CN115079382A - 监控镜头、摄像设备和头戴式监控装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种监控镜头、摄像设备和头戴式监控装置，涉及光学技术领域，包括一种头戴式智能监控镜头，由沿光线入射方向依次排布的6个光学透镜构成，该镜头的焦距为12.56mm，视场角38°，F数为3，工作波段为400nm‑850nm；该头戴式智能监控镜头主要用于车间工人检查车间智能制造设备时佩戴，可以记录其检查和维修设备时的画面；该头戴式智能监控镜头中的6个光学透镜均采用球面面型，校正所有种类的像差，镜头最终具有成本低、体积小、重量轻、视场角大、成像质量良好等优点。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其是涉及一种监控镜头、摄像设备和头戴式监控装置。
背景技术
智能制造车间检修工人在进行设备检查和维修时，不进行现场实时画面录制的话，无法对检修工人的工作成果和工作失误进行认定。采用手持式监控镜头进行录像，会妨碍检修工人开展工作，而且录制画面无法与检修工人的第一视角保持一致，不能提供准确的现场画面。而且，传统的智能监控镜头还存在成像画面不清晰、视场角过小、体积和重量较大、成本过高等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种监控镜头、摄像设备和头戴式监控装置，以缓解了现有技术中存在的成本高的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种一种监控镜头。沿着光轴由物侧至像侧依序包括：
具有负光焦度的第一透镜，其物侧面在靠近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第二透镜；
具有负光焦度的第三透镜；
具有正光焦度的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜胶合在一起构成一个胶合透镜，通过特定材料搭配，更好地校正系统的色差；
具有正光焦度的第五透镜；
具有负光焦度的第六透镜，其像侧面为凹面；
所述监控镜头满足以下关系：
所述第一透镜的材料为：1.643<折射率<1.653，33.4<阿贝数<34.4，12mm<通光口径<12.5mm，4mm<厚度<5mm；
所述第二透镜的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，7.5mm<通光口径<8.5mm，3.8mm<厚度<4.2mm；
所述第三透镜的材料为：1.735<折射率<1.745，27.8<阿贝数<28.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，1.2mm<厚度<1.8mm；
所述第四透镜的材料为：1.670<折射率<1.680，49.8<阿贝数<50.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，2.8mm<厚度<3.2mm；
所述第五透镜的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，6.5mm<通光口径<7.5mm，2.5mm<厚度<3.5mm；
所述第六透镜的材料为：1.750<折射率<1.760，27.0<阿贝数<28.0，6.5mm<通光口径<7.5mm，3mm<厚度<4mm。
在一些可能的实现中，
所述第一透镜的材料的折射率为1.648，阿贝数为33.9；
所述第二透镜的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；
所述第三透镜的材料的折射率为1.740，阿贝数为28.3；
所述第四透镜的材料的折射率为1.678，阿贝数为50.7；
所述第五透镜的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；
所述第六透镜的材料的折射率为1.755，阿贝数为27.5。
在一些可能的实现中，
所述第一透镜的材料为HZF1A_CDGM；
所述第二透镜的材料为NLAF2_SCHOTT；
所述第三透镜的材料为ZF5_CDGM；
所述第四透镜的材料为SLAL56_OHARA；
所述第五透镜的材料为NLAF2_SCHOTT；
所述第六透镜的材料为SF4_SCHOTT。
在一些可能的实现中，
所述第一透镜的通光口径为12.3mm，厚度为4.50mm；
所述第二透镜的通光口径为8.0mm，厚度为4.00mm；
所述第三透镜的通光口径为4.3mm，厚度为1.50mm；
所述第四透镜的通光口径为6.0mm，厚度为3.17mm；
所述第五透镜的通光口径为6.9mm，厚度为2.80mm；
所述第六透镜的通光口径为7.0mm，厚度为3.50mm。
在一些可能的实现中，
所述第六透镜到像面的距离为6mm；
在一些可能的实现中，
所述监控镜头的光学系统焦距为12.56mm；
所述监控镜头的视场角为38°；
所述监控镜头的F数为3。
在一些可能的实现中，
所述监控镜头的工作波段为400nm~850nm；
第二方面，提供了一种摄像设备。包含如前述第一方面任一所述的监控镜头。
第三方面，提供了一种头戴式监控装置。包含如前述第一方面任一所述的监控镜头。
在一些可能的实现中，所述头戴式监控装置为安全帽。
本申请实施例带来了以下有益效果发明了一种头戴式智能监控镜头，一方面通过头戴的方式解脱检修工人的双手，而且能够实现监控镜头画面与检修工人的第一视角保持高度一致性。另一方面，本申请对传统监控镜头存在的不足进行了改进，通过光学材料的合理搭配和光学像差的良好校正，发明了一种高成像质量、大视场角的智能监控镜头。该镜头全部采用球面光学镜片，加工制造成本较低。通过轻量化设计，使得整个镜头具有体积小和重量轻的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种监控镜头的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种监控镜头的结构参数示意图；
图3为本申请实施例提供的一种点列图；
图4为本申请实施例提供的一种光学调制传递函数图；
图5为本申请实施例提供的一种光线像差曲线；
图6为本申请实施例提供的一种场曲和畸变曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种监控镜头。如图1所示，沿着光轴由物侧至像侧依序包括：
具有负光焦度的第一透镜11，其物侧面在靠近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第二透镜12；
具有负光焦度的第三透镜13；
具有正光焦度的第四透镜14，其中第三透镜与第四透镜胶合在一起构成一个胶合透镜，通过特定材料搭配，更好地校正系统的色差；
具有正光焦度的第五透镜15；
具有负光焦度的第六透镜16，其像侧面为凹面；
其中，监控镜头满足以下关系：
第一透镜11的材料为：1.643<折射率<1.653，33.4<阿贝数<34.4，12mm<通光口径<12.5mm，4mm<厚度<5mm；
第二透镜12的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，7.5mm<通光口径<8.5mm，3.8mm<厚度<4.2mm；
第三透镜13的材料为：1.735<折射率<1.745，27.8<阿贝数<28.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，1.2mm<厚度<1.8mm；
第四透镜14的材料为：1.670<折射率<1.680，49.8<阿贝数<50.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，2.8mm<厚度<3.2mm；
第五透镜15的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，6.5mm<通光口径<7.5mm，2.5mm<厚度<3.5mm；
第六透镜16的材料为：1.750<折射率<1.760，27.0<阿贝数<28.0，6.5mm<通光口径<7.5mm，3mm<厚度<4mm。
在一些实施例中，第一透镜11的材料的折射率为1.648，阿贝数为33.9；第二透镜12的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；第三透镜13的材料的折射率为1.740，阿贝数为28.3；第四透镜14的材料的折射率为1.678，阿贝数为50.8；第五透镜15的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；第六透镜16的材料的折射率为1.755，阿贝数为27.5。
在一些实施例中，第一透镜11的材料为HZF1A_CDGM；第二透镜12的材料为NLAF2_SCHOTT；第三透镜13的材料为ZF5_CDGM；第四透镜14的材料为SLAL56_OHARA；第五透镜15的材料为NLAF2_SCHOTT；第六透镜16的材料为SF4_SCHOTT。
如图1以及2所示，第一透镜11在物面侧的第一面为凸面，该第一面的表面类型为球面，半径为8.3881mm，厚度为4.5 mm，半孔径为6.1639 mm；第一透镜11在像面侧的第二面为凹面，即第一透镜具有负光焦度，该第二面的表面类型为球面，半径为5.0662 mm，厚度为1.3279 mm，半孔径为3.9986 mm。通过将第一透镜的第一面设置为凸面和第二面设置为凹面，有利于增大监控镜头的光通量，从而有利于监控镜头能够拍摄出清晰度较高的监控图像。
第二透镜12在物面侧的第三面为凸面，第二透镜12在像面侧的第四面为凹面，该第二透镜具有正光焦度，该第三面的表面类型为球面，半径为10.6016 mm，厚度为4.0000mm，半孔径为3.9986 mm，该第四面的表面类型为球面，半径为23.6095 mm，厚度为3.2481mm，半孔径为2.9032 mm。通过将第一透镜的第三面设置为凸面和第四面设置为凹面，有利于增大监控镜头的光通量，从而有利于监控镜头能够拍摄出清晰度较高的监控图像。
第三透镜13为光阑，该光栅为的表面类型为球面，半径为-9.7115 mm，厚度为1.5000 mm，半孔径为1.5107 mm。
第四透镜14在物面侧的第五面为凸面，第四透镜14在像面侧的第六面为凸面，即第四透镜具有负光焦度。该第五面的表面类型为球面，半径为7.7528，厚度为3.1719，半孔径为2.1445，该第六面的表面类型为球面，半径为-7.9309 mm，厚度为0.1000 mm，半孔径为2.9509 mm。
在一种实施方式中，光阑可以设置在第二透镜12和第四透镜14之间，即位于监控镜头的光学系统靠前的位置，进一步减小了监控镜头的前端口径，增大监控镜头的光通量，从而有利于在较低光照度的条件下，监控镜头能够拍摄出清晰度较高的监控图像。
在一种实施方式中，第三透镜的第六面与第四透镜的第七面之间的距离趋近于0。这样，第三透镜和第四透镜粘合在一起，第三透镜和第四透镜组成一消色差透镜组，以便于消减第一透镜和第二透镜所传递的光线色差，从而可以提高监控镜头所拍摄监控图像的分辨率。并且，将第三透镜和第四透镜粘合在一起，有利于减小监控镜头的光学系统的公差敏感度，进而便于组装出优质的监控镜头。
第五透镜15在物面侧的第七面为凸面，第五透镜15在像面侧的第八面为凸面，即第五透镜具有正光焦度。该第七面的表面类型为球面，半径为16.0872 mm，厚度为2.8070mm，半孔径为3.2700 mm，该第八面的表面类型为球面，半径为-34.9756 mm，厚度为0.1000mm，半孔径为3.4558 mm。
便于将光线平稳地过渡到第六透镜，即第五透镜具有过渡光线的作用，进而增大了监控镜头的光通量，有利于在较低光照度的条件下，监控镜头能够拍摄出清晰度较高的监控图像。
第六透镜16在物面侧的第九面为凸面，第六透镜16在像面侧的第十面为凹面，该第六透镜具有负光焦度。该第九面的表面类型为球面，半径为10.4245 mm，厚度为3.5000mm，半孔径为3.2700 mm，该第十面的表面类型为球面，半径为7.1337 mm，厚度为0.0000mm，半孔径为3.1037 mm。通过将第六透镜的第九面设置为凸面和第十面设置为凹面，有利于在较低光照度的条件下，监控镜头能够拍摄出清晰度较高的监控图像。
在一些实施例中，第一透镜11的通光口径为12.3mm，厚度为4.50mm；第二透镜12的通光口径为8.0mm，厚度为4.00mm；第三透镜13的通光口径为4.3mm，厚度为1.50mm；第四透镜14的通光口径为6.0mm，厚度为3.17mm；第五透镜15的通光口径为6.9mm，厚度为2.80mm；第六透镜16的通光口径为7.0mm，厚度为3.50mm。
在一些实施例中，第六透镜16到像面的距离为6mm；监控镜头的光学系统焦距为12.56mm；监控镜头的视场角为38°；监控镜头的F数为3；监控镜头的工作波段为400nm~850nm。
本申请涉及一种头戴式智能监控镜头，由沿光线入射方向依次排布的6个光学透镜构成，该镜头的焦距为12.56mm，视场角38°，F数为3，工作波段为400nm-850nm；该头戴式智能监控镜头主要用于车间工人检查车间智能制造设备时佩戴，可以记录其检查和维修设备时的画面；该头戴式智能监控镜头中的6个光学透镜均采用球面面型，校正所有种类的像差，镜头最终具有成本低、体积小、重量轻、视场角大、成像质量良好等优点。
本申请针对现有技术的问题，发明了一种头戴式智能监控镜头，一方面通过头戴的方式解脱检修工人的双手，而且能够实现监控镜头画面与检修工人的第一视角保持高度一致性。另一方面，本申请对传统监控镜头存在的不足进行了改进，通过光学材料的合理搭配和光学像差的良好校正，发明了一种高成像质量、大视场角的智能监控镜头。该镜头全部采用球面光学镜片，加工制造成本较低。通过轻量化设计，使得整个镜头具有体积小和重量轻的优点。
从图1头戴式智能监控镜头的光学系统结构图中可以看出，各个光学透镜分布均匀，位置合理。
从图3头戴式智能监控镜头的点列图中可以看出，各个视场角下弥散斑RMS小于7.5μm，说明该镜头的成像质量良好。图中黑色方框的边长为30微米。
从图4头戴式智能监控镜头的光学调制传递函数图中可以看出，在150cycles/mm以内的空间频率范围内，各个视场的光学调制传递函数MTF均高于0.2，满足光学镜头的设计要求。
从图5头戴式智能监控镜头的光线像差曲线可以看出，各个视场下子午和弧矢方向的像差均得到了良好的校正和平衡，镜头设计效果良好。
从图6头戴式智能监控镜头的场曲和畸变曲线可以看出，该镜头的场曲和畸变基本小于2.5%，满足监控镜头的设计要求。
本申请实施例还提供了一种摄像设备。该摄像设备包含前述实施例中的任一的监控镜头。
本申请实施例还提供了一种头戴式监控装置。该摄像设备包含前述实施例中的任一的监控镜头。
在一些实施例中，该头戴式监控装置为安全帽。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种监控镜头，其特征在于，沿着光轴由物侧至像侧依序包括：
具有负光焦度的第一透镜，其物侧面在靠近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第二透镜；
具有负光焦度的第三透镜；
具有正光焦度的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜胶合在一起构成一个胶合透镜，通过特定材料搭配，更好地校正系统的色差；
具有正光焦度的第五透镜；
具有负光焦度的第六透镜，其像侧面为凹面；
所述监控镜头满足以下关系：
所述第一透镜的材料为：1.643<折射率<1.653，33.4<阿贝数<34.4，12mm<通光口径<12.5mm，4mm<厚度<5mm；
所述第二透镜的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，7.5mm<通光口径<8.5mm，3.8mm<厚度<4.2mm；
所述第三透镜的材料为：1.735<折射率<1.745，27.8<阿贝数<28.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，1.2mm<厚度<1.8mm；
所述第四透镜的材料为：1.670<折射率<1.680，49.8<阿贝数<50.8，5.5mm<通光口径<6.5mm，2.8mm<厚度<3.2mm；
所述第五透镜的材料为：1.739<折射率<1.749，44.4<阿贝数<45.4，6.5mm<通光口径<7.5mm，2.5mm<厚度<3.5mm；
所述第六透镜的材料为：1.750<折射率<1.760，27.0<阿贝数<28.0，6.5mm<通光口径<7.5mm，3mm<厚度<4mm。
2.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，
所述第一透镜的材料的折射率为1.648，阿贝数为33.9；
所述第二透镜的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；
所述第三透镜的材料的折射率为1.740，阿贝数为28.3；
所述第四透镜的材料的折射率为1.678，阿贝数为50.7；
所述第五透镜的材料的折射率为1.744，阿贝数为44.9；
所述第六透镜的材料的折射率为1.755，阿贝数为27.5。
3.根据权利要求2所述的监控镜头，其特征在于：
所述第一透镜的材料为HZF1A_CDGM；
所述第二透镜的材料为NLAF2_SCHOTT；
所述第三透镜的材料为ZF5_CDGM；
所述第四透镜的材料为SLAL56_OHARA；
所述第五透镜的材料为NLAF2_SCHOTT；
所述第六透镜的材料为SF4_SCHOTT。
4.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，
所述第一透镜的通光口径为12.3mm，厚度为4.50mm；
所述第二透镜的通光口径为8.0mm，厚度为4.00mm；
所述第三透镜的通光口径为4.3mm，厚度为1.50mm；
所述第四透镜的通光口径为6.0mm，厚度为3.17mm；
所述第五透镜的通光口径为6.9mm，厚度为2.80mm；
所述第六透镜的通光口径为7.0mm，厚度为3.50mm。
5.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，
所述第六透镜到像面的距离为6mm。
6.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，
所述监控镜头的光学系统焦距为12.56mm；
所述监控镜头的视场角为38°；
所述监控镜头的F数为3。
7.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，
所述监控镜头的工作波段为400nm~850nm。
8.一种摄像设备，其特征在于：包含如权利要求1-7任一所述的监控镜头。
9.一种头戴式监控装置，其特征在于：所述头戴式监控装置包含如权利要求1-7任一所述的监控镜头。
10.根据权利要求9所述的头戴式监控装置，其特征在于：所述头戴式监控装置为安全帽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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