CN109061983B - 具有四档能量调节功能的可见光镜头及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有四档能量调节功能的可见光镜头，包括沿光路入射方向依次设置有前镜组、可变光阑和后镜组，所述前镜组沿光路入射方向包括负月牙透镜A、双凸透镜A、负月牙透镜B、滤色片和双凸透镜B，所述后镜组沿光路入射方向包括正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C、双凸透镜D，所述滤色片外周设置有用以切换滤色片的滤色片切换机构；本发明还涉及一种具有四档能量调节功能的可见光镜头。本发明通过适当加大前镜组镜片间的间隔用于安装四种具有不同衰减比的滤色片，再通过滤色片切换机构切换滤色片实现镜头能量的调节，使镜头在不同的光照环境下都能够得到良好的成像画面，同时实现大靶面大视场镜头体积的有效减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有四档能量调节功能的可见光镜头及其工作方法。
技术背景
随着云计算的普及以及人工智能技术的日益成熟，信息科技逐渐向物联网时代转变。物联网技术引领人类进入智慧城市、智能家居、智能制造等全新的智能社会，智能摄像机是物联网技术的重要组成之一，广泛应用于安防、家居、工业制造等领域，有着与“眼睛”相同甚至更优异的探测与识别能力。光学镜头是智能摄像机的核心组成部分之一。
在安防监控行业，随着视频监控应用的不断深入，传统监控摄像机无法满足一些特殊区域场所的应用需要。针对实际的地理环境、监控目标环境的变化等因素，对摄像机匹配的光学镜头提出了视场角、景深、体积、低畸变、分辨率等多元化要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种具有四档能量调节功能的可见光镜头及其工作方法，通过适当加大前镜组镜片间的间隔用于安装四种具有不同衰减比的滤色片，再通过滤色片切换机构切换滤色片实现镜头能量的调节，使镜头在不同的光照环境下都能够得到良好的成像画面，同时实现大靶面大视场镜头体积的有效减小，镜头具有结构紧凑、畸变小、景深大等特点。
本发明的技术方案是：一种具有四档能量调节功能的可见光镜头，包括沿光路入射方向依次设置有前镜组、可变光阑和后镜组，所述前镜组沿光路入射方向包括负月牙透镜A、双凸透镜A、负月牙透镜B、滤色片和双凸透镜B，所述后镜组沿光路入射方向包括正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C、双凸透镜D，所述滤色片外周设置有用以切换滤色片的滤色片切换机构，所述滤色片切换机构包括用以固定安装滤色片的滤色片转盘，所述滤色片转盘上设置有四个滤色片安装槽，在滤色片安装槽内设置有用以压紧滤色片的滤色片压圈。
进一步的，分别安装在四个滤色片安装槽内的滤色片的衰减比为32:16:4:1。
进一步的，所述负月牙透镜A与双凸透镜A之间的空气间隔为2.42mm，双凸透镜A与负月牙透镜B之间的空气间隔为0.15mm，负月牙透镜B与滤色片之间的空气间隔为5.53mm，滤色片与双凸透镜B之间的空气间隔为6.00mm，双凸透镜B与可变光阑之间的空气间隔为3.75mm，可变光阑与正月牙透镜A之间的空气间隔为2.26mm，正月牙透镜A与双凹透镜之间的空气间隔为0.91mm，双凹透镜与双凸透镜C之间紧密连接形成胶合组，双凸透镜C与双凸透镜D之间的空气间隔为0.17mm。
进一步的，所述负月牙透镜A、双凸透镜A和负月牙透镜B外周设置有用以固定安装负月牙透镜A、双凸透镜A和负月牙透镜B的前组镜筒，在前组镜筒的左侧设置有用以压紧负月牙透镜A的压圈A，在负月牙透镜A与双凸透镜A之间设置有隔圈A，双凸透镜A与负月牙透镜B之间设置有隔圈B，在负月牙透镜B与前组镜筒的后端面之间设置有隔圈C，双凸透镜B外周设置有用以固定安装双凸透镜的镜筒A，镜筒A的左侧设置有用以压紧双凸透镜B的压圈B。
进一步的，所述正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C和双凸透镜D外周设置有用以固定安装正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C和双凸透镜D的后组镜筒，在后组镜筒右侧设置有用以压紧双凸透镜D的压圈C，在正月牙透镜A与双凹透镜之间设置有隔圈D，在双凸透镜C与双凸透镜D之间设置有隔圈E。
进一步的，在滤色片转盘下方设置有与滤色片转盘相啮合的滤色片切换齿轮，滤色片切换齿轮右侧设置有用以驱动滤色片切换齿轮转动的滤色片切换电机，在滤色片切换电机与滤色片切换齿轮之间设置有用以固定安装滤色片切换电机的电机支架，所述电机支架固定安装在前组镜筒上，所述滤色片转盘中心设置有转轴，转轴一端固定在滤色片转盘上，转轴另一端固定在前组镜筒上，滤色片转盘可绕转轴转动，在滤色片转盘上设置有四个磁钢架和四个霍尔元件架，在磁钢架上设置有磁钢，在霍尔元件架上设置有可与磁钢配合实现滤色片切换定位及位置反馈的霍尔元件。
进一步的，所述可变光阑外周设置有光阑调节机构，所述光阑调节机构包括可带动可变光阑转动的光阑动环，所述光阑动环通过镜筒A固定在后组镜筒内，在后组镜筒的外周设置有可绕后组镜筒外周转动的光阑调节环，光阑调节环左侧设置有用以限制光阑调节环脱离后组镜筒外周的光阑调节环压圈，在可变光阑右侧设置有用以控制可变光阑开度的光阑驱动电机，在光阑驱动电机输出轴上设置有驱动光阑调节环来回转动的光阑驱动齿轮，在光阑驱动齿轮与光阑调节环之间设置有用以传动的光阑传动齿轮，在光阑调节环上设置有光阑拨片，在光阑拨片两侧设置有位于后组镜筒上的光阑限位支架，在光阑限位支架上设置有可与光阑拨片配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关A。
进一步的，在后组镜筒的右侧设置有调焦机构，所述调焦机构包括调焦主筒，在调焦主筒外周设置有调焦凸轮，在调焦主筒内周设置有相机支架，在相机支架内侧设置有CCD，在调焦凸轮、调焦主筒和调焦的周壁上穿设有调焦导钉，在调焦主筒的下方设置有调焦驱动电机，在调焦驱动电机的输出轴上设置有与调焦凸轮相啮合的调焦驱动轮，在调焦凸轮上设置有调焦拨片，在调焦拨片两侧设置有固定安装于调焦主筒上的调焦限位支架，在调焦限位支架上设置有可与调焦拨片配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关B。
本发明提供的另一种技术方案是：一种具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，包括所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头：
（1）当镜头工作时，为了使镜头满足不同光照环境下的使用需求，通过控制滤色片切换电机转动一定角度，带动滤色片转盘做圆周运动，进而使安装在滤色片安装槽内的滤色片绕滤色片转盘中心转动，通过霍尔元件进行控制滤色片切换电机转动的角度，使所需滤色片转动至光轴位置，进而完成滤色片切换功能，实现镜头能量调节；
（2）当光线入射，通过所述负月牙透镜A和双凸透镜A时，由于负月牙透镜A和双凸透镜A是按照先负后正的光焦度进行设置，进而使镜头的视场角增大。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过适当加大前镜组镜片间的间隔用于安装四种具有不同衰减比的滤色片，再通过滤色片切换机构切换滤色片实现镜头能量的调节，使镜头在不同的光照环境下都能够得到良好的成像画面，同时实现大靶面大视场镜头体积的有效减小，镜头具有结构紧凑、畸变小、景深大等特点。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例光学镜片系统示意图；
图2为本发明实施例装配示意图；
图3为本发明实施例滤色片切换机构示意图；
图4为本发明实施例滤色片切换机构主视图；
图5为本发明实施例可变光阑调节结构主视图；
图6位本发明实施例可变光阑调节结构剖视图；
图7为本发明实施例调焦机构主视图；
图8为本发明实施例调焦机构剖视图；
图中：1-压圈A；2-前组镜筒；3-隔圈A；4-隔圈B；5-隔圈C；6-镜筒A；7-压圈B；8-后组镜筒；9-隔圈D；10-隔圈E；11-压圈C；20-滤色片切换机构；21-磁钢；22-磁钢架；23-滤色片转盘；24-滤色片安装槽；240-滤色片压圈；25-滤色片切换电机；26-电机支架；27-转轴；28-霍尔元件；29-霍尔元件架；210-滤色片切换齿轮；30-光阑调节机构；31-光阑调节环压圈；32-光阑动环；33-光阑调节环；34-光阑限位支架；35-光阑驱动电机；36-光阑驱动齿轮；37-微动开关A； 38-光阑传动齿轮；39-光阑拨片； 40-调焦机构；41-调焦主筒；42-调焦凸轮；43-调焦导钉；44-调焦限位支架；45-CCD；46-调焦驱动电机；47-调焦驱动轮；48-相机支架；49-微动开关B；410-调焦拨片； 51-负月牙透镜A；52-双凸透镜A；53-负月牙透镜B；54-滤色片； 55-双凸透镜B；56-可变光阑；57-正月牙透镜A；58-双凹透镜；59-双凸透镜C；60-双凸透镜D。
具体实施方式
如图1~8所示，一种具有四档能量调节功能的紧凑型可见光镜头，包括沿光路入射方向依次设置有前镜组、可变光阑56和后镜组，所述前镜组沿光路入射方向包括负月牙透镜A51、双凸透镜A52、负月牙透镜B53、滤色片54和双凸透镜B55，所述后镜组沿光路入射方向包括正月牙透镜A57、双凹透镜58、双凸透镜C59、双凸透镜D60，所述滤色片54外周设置有用以切换滤色片54的滤色片切换机构20，所述滤色片切换机构20包括用以固定安装滤色片54的滤色片转盘23，所述滤色片转盘23上设置有四个滤色片安装槽24，在滤色片安装槽24内设置有用以压紧滤色片54的滤色片压圈240，通过滤色片切换机构20可以将四片滤色片54进行切换，进而实现镜头能量的调节。
本实施例中，分别安装在四个滤色片安装槽24内的滤色片54的衰减比为32:16:4:1，通过设置不同衰减比的滤色片54可以调节镜头到达相机靶面的能量大小，满足镜头在不同光照环境下的使用需求。
本实施例中，所述负月牙透镜A51与双凸透镜A52之间的空气间隔为2.42mm，双凸透镜A52与负月牙透镜B53之间的空气间隔为0.15mm，负月牙透镜B53与滤色片54之间的空气间隔为5.53mm，滤色片54与双凸透镜B55之间的空气间隔为6.00mm，双凸透镜B55与可变光阑56之间的空气间隔为3.75mm，可变光阑56与正月牙透镜A57之间的空气间隔为2.26mm，正月牙透镜A57与双凹透镜58之间的空气间隔为0.91mm，双凹透镜58与双凸透镜C59之间紧密连接形成胶合组，双凸透镜C59与双凸透镜D60之间的空气间隔为0.17mm，通过将负月牙透镜B53和双凸透镜B55之间的距离适当增大，并将滤色片54安装位置由常规的镜头后端移至负月牙透镜B53和双凸透镜B55之间，合理利用了镜头前端的空间，减轻了大靶面镜头后端空间不足的压力，有益于实现镜头整体体积的减小。
本实施例中，所述负月牙透镜A51、双凸透镜A52和负月牙透镜B53外周设置有用以固定安装负月牙透镜A51、双凸透镜A52和负月牙透镜B53的前组镜筒2，在前组镜筒2的左侧设置有用以压紧负月牙透镜A51的压圈A1，在负月牙透镜A51与双凸透镜A52之间设置有隔圈A3，双凸透镜A52与负月牙透镜B53之间设置有隔圈B4，在负月牙透镜B53与前组镜筒2的后端面之间设置有隔圈C5，双凸透镜B55外周设置有用以固定安装双凸透镜的镜筒A6，镜筒A6的左侧设置有用以压紧双凸透镜B55的压圈B7。
本实施例中，所述正月牙透镜A57、双凹透镜58、双凸透镜C59和双凸透镜D60外周设置有用以固定安装正月牙透镜A57、双凹透镜58、双凸透镜C59和双凸透镜D60的后组镜筒8，在后组镜筒8右侧设置有用以压紧双凸透镜D60的压圈C11，在正月牙透镜A57与双凹透镜58之间设置有隔圈D9，在双凸透镜C59与双凸透镜D60之间设置有隔圈E10。
本实施例中，在滤色片转盘23下方设置有与滤色片转盘23相啮合的滤色片切换齿轮210，滤色片切换齿轮210右侧设置有用以驱动滤色片切换齿轮210转动的滤色片切换电机25，在滤色片切换电机25与滤色片切换齿轮210之间设置有用以固定安装滤色片切换电机25的电机支架26，所述电机支架26固定安装在前组镜筒2上，所述滤色片转盘23中心设置有转轴27，转轴27一端固定在滤色片转盘23上，转轴27另一端固定在前组镜筒2上，滤色片转盘23可绕转轴27转动，在滤色片转盘23上设置有四个磁钢架22和四个霍尔元件架29，在磁钢架22上设置有磁钢21，在霍尔元件架29上设置有可与磁钢21配合实现滤色片54切换定位及位置反馈的霍尔元件28。
本实施例中，所述可变光阑56外周设置有光阑调节机构30，所述光阑调节机构30包括可带动可变光阑56转动的光阑动环32，所述光阑动环32通过镜筒A6固定在后组镜筒8内，在后组镜筒8的外周设置有可绕后组镜筒8外周转动的光阑调节环33，光阑调节环33左侧设置有用以限制光阑调节环33脱离后组镜筒8外周的光阑调节环33压圈31，在可变光阑56右侧设置有用以控制可变光阑56开度的光阑驱动电机35，在光阑驱动电机35输出轴上设置有驱动光阑调节环33来回转动的光阑驱动齿轮36，在光阑驱动齿轮36与光阑调节环33之间设置有用以传动的光阑传动齿轮38，在光阑调节环33上设置有光阑拨片39，在光阑拨片39两侧设置有位于后组镜筒8上的光阑限位支架34，在光阑限位支架34上设置有可与光阑拨片39配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关A37，通过光阑电机驱动实现光阑的开大与闭合的调节，所述光阑拨片39与微动开关A37配合实现光阑调节的限位保护功能。
本实施例中，在后组镜筒8的右侧设置有调焦机构40，所述调焦机构40包括调焦主筒41，在调焦主筒41外周设置有调焦凸轮42，在调焦主筒41内周设置有相机支架48，在相机支架48内侧设置有CCD45，在调焦凸轮42、调焦主筒41和调焦的周壁上穿设有调焦导钉43，在调焦主筒41的下方设置有调焦驱动电机46，在调焦驱动电机46的输出轴上设置有与调焦凸轮42相啮合的调焦驱动轮47，在调焦凸轮42上设置有调焦拨片410，在调焦拨片410两侧设置有固定安装于调焦主筒41上的调焦限位支架44，在调焦限位支架44上设置有可与调焦拨片410配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关B49，所述调焦驱动电机46驱动调焦凸轮42旋转，通过调焦导钉43进行限位以及驱动，实现相机支架48轴向的平移从而达到调焦功能，所述微动开关B49与调焦拨片410配合实现调焦过程的限位保护功能。。
表一、光学元件参数表
本实施例中，上述镜头实现的指标如下：（1）焦距：f’=12mm；（2）F数：6.0~∞；（3）光谱范围：450nm~700nm；（4）视场大小：50.3°×50.3°；（5）像元大小：5.5μm×5.5μm；（6）畸变：≤0.5%；（7）光学总长：54mm。
一种具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，包括所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头：
（1）当镜头工作时，为了使镜头满足不同光照环境下的使用需求，通过控制滤色片切换电机25转动一定角度，带动滤色片转盘23做圆周运动，进而使安装在滤色片安装槽24内的滤色片54绕滤色片转盘中心转动，通过霍尔元件28进行控制滤色片切换电机25转动的角度，使所需滤色片54转动至光轴位置，进而完成滤色片54切换功能，实现镜头能量调节；
（2）当光线入射，通过所述负月牙透镜A51和双凸透镜A52时，由于负月牙透镜A51和双凸透镜A52是按照先负后正的光焦度进行设置，进而使镜头的视场角增大。
上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，其特征在于：具有四档能量调节功能的可见光镜头包括沿光路入射方向依次设置有前镜组、可变光阑和后镜组，所述前镜组沿光路入射方向包括负月牙透镜A、双凸透镜A、负月牙透镜B、滤色片和双凸透镜B，所述后镜组沿光路入射方向包括正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C、双凸透镜D，所述滤色片外周设置有用以切换滤色片的滤色片切换机构，所述滤色片切换机构包括用以固定安装滤色片的滤色片转盘，所述滤色片转盘上设置有四个滤色片安装槽，在滤色片安装槽内设置有用以压紧滤色片的滤色片压圈；
分别安装在四个滤色片安装槽内的滤色片的衰减比为32:16:4:1；
所述负月牙透镜A与双凸透镜A之间的空气间隔为2.42mm，双凸透镜A与负月牙透镜B之间的空气间隔为0.15mm，负月牙透镜B与滤色片之间的空气间隔为5.53mm，滤色片与双凸透镜B之间的空气间隔为6.00mm，双凸透镜B与可变光阑之间的空气间隔为3.75mm，可变光阑与正月牙透镜A之间的空气间隔为2.26mm，正月牙透镜A与双凹透镜之间的空气间隔为0.91mm，双凹透镜与双凸透镜C之间紧密连接形成胶合组，双凸透镜C与双凸透镜D之间的空气间隔为0.17mm；
在滤色片转盘下方设置有与滤色片转盘相啮合的滤色片切换齿轮，滤色片切换齿轮右侧设置有用以驱动滤色片切换齿轮转动的滤色片切换电机，在滤色片切换电机与滤色片切换齿轮之间设置有用以固定安装滤色片切换电机的电机支架，所述电机支架固定安装在前组镜筒上，所述滤色片转盘中心设置有转轴，转轴一端固定在滤色片转盘上，转轴另一端固定在前组镜筒上，滤色片转盘可绕转轴转动，在滤色片转盘上设置有四个磁钢架和四个霍尔元件架，在磁钢架上设置有磁钢，在霍尔元件架上设置有可与磁钢配合实现滤色片切换定位及位置反馈的霍尔元件；
具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法：
（1）当镜头工作时，为了使镜头满足不同光照环境下的使用需求，通过控制滤色片切换电机转动一定角度，带动滤色片转盘做圆周运动，进而使安装在滤色片安装槽内的滤色片绕滤色片转盘中心转动，通过霍尔元件进行控制滤色片切换电机转动的角度，使所需滤色片转动至光轴位置，进而完成滤色片切换功能，实现镜头能量调节；
（2）当光线入射，通过所述负月牙透镜A和双凸透镜A时，由于负月牙透镜A和双凸透镜A是按照先负后正的光焦度进行设置，进而使镜头的视场角增大。
2.根据权利要求1所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，其特征在于：所述负月牙透镜A、双凸透镜A和负月牙透镜B外周设置有用以固定安装负月牙透镜A、双凸透镜A和负月牙透镜B的前组镜筒，在前组镜筒的左侧设置有用以压紧负月牙透镜A的压圈A，在负月牙透镜A与双凸透镜A之间设置有隔圈A，双凸透镜A与负月牙透镜B之间设置有隔圈B，在负月牙透镜B与前组镜筒的后端面之间设置有隔圈C，双凸透镜B外周设置有用以固定安装双凸透镜的镜筒A，镜筒A的左侧设置有用以压紧双凸透镜B的压圈B。
3.根据权利要求1所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，其特征在于：所述正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C和双凸透镜D外周设置有用以固定安装正月牙透镜A、双凹透镜、双凸透镜C和双凸透镜D的后组镜筒，在后组镜筒右侧设置有用以压紧双凸透镜D的压圈C，在正月牙透镜A与双凹透镜之间设置有隔圈D，在双凸透镜C与双凸透镜D之间设置有隔圈E。
4.根据权利要求1所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，其特征在于：所述可变光阑外周设置有光阑调节机构，所述光阑调节机构包括可带动可变光阑转动的光阑动环，所述光阑动环通过镜筒A固定在后组镜筒内，在后组镜筒的外周设置有可绕后组镜筒外周转动的光阑调节环，光阑调节环左侧设置有用以限制光阑调节环脱离后组镜筒外周的光阑调节环压圈，在可变光阑右侧设置有用以控制可变光阑开度的光阑驱动电机，在光阑驱动电机输出轴上设置有驱动光阑调节环来回转动的光阑驱动齿轮，在光阑驱动齿轮与光阑调节环之间设置有用以传动的光阑传动齿轮，在光阑调节环上设置有光阑拨片，在光阑拨片两侧设置有位于后组镜筒上的光阑限位支架，在光阑限位支架上设置有可与光阑拨片配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关A。
5.根据权利要求1所述的具有四档能量调节功能的可见光镜头的工作方法，其特征在于：在后组镜筒的右侧设置有调焦机构，所述调焦机构包括调焦主筒，在调焦主筒外周设置有调焦凸轮，在调焦主筒内周设置有相机支架，在相机支架内侧设置有CCD，在调焦凸轮、调焦主筒和调焦的周壁上穿设有调焦导钉，在调焦主筒的下方设置有调焦驱动电机，在调焦驱动电机的输出轴上设置有与调焦凸轮相啮合的调焦驱动轮，在调焦凸轮上设置有调焦拨片，在调焦拨片两侧设置有固定安装于调焦主筒上的调焦限位支架，在调焦限位支架上设置有可与调焦拨片配合实现光阑调节限位保护功能的微动开关B。
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