CN107193103B - 宽光动态范围宽光谱摄像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学***，光学***包括沿光线自左向右入射方向依次设置的可变光栏A、镜组B、镜组C、镜组D、调光组E，可变光栏A为可变光圈，镜组B为双凸透镜B‑1，镜组C为正月牙透镜C‑1与双凹透镜C‑2密接的胶合组，镜组D为双凸透镜D‑1，调光组E包括依次设置的变光密度盘E‑1、变光密度盘E‑2，变光密度盘E‑1、变光密度盘E‑2的透过率由99%到0.99%均匀渐变，本发明通过调光组，调整光学***的透过率，避免图像出现明亮区域因曝光过度成为白色，黑暗区域因曝光不足成为黑色，像质模糊的情况，具有大光动态范围适应能力。

Description

宽光动态范围宽光谱摄像镜头
技术领域
本发明涉及一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头。
背景技术
光动态范围是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度及色温的变化范围。在强光源照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限表现为动态范围不足。现有的常规摄像镜头光动态范围通常由光圈调节，通过关大或关小光圈，调整镜头的进光能力，调光倍数低，光动态范围小，特别是在强背景光环境下，关小光圈降低了***的极限分辨率，严重制约***的监测能力。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿光线自左向右入射方向依次设置的可变光栏A、光焦度为正的镜组B、光焦度为负的镜组C、光焦度为正的镜组D、调光组E，可变光栏A为可变光圈，镜组B为双凸透镜B-1，镜组C为正月牙透镜C-1与双凹透镜C-2密接的胶合组，镜组D为双凸透镜D-1，调光组E包括依次设置的变光密度盘E-1、变光密度盘E-2，变光密度盘E-1、变光密度盘E-2的透过率由99%到0.99%均匀渐变。
进一步的，所述可变光栏A和镜组B之间的空气间隔是2mm，所述镜组B和镜组C之间的空气间隔是2.4mm，所述镜组C和镜组D之间的空气间隔是2.6mm，所述镜组D和调光组件E之间的空气间隔是10mm。
进一步的，所述镜筒包括前组镜筒，可变光栏A设置于前组镜筒前端，镜组B、镜组C、镜组D依次设置于前组镜筒内，前组镜筒后端与法兰盘固定连接，法兰盘后部设置有调光盘座，调光盘座与法兰盘转动连接，所述调光组E设置于调光盘座内并与调光盘座轴承连接。
进一步的，所述法兰盘上设置有光栏电机、调光电机，光栏电机经其输出轴上的光栏电机齿轮与可变光栏A传动，调光电机经其输出轴上的调光电机齿轮与调光盘座啮合传动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，通过调光组，调整光学***的透过率，避免图像出现明亮区域因曝光过度而发白，黑暗区域因曝光不足成为黑色，或因光圈关小导致的衍射极限分辨率降低而造成像质模糊的情况，具有宽光动态范围适应能力，适应大漠、水面等复杂光照环境，在强光背景时的图像清晰度不下降，适应光照强弱、雨、雪、薄雾等各种特殊环境，有效地提高了监测能力。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的光学***示意图。
图2为本发明实施例的镜头机械结构示意图。
图3为为本发明实施例的镜头结构左视图。
图4为本发明实施例的镜头结构右视图。
图中：
A-可变光栏A；B-1-双凸透镜B-1；C-1-正月牙透镜C-1；C-2-双凹透镜C-2；D-1-双凸透镜D-1；E-1-变光密度盘E-1；E-2-变光密度盘E-2；F-像面；1-光栏铆钉；2-光栏片；3-光栏座；4-光栏动环；5-光栏调节环压圈；6-光栏调节环；7-光栏拨钉；8-光栏动环压圈；9-法兰盘；10-调光微动开关；11-调光电机；12-调光电机架；13-调光电机齿轮；14-调光电机过轮；15-调光电机过轮轴；16-调光盘座；17-变光密度盘E-1；18-变光密度盘E-2；19-调光压圈2；20-调光镜座2；21-钢珠；22-钢珠压圈2；23-调光压圈1；24-调光镜座1；25-钢珠压圈1；26-前组压圈；27-透镜D-1；28-隔圈2；29-透镜C-2；30-透镜C-1；31-隔圈1；32-前组镜筒；33-透镜B-1；34-光栏电机齿轮；35-光栏电机；36-光栏电机架；37-光栏过轮轴；38-光栏过轮；39-光栏开关架；40-光栏微动开关；41-光栏限位钉。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~4所示，一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿光线自左向右入射方向依次设置的可变光栏A、光焦度为正的镜组B、光焦度为负的镜组C、光焦度为正的镜组D、调光组E，可变光栏A为可变光圈，镜组B为双凸透镜B-1，镜组C为正月牙透镜C-1与双凹透镜C-2密接的胶合组，镜组D为双凸透镜D-1，调光组E包括依次设置的变光密度盘E-1、变光密度盘E-2，变光密度盘E-1、变光密度盘E-2的透过率由99%到0.99%均匀渐变。
在本实施例中，所述可变光栏A和镜组B之间的空气间隔是2mm，所述镜组B和镜组C之间的空气间隔是2.4mm，所述镜组C和镜组D之间的空气间隔是2.6mm，所述镜组D和调光组件E之间的空气间隔是10mm。
在本实施例中，所述镜筒包括前组镜筒，可变光栏A设置于前组镜筒前端，镜组B、镜组C、镜组D依次设置于前组镜筒内，前组镜筒后端与法兰盘固定连接，法兰盘后部设置有调光盘座，调光盘座与法兰盘转动连接，所述调光组E设置于调光盘座内并与调光盘座轴承连接。
在本实施例中，所述法兰盘上设置有光栏电机、调光电机，光栏电机经其输出轴上的光栏电机齿轮与可变光栏A传动，调光电机经其输出轴上的调光电机齿轮与调光盘座啮合传动。
如图2~4所示，所述镜头的机械结构前面设置有电动可变光栏机构，后面设有电动调光密度盘机构。所述八片光栏片（2）通过光栏铆钉（1）分别活动安装在光栏座（3）上。所述光栏动环（4）通过光栏动环压圈（8）安装在光栏座（3）上并和光栏铆钉（1）连接在一起。所述光栏调节环（6）通过光栏拨钉（7）和光栏调节环压圈（5）安装在光栏座（3）上。所述光栏座（3）通过螺纹连接在法兰盘（9）上。所述光栏过轮（38）通过光栏过轮轴（37）安装在光栏电机架（36）上，所述光栏电机（35）通过螺纹安装在光栏电机架（36）上，所述光栏电机架（36）通过螺钉安装在法兰盘（9）上。所述两个光栏微动开关（40）安装于光栏开关架（39）上，所述光栏开关架（39）通过螺钉圆弧安装在光栏座（3）上。当光栏电机（35）工作时，转子的旋转运动通过光栏电机齿轮（34）和光栏过轮（38）传递给光栏调节环（6），并通过光栏拨钉（7）带动光栏动环（4）转动，从而实现光栏的关大关小，调整镜头的进光能力。
所述透镜B-1（33）、隔圈1（31）、透镜C-1（30）和透镜C-2（29）的胶合组、隔圈2（28）、透镜D-1（27）依次安装于前组镜筒（32）内并通过前组压圈（26）压紧固定。所述前组镜筒（32）通过螺纹安装与法兰盘（9）上。
所述变光密度盘E-1（17）通过调光压圈1（23）安装在调光镜座1（24）上，所述变光密度盘E-2（18）通过调光压圈2（19）安装在调光镜座2（20）上，所述调光镜座1（24）和调光镜座2（20）通过钢珠安装在调光盘座（16）上，并用钢珠压圈1（25）和钢珠压圈2（22）压紧形成滚动轴承结构。所述调光电机过轮（14）通过调光电机过轮轴（15）安装在调光盘座（16）上。所述调光电机（11）固定在调光电机架（12）上，所述调光电机架（12）通过螺钉安装在调光盘座（16）上。当调光电机（11）工作时，转折的旋转运动通过调光电机齿轮（13）和调光电机过轮（14）传递给调光镜座1（24）和调光镜座2（20），并通过两个调光微动开关（10）限定在270°之间转动，从而实现变光密度盘调光的目的。
在本实施例中，所述各个镜片需满足下表所示的参数要求。
Figure 868832DEST_PATH_IMAGE002
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：
1.调光倍数：10000倍；
2.适应光谱范围：400nm～1060nm；
3.视场角：8.8°×6.6°；
4.相对孔径：1/4.5。
本发明提出了一种在-40℃～+60℃的宽温度范围内具有宽光动态范围宽光谱摄像镜头，通过调节调光组件E中所设置的透过率由99%到0.99%均匀渐变的变光密度盘E-1和E-2不同透过率在光路中的位置，即调整光学***的透过率，使***具有10000倍连续调光能力，即在不降低***的极限分辨率的条件下调节图像的亮暗，使得明亮区域不会因曝光过度成为白色，黑暗区域不会因曝光不足成为黑色，输出清晰的图像。同时，本发明在400nm到1060nm的宽光谱范围都有高解像力，适应在雨、雪、薄雾等各种特殊环境使用不同的光谱，提高监测能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种宽光动态范围宽光谱摄像镜头，其特征在于：包括镜筒、设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿光线自左向右入射方向依次设置的可变光栏A、光焦度为正的镜组B、光焦度为负的镜组C、光焦度为正的镜组D、调光组E，可变光栏A为可变光圈，镜组B为双凸透镜B-1，镜组C为向像方侧凸出的正月牙透镜C-1与双凹透镜C-2密接的胶合组，镜组D为双凸透镜D-1，调光组E包括依次设置的变光密度盘E-1、变光密度盘E-2，变光密度盘E-1、变光密度盘E-2的透过率由99%到0.99%均匀渐变，所述可变光栏A和镜组B之间的空气间隔是2mm，所述镜组B和镜组C之间的空气间隔是2.4mm，所述镜组C和镜组D之间的空气间隔是2.6mm，所述镜组D和调光组件E之间的空气间隔是10mm，双凸透镜B-1物侧面的曲率半径为45至55mm，像侧面的曲率半径为-65至-80mm，厚度为4.0mm，折射率为1.76，正月牙透镜C-1物侧面的曲率半径为-20至-30mm，像侧面的曲率半径为-5至-15mm，厚度为6.0mm，折射率为1.85，双凹透镜C-2物侧面的曲率半径为-5至-15mm，像侧面的曲率半径为25至35mm，厚度为4.0mm，折射率为1.73，双凸透镜D-1物侧面的曲率半径为25至35mm，像侧面的曲率半径为-12至-22mm，厚度为4.0mm，折射率为1.60，变光密度盘E-1、变光密度盘E-2的厚度均为5.0mm，折射率均为1.52。
2.根据权利要求1所述的宽光动态范围宽光谱摄像镜头，其特征在于：所述镜筒包括前组镜筒，可变光栏A设置于前组镜筒前端，镜组B、镜组C、镜组D依次设置于前组镜筒内，前组镜筒后端与法兰盘固定连接，法兰盘后部设置有调光盘座，调光盘座与法兰盘转动连接，所述调光组E设置于调光盘座内并与调光盘座轴承连接。
3.根据权利要求2所述的宽光动态范围宽光谱摄像镜头，其特征在于：所述法兰盘上设置有光栏电机、调光电机，光栏电机经其输出轴上的光栏电机齿轮与可变光栏A传动，调光电机经其输出轴上的调光电机齿轮与调光盘座啮合传动。
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