镜头组上的第二电机D2；第一电机D1与第二电机D2同步转动设置。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如，连动机构还可采用常用的连动机构实现摄像镜头组的第二光学透镜组(L5至L8)与光源镜头组的第二光学透镜组(L5至L8)连动，以及实现摄像镜头组的第四光学透镜组(L13至L14)与光源镜头组的第四光学透镜组(L13至L14)连动等；而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其特征在于，包括以下步骤：
调整摄像镜头组上的光学变焦透镜进行变焦聚焦；
同步调整光源镜头组上与摄像镜头组的光学变焦透镜具有焦距相同或相接近的光学变焦透镜；
将位于光源镜头组成像面上的补光光源发出的光线，照射到在摄像镜头组成像面成像的物体上。
2.根据权利要求1所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其特征在于：包括采用红外光光源作为光源镜头组的补光光源，对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。
3.根据权利要求1所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法，其特征在于：包括采用可见光光源或激光光源作为光源镜头组的补光光源，对摄像镜头组进行同步变焦聚焦的补光步骤。
4.一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，用在具有光学变焦透镜的摄像镜头组上；图像感应器设置在摄像镜头组的成像面上；其特征在于，该光学变焦镜头的补光装置还包括光源镜头组和连动机构；光源镜头组具有与摄像镜头组焦距相同或相接近的光学变焦透镜；补光光源设置在光源镜头组的成像面上；连动机构关联摄像镜头组的光学变焦透镜和光源镜头组的光学变焦透镜，用于同步调整光源镜头组的光学变焦透镜与摄像镜头组的光学变焦透镜。
5.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：光源镜头组的近焦端焦距设置在摄像镜头组近焦端焦距的±4mm范围内；光源镜头组的远焦端焦距设置在摄像镜头组远焦端焦距的±30mm范围内。
6.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：光源镜头组的成像面与摄像镜头组的成像面在各自的镜头组装位置上设置为同一组装面；光源镜头组与摄像镜头组具有相同的远焦端和近焦端。
7.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：光源镜头组包括自物侧开始依次设置的第一光学透镜组、第二光学透镜组、第三光学透镜组和第四光学透镜组，其中：
第一光学透镜组设置为前固定透镜组，具有正的折射率且位置固定；
第二光学透镜组设置为光学变倍组，具有负的折射率，可沿光轴移动；
第三光学透镜组设置为光学后固定组，具有正的折射率且位置固定；
第四光学透镜组设置为光学补偿组，具有正的折射率，可沿光轴移动；
光源镜头组的光学变焦透镜包括第二光学透镜组和第四光学透镜组。
8.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：第一光学透镜组由四枚玻璃透镜组成；其中，自物侧开始的第一枚玻璃透镜具有负的折射率，第二枚玻璃透镜具有正的折射率，第三枚玻璃透镜具有正的折射率，第四枚玻璃透镜具有正的折射率；第一枚玻璃透镜与第二枚玻璃透镜粘合形成折射率为负的胶合透镜。
9.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：第二光学透镜组由自物侧开始的三枚玻璃透镜和一枚塑料非球面透镜组成；其中，三枚玻璃透镜均具有负的折射率，塑料非球面透镜具有正的折射率，第二枚玻璃透镜与第三枚玻璃透镜粘合形成胶合透镜；塑料非球面透镜的前后两面均为非球面。
10.根据权利要求4所述的实现摄像时同步变焦聚焦的补光装置，其特征在于：第三光学透镜组由自物侧开始的一枚塑料非球面透镜和三枚玻璃透镜组成；其中，塑料非球面透镜具有正的折射率，其第一面为非球面；自物侧开始的第一枚玻璃透镜具有正的折射率，第二枚玻璃透镜和第三枚玻璃透镜均具有负的折射率。
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