CN107111211A - 可实现光学变焦的光学动捕摄像机 - Google Patents

可实现光学变焦的光学动捕摄像机 Download PDF

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Abstract

一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机，包括光学镜头(1)；置于光学镜头(1)的一侧的红外光源(2)；置于光学镜头(1)的另一侧且与光学镜头(1)对应的感光器件(4)；与感光器件(4)电性连接的电路控制板(5)；设于感光器件(4)与光学镜头(1)之间且用于改变光学成像系统的焦距的变焦液晶元件(3)以及与变焦液晶元件(3)电性配合且用于驱动变焦液晶元件(3)的液晶层发生扭转的驱动装置。本发明的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，在变焦时可变范围不受镜头的限制，变焦时变焦液晶元件(3)的外部结构不会发生改变，仅仅是液晶层的旋转，因此，焦距可变范围大，且成像质量好。

Description

可实现光学变焦的光学动捕摄像机
技术领域
本发明属于摄像机的技术领域，特别涉及一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机。
背景技术
光学动作捕捉系统被广泛应用于电影动画特技制作、大型游戏制作、生命科学研究等领域。近年来随着VR(Virtual Reality，即虚拟现实)技术的发展，光学动作捕抓系统开始被应用于VR领域。光学动作捕捉系统的核心器件是光学动补摄像机。该摄像机主要由图像传感器、镜头、红外带通滤光单元、红外光源以及摄像机控制电路组成。红外带通滤光单元用于过滤掉环境光，只通过一定波段的红外光。红外光源发出的光照射到被捕捉物(人和动物等)上，被绑定在被捕捉物上的反光球反射，反射光通过镜头、红外带通滤光单元，最后被图像传感器记录。
光学动捕摄像机的用途广泛，因此，使用场地、情景也各异。目前的光学动捕摄像机通常存在如下技术问题：有时候希望摄像机有更广的视野，有时候希望摄像机有更远的视野，而两者不能同时兼得。传统的方法是在光学动捕摄像机上使用变焦镜头来实现光学变焦，即可在需要更广视野的时候调小焦距使摄像机视野更广，需要更远视野的时候调大焦距使摄像机能捕捉到更远的地方。
然而，传统的可实现光学变焦的光学动捕摄像机通过变焦镜头来实现光学变焦的方法存在以下技术问题：一是焦距可变范围非常小。变焦镜头在变焦过程中由于内部镜片组需要协同移动，镜头会呈现一定程度的伸缩。而又由于光学动捕摄像机照明方向性的要求，镜头是与摄像机光源的位置是相对固定的，即光源环绕镜头设置。当变焦镜头往里缩的时候，镜头的部分视场有可能会被光源挡住；而当变焦镜头往外伸的时候，部分光源光线的照明路径有可能会被镜头伸出来的部分挡住，因此，使得焦距的可变范围受到镜头伸缩的限制。二是变焦镜头由于需要兼顾各个焦段的成像能力，其相差处理畸变处理远远不如定焦镜头，综合的成像能力比定焦镜头差，从而影响动捕摄像机的捕捉准确性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机，旨在解决传统的可实现光学变焦的光学动捕摄像机存在的焦距可变范围小以及成像质量差的问题。
本发明是这样实现的，一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机，包括：
光学镜头；
置于所述光学镜头的一侧的红外光源；
置于所述光学镜头的另一侧且与所述光学镜头对应的感光器件；
与所述感光器件电性连接的电路控制板；
设于所述感光器件与所述光学镜头之间且用于改变光学成像系统的焦距的变焦液晶元件以及与所述变焦液晶元件电性配合且用于驱动所述变焦液晶元件的液晶层发生扭转的驱动装置。
作为本发明的优选技术方案：
进一步地，所述变焦液晶元件设为呈薄片状的单体液晶透镜。进一步地，所述光学镜头与所述变焦液晶元件之间设有用于将光起偏到与所述变焦液晶元件的工作状态相匹配的偏振元件。
进一步地，所述偏振元件呈薄片状，薄片状的所述偏振元件呈角度地设置在所述变焦液晶元件上。
进一步地，所述感光器件与所述光学镜头之间还设有用于过滤环境光的滤光元件。
进一步地，所述滤光元件设为红外滤光片。
进一步地，所述变焦液晶元件和所述滤光元件均卡接于一框体内。
进一步地，所述光学镜头包括与所述电路控制板相互配合的底座，所述变焦液晶元件通过设置的一支撑架与所述底座相连。
进一步地，所述红外光源包括红外光源PCB板，所述红外光源PCB板上设有多个间隔分布的灯珠。
进一步地，所述驱动装置包括电源以及用于将所述电源转换成驱动电压以驱动所述变焦液晶元件的液晶层发生扭转的电压驱动元件。
进一步地，所述驱动装置设置在所述电路控制板上。
进一步地，所述电路控制板、所述感光器件和所述变焦液晶元件均置于一摄像机外框中，所述摄像机外框与所述光学镜头相连。
进一步地，所述摄像机外框与所述光学镜头旋接。
进一步地，所述摄像机外框与所述红外光源之间设有用于连接所述摄像机外框与所述红外光源的连接杆。
本发明提供的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，在使用可实现光学变焦的光学动捕摄像机时，通过在感光器件与光学镜头之间设置的变焦液晶元件以及其与驱动装置的电性配合的作用下，驱动装置利用电场改变了变焦液晶元件的液晶的旋转方向，即驱动变焦液晶元件的液晶层发生扭转，通过改变变焦液晶元件的焦距，来达到聚焦点的转换，以使得整个光学成像系统的焦距改变。与现有技术相比，变焦时可变范围不受镜头的限制，即变焦时变焦液晶元件的外部结构不会发生改变，仅仅是液晶层的旋转，因此，焦距可变范围大，且成像质量好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可实现光学变焦的光学动捕摄像机的内部结构示意图；
图2是本发明实施例提供的可实现光学变焦的光学动捕摄像机的剖面图；
图3是本发明实施例提供的可实现光学变焦的光学动捕摄像机的框体部位的结构示意图。
图中：1-光学镜头，11-底座，2-红外光源，21-灯珠，3-框体，31-第一卡槽，32-第二卡槽，33-滤光元件，34-变焦液晶元件，35-偏振元件，4-感光器件，5-电路控制板，6-摄像机外框，7-支撑架，8-连接杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件。
本发明提供一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机，通过在感光器件4与光学镜头1之间设置的变焦液晶元件34以及其与驱动装置的电性配合的作用下，通过改变变焦液晶元件34的焦距，来达到聚焦点的转换，因此，焦距可变范围大，且成像质量好。
请参阅附图1～图3，该可实现光学变焦的光学动捕摄像机包括光学镜头1、置于光学镜头1的一侧的红外光源2、置于光学镜头1的另一侧且与光学镜头1对应的感光器件4、与感光器件4电性连接的电路控制板5、设于感光器件4与光学镜头1之间且用于改变光学成像系统的焦距的3以及与变焦液晶元件34电性配合且用于驱动变焦液晶元件34的液晶层发生扭转的驱动装置。
本发明实施例提供的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，在使用可实现光学变焦的光学动捕摄像机时，通过在感光器件4与光学镜头1之间设置的变焦液晶元件34以及其与驱动装置的电性配合的作用下，驱动装置利用电场改变了变焦液晶元件34的液晶的旋转方向，即驱动变焦液晶元件34的液晶层发生扭转，通过改变变焦液晶元件34的焦距，来达到聚焦点的转换，以使得整个光学成像系统的焦距改变。与现有技术相比，变焦时可变范围不受镜头的限制，即变焦时变焦液晶元件34的外部结构不会发生改变，仅仅是液晶层的旋转，因此，焦距可变范围大，且成像质量好。
优选地，变焦液晶元件34设为呈薄片状的单体液晶透镜，在使用的时候，便于通过改变单体液晶透镜自身的焦距来实现变焦。具体地，通过单体液晶透镜改变反射回的光的光路。需说明的是，单体液晶透镜可以采用现有常规技术。进一步地，单体液晶透镜设置为横截面呈矩形状的结构，以使得液晶透镜稳定度高，以及增加电场对单体液晶透镜的影响能力。
进一步地，光学镜头1与变焦液晶元件34之间设有用于将光起偏到与变焦液晶元件34的工作状态相匹配的偏振元件35，具体地，偏振元件35呈薄片状，薄片状的所述偏振元件35呈角度地设置在所述变焦液晶元件34上。需说明的是，本实施例中偏振元件35设为偏振片，偏振片可以采用现有常规技术，偏振片是可以使天然光变成偏振光的光学元件。偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。现有技术的偏振片是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。优选地，为了便于将偏振片与变焦液晶元件34连接，且使得偏振片能将光起偏到配合变焦液晶元件34所需的偏振角度，偏振片呈角度地粘贴在变焦液晶元件34上。需说明的是，图中未体现出偏振片呈角度设置在变焦液晶元件34上，该角度根据偏振片能将光起偏到能配合液晶透镜工作所需的偏振角度时的实际需要进行设计即可。
此外，感光器件与光学镜头之间还设有用于过滤环境光的滤光元件33。进一步地，变焦液晶元件34和滤光元件33均卡接于一框体3内。具体地，框体3设有第一卡槽31和第二卡槽32，变焦液晶元件34和偏振元件35卡紧在第一卡槽31内，滤光元件33卡紧在第二卡槽32内。此外，需说明的是，滤光元件33还可以采用粘接或现有其他常规技术手段与变焦液晶元件34进行连接。滤光元件33优选设置为红外滤光片。红外滤光片过滤掉环境光，只通过一定波段的红外光，避免拍摄时出现杂质，从而保证拍摄画面质量。
具体地，光学镜头1包括与电路控制板5相互配合的底座11，变焦液晶元件34可以通过设置的一支撑架7与底座11相连。便于将变焦液晶元件34的稳固连接，进一步保证光学变焦的效果。具体地，本实施例中的变焦液晶元件34卡接在框体3内后，再将框体3通过支撑架7与底座11相连。此外，为了便于连接，底座11还可以与摄像机外框6相连。
需说明的是，感光器件4通常设为图像传感器。此外，本实施例中将单体液晶透镜与感光器件4的间距优选设置为5mm。需说明的是，变焦液晶元件34与感光器件4的间距还可以根据实际需要设为其他任意值。优选地，单体液晶透镜与感光器件4的间距设置为5mm时，光学镜头1优选采用12.5mm焦距镜头。需说明的是，当单体液晶透镜不加电时，其相当于一块玻璃片，此时单体液晶透镜焦距为正无穷，即整个光学成像系统的焦距依然是12.5mm。当我们加上一个驱动电压，单体液晶透镜液晶层可发生扭转，单体液晶透镜焦距改变，此时整个光学成像系统的焦距也随之改变。此外，需说明的是，在变焦之后还可调节一下光学镜头的对焦，进一步使图像传感器能记录清晰明锐的画面。
具体地，红外光源2包括红外光源PCB板，红外光源PCB板上设有多个间隔分布的灯珠21。具体地，在拍摄的时候，从红外光源发出的光线通过反光小球反射进入摄像机，由于反光小球对光线的原路反射率较高，进一步有助于避免拍摄时出现杂质，进而保证拍摄的画面质量。需说明的是，PCB(Printed Circuit Board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，它是是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。
具体地，驱动装置包括电源以及用于将电源转换成驱动电压以驱动变焦液晶元件34的液晶层发生扭转的电压驱动元件。需说明的是，驱动装置可以采用现有常规技术。一般来说，也可以使用升压驱动电路，以根据输入电压产生驱动电压来驱动变焦液晶元件34的液晶层发生扭转。本实施例中驱动装置优选设置在电路控制板5上，便于控制驱动电压以驱动变焦液晶元件34的液晶层发生扭转。
进一步地，电路控制板5、感光器件4和变焦液晶元件34均置于一摄像机外框6中，摄像机外框6与光学镜头1相连，以更好地保护电路控制板5、感光器件4和变焦液晶元件34。具体地，摄像机外框6与光学镜头1旋接，以便于将摄像机外框6与光学镜头1安装和拆卸。此外，摄像机外框6与红外光源2之间还可以设置用于连接摄像机外框6与红外光源2的连接杆8，通过连接杆8便于将摄像机外框6与红外光源2连接，且有助于保护光学镜头1。
以上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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，包括：
光学镜头；
置于所述光学镜头的一侧的红外光源；
置于所述光学镜头的另一侧且与所述光学镜头对应的感光器件；
与所述感光器件电性连接的电路控制板；
设于所述感光器件与所述光学镜头之间且用于改变光学成像系统的焦距的变焦液晶元件以及与所述变焦液晶元件电性配合且用于驱动所述变焦液晶元件的液晶层发生扭转的驱动装置。
2.如权利要求1所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述变焦液晶元件设为呈薄片状的单体液晶透镜。
3.如权利要求1所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述光学镜头与所述变焦液晶元件之间设有用于将光起偏到与所述变焦液晶元件的工作状态相匹配的偏振元件。
4.如权利要求3所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述偏振元件呈薄片状，薄片状的所述偏振元件呈角度地设置在所述变焦液晶元件上。
5.如权利要求1～4任一项所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述感光器件与所述光学镜头之间还设有用于过滤环境光的滤光元件。
6.如权利要求5所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述滤光元件设为红外滤光片。
7.如权利要求6所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述变焦液晶元件和所述滤光元件均卡接于一框体内。
8.如权利要求1～4任一项所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述光学镜头包括与所述电路控制板相互配合的底座，所述变焦液晶元件通过设置的一支撑架与所述底座相连。
9.如权利要求1～4任一项所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述红外光源包括红外光源PCB板，所述红外光源PCB板上设有多个间隔分布的灯珠。
10.如权利要求1～4任一项所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述驱动装置包括电源以及用于将所述电源转换成驱动电压以驱动所述变焦液晶元件的液晶层发生扭转的电压驱动元件。
11.如权利要求10所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述驱动装置设置在所述电路控制板上。
12.如权利要求1～4任一项所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述电路控制板、所述感光器件和所述变焦液晶元件均置于一摄像机外框中，所述摄像机外框与所述光学镜头相连。
13.如权利要求12所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述摄像机外框与所述光学镜头旋接。
14.如权利要求12所述的可实现光学变焦的光学动捕摄像机，其特征在于，所述摄像机外框与所述红外光源之间设有用于连接所述摄像机外框与所述红外光源的连接杆。
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