CN102354078B - 红外照明变焦距聚光镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，在该聚光镜头的前焦面上放置微阵列LED光源，沿近红外光线发射的方向依次设置固定组（A）、补偿组（B）、变倍组（C）和固定组（D），其中补偿组（B）和变倍组（C）可沿光轴对应移动。本发明通过把位于镜头像面上高功率微阵列LED发出的光线投射到远处，其发散角，出射光斑大小可以连续改变。配合变焦距一体化CCD摄像机，在黑夜低照度或零照度环境下，对不同距离、不同观测目标范围进行无盲区全天候条件的监控摄像。

Description

红外照明变焦距聚光镜头
技术领域
本发明涉及一种红外照明变焦距聚光镜头，适用于安防监控领域。
背景技术
在安防监控领域，尽管低照度CCD摄像机技术与器件都取得了长足的进步，但在低照度环境下，所有的视频监控装置接收到的依然是高噪声、低分辨率、清晰度不高的图像。目下在低照度的场合都采用LED光源或激光等进行近红外补光照明；此举虽然在一定程度上提高了黑夜环境下的拍摄效果，但在照明距离、光斑大小、功耗效率等都存在一定的局限性。尤其是LED等发光体的发散角大，且大小是固定的，不能兼顾远近距离范围的照明距离变化、光强的强弱不可调整，大大降低了照明的应用效果，给使用带来了极大的不便。
发明内容
为了克服红外照明现有技术的缺陷，发明者致力于红外补光技术和聚光照明装置的研究。为视频监控系统，尤其是为变焦距一体化CCD摄像机提供技术性能指标先进、使用方便的红外照明变焦距聚光镜头。
    本发明采用如下方案：一种红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，在该聚光镜头的前焦面上放置微阵列LED光源，沿近红外光线发射的方向依次设置固定组A、补偿组B、变倍组C和固定组D，其中补偿组B和变倍组C可沿光轴对应移动。
在本发明一实施例中，所述后固定组A由双凸透镜A-1、双凸透镜A-2构成；所述补偿组B由负月牙型透镜B构成；所述变倍组C由双凹透镜C-1和平凹透镜C-2构成；所述固定组D由正月牙型透镜D-1、正月牙型透镜D-2构成。
在本发明一实施例中，所述固定组A与补偿组B之间的空气间隔是：2.33 mm～4.00 mm；所述补偿组B与变倍组C之间的空气间隔是：29.76 mm～2.26 mm；所述变倍组C与固定组D之间的空气间隔是：2.65 mm～28.49 mm；所述固定组A中，透镜A-1与透镜A-2之间的空气间隔是9.09 mm；所述变倍组C中，透镜C-1与透镜C-2之间的空气间隔是：0.87 mm；所述固定组D中，透镜D-1与透镜D-2之间的空气间隔是：0.13 mm。
在本发明一实施例中，该聚光镜头还设有用于联接固定组A与固定组D的主筒8和用于联接LED光源的联接座12，联接座的接口型式为标准通用的CS接口。
在本发明一实施例中，该聚光镜头设置有用于固定变倍组C的变倍镜组2和用于固定补偿组B的补偿镜组11，变倍镜组2通过螺纹联接固定在变倍移动座4，补偿镜组11通过螺纹联接固定在补偿移动座10，变倍移动座4和补偿移动座10之间通过三根（高精密度）的导杆7以及凸轮15进行轴向联动，导杆7与变倍导套6、补偿导套9进行研磨配合，保证变焦过程的动作顺畅、无串动，凸轮15的回转运动带动了固定在变倍移动座4的变倍镜组2和固定在补偿移动座10的补偿镜组11的轴向移动，从而实现了镜头的焦距变化。
在本发明一实施例中，后固定组1与主筒8之间的联接采用螺纹联接。
在本发明一实施例中，前固定组14与联接座12采用螺纹联接，联接座与主筒8之间采用法兰联接，并通过联接座锁紧钉13紧固于主筒8。
在本发明一实施例中，凸轮15结构设计成内凸轮型式。
在本发明一实施例中，凸轮15置于主筒8内部，通过凸轮盖板3严格限制凸轮的轴向串动，凸轮盖板3通过凸轮盖板锁紧钉紧固于主筒上。
    本发明优点在于：通过把位于镜头像面上高功率微阵列LED发出的光线投射到远处，其发散角，出射光斑大小可以连续改变。配合变焦距一体化CCD摄像机，在黑夜低照度或零照度环境下，对不同距离、不同观测目标范围进行无盲区全天候条件的监控摄像。
附图说明
图1为本发明变焦距红外照明聚光镜头的光路设计方案图；
图2为本发明变焦距红外照明聚光镜头的结构设计方案图。
主要组件符号说明：
后固定组1    变倍镜组2    凸轮盖板3    变倍移动座4    凸轮盖板锁紧钉5   变倍导套6    导杆7    主筒8    补偿导套9    补偿移动座10    补偿镜组11    联接座12    
联接座锁紧钉13    前固定组14     凸轮15  。
具体实施方式
    为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
参考图1，为本发明变焦距红外照明聚光镜头的光路设计图。在聚光镜头的前焦面上放置微阵列LED光源，沿近红外光线发射的方向依次设置固定组A、补偿组B、变倍组C和固定组D，其中补偿组B和变倍组C可沿光轴对应移动，使聚光镜头的焦距连续可变，聚光镜头的发散角连续可变。其中，所述固定组A由双凸透镜A-1、双凸透镜A-2构成；所述补偿组B由负月牙型透镜B构成；所述变倍组C由双凹透镜C-1和平凹透镜C-2构成；所述固定组D由正月牙型透镜D-1、正月牙型透镜D-2构成。所述固定组A与补偿组B之间的空气间隔是：2.33 mm～4.00 mm；所述补偿组B与变倍组C之间的空气间隔是：29.76 mm～2.26 mm；所述变倍组C与固定组D之间的空气间隔是：2.65 mm～28.49 mm；所述固定组A中，透镜A-1与透镜A-2之间的空气间隔是9.09 mm；所述变倍组C中，透镜C-1与透镜C-2之间的空气间隔是：0.87 mm；所述固定组D中，透镜D-1与透镜D-2之间的空气间隔是：0.13 mm。
参考图2，为本发明变焦距红外照明聚光镜头的结构设计方案图。
该聚光镜头设有用于联接前、后固定组的主筒8和用于联接LED光源的联接座12。联接座为标准通用的CS接口，增强镜头的使用范围。该聚光镜头设置有用于固定变倍组C的变倍镜组2和用于固定补偿组B的补偿镜组11，变倍镜组2通过螺纹联接固定在变倍移动座4，补偿镜组11通过螺纹联接固定在补偿移动座10，变倍移动座4和补偿移动座10之间通过三根（高精密度）的导杆7以及凸轮15进行轴向联动，导杆7与变倍导套6、补偿导套9进行研磨配合，保证变焦过程的动作顺畅、无串动，凸轮15的回转运动带动了固定在变倍移动座4的变倍镜组2和固定在补偿移动座10的补偿镜组11的轴向移动，从而实现了镜头焦距的连续变化。后固定组1与主筒8之间的联接采用螺纹联接，能够有效保证同心度需求，同时，兼顾到加工、装配、及调试的方便性。前固定组14与联接座12采用螺纹联接，联接座12与主筒8之间采用法兰联接，并通过联接座锁固钉13紧固于主筒8，保证加工、装调方便性。为简化镜头的外形结构，结构设计将凸轮结构设计成内凸轮型式；使镜头结构小巧，降低了制造成本。凸轮15置于主筒8内部，通过凸轮盖板3严格限制凸轮的轴向串动，凸轮盖板3通过凸轮盖板锁紧钉紧固于主筒8上。为保证使用强度，凸轮盖板3的使用材料采用45#钢。为了减少反射光反射回光源处对LED光源造成损伤，延长光源的使用寿命，设计镜头内部的隔圈、压圈对光线的反射方向需要背离光源。并在关键位置车制消光纹，以减少反射光对LED光源的影响。
本发明可以实现以下性能指标：
1．焦距：f′＝2 mm～30 mm连续可变
2．相对孔径： D/F＝1/2.3
3．光束发散角：2ω≥3.7°～60°
4．最大作用距离：120m
5. 光路总长：Σd≤60.5 mm
综上所述，本发明具有以下优点：
1.在微阵列LED光源前置一变焦距聚光镜头，镜头的焦距连续可变，适配于变焦距一体化CCD摄像系统。它的发散角和光斑大小可随一体化CCD摄像系统的视场角度变化而相应变化。即对近距离拍摄时，聚光镜头的发散角变大，这样照明范围大，在拍摄范围内光强变小。一体化CCD摄像系统不会因为光强过大，而出现饱和 。反之，在对远距离目标拍摄时，聚光镜头的发散角变小，相应照明范围小，不会因为作用距离大，而导致光强过小，影响拍摄效果。
2. 发明者通过合理分配透镜组A、B、C、D的焦距：fA＇=8.2mm、fB＇=-17.1mm,fC＇=-6.3mm,fD＇=42.1mm，合理计算可变组元B和C的放大率范围，在实现高变倍比、大相对孔径性能指标的同时，使变焦聚光镜头简约紧凑，片数少，透过率高。
3. 发明者应用波像差评价方法对镜头进行优化设计，使变倍聚光镜头球差小，照度均匀。
4. 发明者通过基于幂函数的复合凸轮曲线设计，使凸轮曲线运动轨迹精确、压力角均匀。在变焦过程中运转平稳、不卡滞、像面稳定不漂移。
5. 镜头具有结构紧凑、强度可靠、成本低、加工及装调工艺性能好、使用方便、接口通用性强等优点。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，在该聚光镜头的前焦面上放置微阵列LED光源，沿近红外光线发射的方向依次设置固定组A、补偿组B、变倍组C和固定组D，其中补偿组B和变倍组C可沿光轴对应移动；
所述固定组A由双凸透镜A-1、双凸透镜A-2构成；所述补偿组B由负月牙型透镜构成；所述变倍组C由双凹透镜C-1和平凹透镜C-2构成；所述固定组D由正月牙型透镜D-1、正月牙型透镜D-2构成；
所述固定组A与补偿组B之间的空气间隔是：2.33 mm～4.00 mm；所述补偿组B与变倍组C之间的空气间隔是：29.76 mm～2.26 mm；所述变倍组C与固定组D之间的空气间隔是：2.65 mm～28.49 mm；所述固定组A中，透镜A-1与透镜A-2之间的空气间隔是9.09 mm；所述变倍组C中，透镜C-1与透镜C-2之间的空气间隔是：0.87 mm；所述固定组D中，透镜D-1与透镜D-2之间的空气间隔是：0.13 mm。
2. 根据权利要求1所述的红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，该聚光镜头设有用于联接固定组A与固定组D的主筒(8)和用于联接LED光源的联接座(12)，联接座(12)的接口型式为标准通用的CS接口。
3. 根据权利要求2所述的红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，该聚光镜头还设置有用于联接固定组D的后固定组(1)，后固定组(1)与主筒(8)之间采用螺纹联接。
4. 根据权利要求2所述的红外照明变焦距聚光镜头，其特征在于，该聚光镜头还设置有用于联接固定组A的 前固定组(14)，前固定组(14)与联接座(12)采用螺纹联接，联接座(12)与主筒(8)之间采用法兰联接，并通过联接座锁紧钉(13)紧固于主筒(8)。
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