CN104456430A - 一种用于光路调整的透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安防监控领域，提供一种用于光路调整的透镜系统，用于解决现有摄像机中光路角度调节困难以及补光灯的光能利用率不高的问题。该透镜系统包括光源和透镜模块，其中透镜模块包括第一透镜组、第二透镜组和第五透镜。本发明通过透镜模块实现了大角度的光路调节，而且提高了补光灯的光能利用率。

Description

一种用于光路调整的透镜系统

技术领域

本发明涉及安防监控领域，特别涉及一种用于光路调整的透镜系统。

背景技术

在安防监控领域，带补光灯的摄像机可以在夜晚或其他低照度情况下有效增强监控画面的图像质量，目前，常用的补光灯有红外补光灯、激光补光灯，其中激光补光灯与普通红外补光灯相比具有更高的补光强度，更能满足高清摄像机的补光要求，因此得到了更广泛的应用，由于激光光束直线度很高，从光源发射出来的激光光束都是小角度的，不易于对光束的光路角度进行控制，而且对于变焦系统，小角度的光路调节较为易于实现，但大角度的光路调节不易实现。

另外，现有技术中补光灯光斑的形状为圆形，对于方形摄像机，圆形的光斑会损失一部分光能，这会影响远距离摄像的画质，如果采用大功率的补光灯来弥补损失的光能，又会产生过多的热量，因此目前并没有提高补光灯的光能利用率的有效方法。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种用于光路调整的透镜系统，以解决现有摄像机中光路角度调节困难以及补光灯的光能利用率不高的问题。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明涉及一种用于光路调整的透镜系统，其包括光源和透镜模块，所述透镜模块包括第一透镜组、第二透镜组和第五透镜，

所述第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，其中第一透镜正对光源的面为凸面、背对光源的面为凹面，第二透镜正对光源的面为平面、背对光源的面为凸面，第一透镜组与光源的距离保持不变；

所述第二透镜组由第三透镜和第四透镜组成，其中第三透镜和第四透镜正对光源的面均为凹面，第三透镜的背对光源的面由中心球面和外圆环形面组成，第四透镜的正对光源的面由中心凹球面和外圆环形面组成，第二透镜组与光源的距离是可变的；

所述第五透镜正对光源的面为圆平面，第五透镜背对光源的面由中心等非球面和外圆环形面组成，第五透镜与光源的距离是可变的；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜依照光源照射的方向依次设置；

所述透镜模块满足下述表达式：

12.5mm≤L1≤65mm，51mm≤L2≤75mm，

其中L1为第二透镜组与光源的距离，L2为第五透镜与光源的距离。

作为一种优选的实施方式，所述第一透镜的曲率大于第二透镜的曲率。

作为另一种优选的实施方式，所述第三透镜的凹面直径小于第四透镜的凹面直径。

作为另一种优选的实施方式，所述第一透镜与第二透镜的距离为0～5mm。

作为另一种优选的实施方式，所述第三透镜与第四透镜的距离为0～5mm。

作为另一种优选的实施方式，所述第一透镜与光源的距离为5.4mm。

作为另一种优选的实施方式，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为曲面透镜。

作为另一种优选的实施方式，所述光源为激光红外光源。

作为另一种优选的实施方式，所述用于光路调整的透镜系统还包括第一滑块、第二滑块、第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机分别用于驱动第一滑块和第二滑块沿光轴横向运动，所述第一滑块与第二透镜组固定连接，所述第二滑块与第五透镜固定连接。

【有益效果】

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过透镜模块实现了大角度的光路调节；

(2)本发明输出光斑的形状为矩形，因此提高了补光灯的光能利用率。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的用于光路调整的透镜系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的用于光路调整的透镜系统的结构示意图。如图1所示，该透镜系统包括光源4和透镜模块，其中透镜模块包括第一透镜组1、第二透镜组2和第五透镜3，第一透镜组1由第一透镜11和第二透镜12组成，第二透镜组2由第三透镜21和第四透镜22组成，第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22和第五透镜3依照光源照射的方向依次设置在光轴5上。第一透镜11正对光源的面为凸面、背对光源的面为凸面，第二透镜12正对光源的面为平面、背对光源的面为凸面，第一透镜组1与光源4的距离保持不变，第一透镜11的曲率大于第二透镜12的曲率。第三透镜21和第四透镜22正对光源的面均为凹面，第三透镜21的背对光源的面由中心球面和外圆环形面组成，第四透镜22的正对光源的面由中心凹球面和外圆环形面组成，第二透镜组2与光源4的距离是可变的，第二透镜组2与光源4的距离是可变的，第三透镜21的凹面直径小于第四透镜22的凹面直径。第五透镜3为正对光源的面为圆平面，第五透镜3背对光源的面由中心等非球面和外圆环形面组成，第五透镜3与光源4的距离是可变的。

本实施例中，透镜模块满足下述表达式：

12.5mm≤L1≤65mm，51mm≤L2≤75mm，

其中L1为第二透镜组2与光源4的距离，L2为第五透镜3与光源4的距离。

本实施例中，第一透镜11与第二透镜12的距离为0mm，第三透镜21与第四透镜22的距离为0mm。第一透镜11与光源4的距离为5.4mm。

本实施例中，为了得到长宽比为16:9的矩形光斑，下面分别对各个透镜的结构进行说明。

第一透镜11的正对光源的凸面为非球面，其轨迹公式为：

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{y}^2}}+a_1*y^2+a_2*y^4+a_3*y^6+a_4*y^8$     式(1)

式(1)中，c＝0.4；k＝-0.251128；a₁＝3.26458E-002；a₂＝2.44024E-002；a₃＝-8.13067E-003；a₄＝4.82411E-003。根据式(1)绕x轴旋转一周得到第一透镜的凸面。

第一透镜11的背对光源的凹面为球面，该球面的球面半径为2.912mm。

第二透镜12正对光源的面为平面，第二透镜12背对光源的凸面为球面，该球面半径为29.3918mm。

第三透镜21的正对光源的凸面为非球面，其轨迹公式为：

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{y}^2}}+a_1*y^2+a_2*y^4+a_3*y^6+a_4*y^8$     式(2)

式(2)中，c＝0.2028；k＝-0.057；a₁＝4.9E-002；a₂＝7.39E-002；a₃＝3.529E-003；a₄＝3.798E-003。根据式(2)绕x轴旋转一周得到第三透镜的正对光源的凸面。

第三透镜21的背对光源的面由中心球面和外圆环形面组成，其中中心球面的球面半径为25.139mm。

第四透镜22的正对光源的面由中心凹球面和外圆环形面组成，其中中心凹球面的球面半径为7.9911mm。

第四透镜22的背对光源的凸面为非球面，其轨迹公式为：

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{y}^2}}+a_1*y^2+a_2*y^4+a_3*y^6+a_4*y^8$     式(3)

式(3)中，c＝2.4937E-003；k＝-0.057；a₁＝4.882E-002；a₂＝-2.099E-002；a₃＝1.805E-003；a₄＝6.499E-003，根据式(3)绕x轴旋转一周得到第四透镜的背对光源的凸面。

第五透镜3正对光源的面为圆平面，第五透镜3背对光源的面由中心等非球面和外圆环形面组成，其中中心等非球面的轨迹公式为：

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{y}^2}}+a_1*y^2+a_2*y^4+a_3*y^6+a_4*y^8$     式(4)

式(4)中，c＝0.0309；k＝-0.694104；a₁＝-8.89297E-004；a₂＝-1.2567E-006；a₃＝-2.77939E-0010；a₄＝-2.80976E-013，根据式(4)绕x轴旋转一周得到第五透镜的背对光源的非球面。

本实施例中，光源4为激光红外光源，对于普通红外光源，同样可以作为光源应用于本发明。

在本实施例中，该装置还包括第一滑块、第二滑块、第一电机和第二电机，第一电机和第二电机分别用于驱动第一滑块和第二滑块沿光轴横向运动，第一滑块与第二透镜组2固定连接，第二滑块与第五透镜3固定连接，通过控制第一电机和第二电机以改变L1和L2的取值。

下面说明本实施例的工作原理。

光源4发出的光束经过第一透镜11后汇聚到第二透镜12上，第二透镜12再次将光源4发出的光束进行汇聚，从第二透镜12输出的光束经过第二透镜组后光源4的光路会发生不同的散射效果。

当光源4发出光束时，第一透镜11和第二透镜12是一个静止状态，光束通过这两个透镜发射出的光路是一个固定形态，而当光束通过第二透镜组2时，第二透镜组2位置的变化会改变光斑的大小，L1的值越大，最终透射出的光斑的角度就越大。

本实施例中，各个透镜之间有补偿效果，具体地，第一透镜11输出的光线光斑为内凹，第二透镜12输出的光线光斑为外凸形状，第三透镜21输出的光斑光线是外凸形状，第四透镜22输出的光线光斑是外凸形状，第五透镜3输出的光线光斑是内凹形状，最终得到长宽之比为16:9的矩形光斑形状，需要说明，这种矩形光斑并不是规则的矩形，该矩形光斑在边缘处具有外凸或内凸的形状，如下表所示各离散点的矩形光斑角度(下表中的全角度为第五透镜3输出光线的全角，α角度为第四透镜22输出光线的全角)。

全角度	α角度	L1(mm)	L2(mm)
				1°	38°	12.5	51.6
10°	67°	24.5	55.6
				20°	81°	29.35	53
40°	90°	32.35	42
				70°	132°	44	52.1

下面说明光线光斑角度调节的原理，当光源4以全角度9°发射出光束时，该光束通过第一透镜11、第二透镜12的折射后改变轨迹，光束的全角度总体变大，其中第一透镜11将光束角度变为负角度，第二透镜12将负角度变为正角度，并进一步放大；第二透镜组2中的第三透镜21和第四透镜22位置相对静止，当第二透镜组2相对光源4在光轴5前后移动时，光束的角度随着第二透镜组2离光源的距离L1的增加而增大。

由以上具体实施方式及原理说明可知，本具体实施方式具有以下有益效果：本实施例通过透镜模块实现了大角度的光路调节；本实施例输出光斑的形状为矩形，因此提高了补光灯的光能利用率。

Claims (8)

1.一种用于光路调整的透镜系统，其包括光源和透镜模块，其特征在于：所述透镜模块包括第一透镜组、第二透镜组和第五透镜，

所述第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，其中第一透镜正对光源的面为凸面、背对光源的面为凹面，第二透镜正对光源的面为平面、背对光源的面为凸面，第一透镜组与光源的距离保持不变；

所述第二透镜组由第三透镜和第四透镜组成，其中第三透镜和第四透镜正对光源的面均为凹面，第三透镜的背对光源的面由中心球面和外圆环形面组成，第四透镜的正对光源的面由中心凹球面和外圆环形面组成，第二透镜组与光源的距离是可变的；

所述第五透镜正对光源的面为圆平面，第五透镜背对光源的面由中心等非球面和外圆环形面组成，第五透镜与光源的距离是可变的；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜依照光源照射的方向依次设置；

所述透镜模块满足下述表达式：

12.5mm≤L1≤65mm，51mm≤L2≤75mm，

其中L1为第二透镜组与光源的距离，L2为第五透镜与光源的距离。

2.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述第一透镜的曲率大于第二透镜的曲率。

3.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述第三透镜的凹面直径小于第四透镜的凹面直径。

4.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述第一透镜与第二透镜的距离为0～5mm。

5.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述第三透镜与第四透镜的距离为0～5mm。

6.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述第一透镜与光源的距离为5.4mm。

7.根据权利要求1所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于所述光源为激光红外光源。

8.根据权利要求1至7中任一所述的用于光路调整的透镜系统，其特征在于还包括第一滑块、第二滑块、第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机分别用于驱动第一滑块和第二滑块沿光轴横向运动，所述第一滑块与第二透镜组固定连接，所述第二滑块与第五透镜固定连接。