CN114594646A - 镜头机芯装置、光学仪器及相机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学技术领域,公开了一种镜头机芯装置、光学仪器及相机,该装置包括镜头本体、镜头座、传感器电路板、调节机构和多个厚度不同的滤光片；每个滤光片适用于不同的物距范围；镜头座安装于传感器电路板，镜头本体安装于镜头座，多个滤光片安装于调节机构，调节机构安装于镜头座；调节机构用于带动每个滤光片依次与镜头本体对准，以获取并融合多个滤光片获取图像的清晰的部分。通过带动每个滤光片依次与镜头本体对准，再通过传感器电路板获取并融合多个滤光片获取图像的清晰的部分，即可获取不同景深均清晰的图像画面，节省了成本，且能够实现同一副画面不同景深的实时对焦。
Description
本申请要求在2022年1月27日提交中华人民共和国知识产权局、申请号为202210097461.X、发明名称为“镜头机芯装置、光学仪器及相机”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种镜头机芯装置、光学仪器及相机。
背景技术
依据光学原理可知，距离不同的物在同一套光学***中所成像的焦点平面是不一样的，基于目前安防摄像机产品光圈不断变大、传感器像元不断减小、景深不断减小，单一超景深对焦出厂定焦产品很难满足客户定制化需求。
现有技术中的解决方式，包括通过音圈马达调整定焦镜头与图像传感器之间的距离从而改变光学***后焦实现自动对焦；或者如公告号为CN111432126A的专利的记载的：通过切换不同厚度的滤光片来实现同景深的对焦；又或如公告号为CN105009562A的专利的记载的：通过采用可移动镜头和MEMS驱动机构来实现不同景深的对焦。
但是，音圈马达镜头座的成本极高；公告号为CN111432126A的专利的记载的方式，无法实现同一副画面中近景和远景同时清晰，且无法实现实时对焦；公告号为CN105009562A的专利记载的方式，则需要针对性的开发驱动电路，成本同样很高，且镜片之间的相互移动容易引入杂光及鬼影，影响图像获取的质量。
因此，如何在节省成本的前提下，能够实现同一副画面不同景深的实时对焦，成为了本领域一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种镜头机芯装置、光学仪器及相机，上述镜头机芯装置能够防止虚焦的产生，实现使同一帧图片的不同景深的像同时清晰。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种镜头机芯装置，包括镜头本体、镜头座、传感器电路板、调节机构、以及多个厚度不同的滤光片；其中，每个滤光片适用于不同的物距范围；镜头座安装于传感器电路板，镜头本体安装于镜头座，多个滤光片安装于调节机构，调节机构安装于镜头座；调节机构用于带动每个滤光片依次与镜头本体对准，以获取并融合多个滤光片获取图像的清晰的部分。
本发明提供的镜头机芯装置，工作前，选取适用于不同物距范围下的多个滤光片，并将其安装于调节机构；工作时，启动调节机构，以依次带动每个滤光片与镜头本体对准，以令传感器电路板获取并融合多个滤光片获取图像的清晰的部分，从而获得一幅不同景深均清晰的图像画面；当拍摄图像的物距改变时，由于调节机构依然能够带动每个滤光片依次与镜头本体对准，则每个滤光片对应的清晰部分改变，最终经传感器电路板融合的图像也会发生改变，但最终获得的图像画面依旧是不同景深均清晰的。
因此，这种镜头机芯装置，通过带动每个滤光片依次与镜头本体对准，再通过传感器电路板获取并融合多个滤光片获取图像的清晰的部分，即可获取不同景深均清晰的图像画面，无需设置音圈马达镜头座或针对性的开发驱动电路，节省了成本；另外，即使拍摄图像的物距改变，传感器电路板最终融合生成的图像仍旧是清晰的，因此能够实现同一副画面不同景深的实时对焦。
可选地，调节机构为旋转机构；旋转机构包括支架，支架用于安装多个滤光片；旋转机构用于带动多个滤光片旋转以令每个滤光片依次与镜头本体对准。
可选地，旋转机构还包括电机、外壳、连接组件、以及盖板；电机与外壳的外侧固定连接，且电机的输出轴贯穿外壳；连接组件分别与输出轴以及支架连接，连接组件用于随输出轴的转动而带动支架转动；外壳与盖板构成容纳腔，容纳腔用于容纳连接组件、支架、以及滤光片。
可选地，连接组件包括第一齿轮、第二齿轮以及旋转轴；第一齿轮与输出轴过盈配合，且能够以输出轴为轴线旋转；第二齿轮通过旋转轴安装于外壳，且第二齿轮与支架固定连接。
可选地，盖板上具有开口；开口用于暴露出一个滤光片。
可选地，镜头座具有贯穿其自身的通孔；镜头、通孔与开口对应设置；通孔形成光学通道，以令暴露于开口的滤光片与镜头本体对准。
一种光学仪器，包括上述的任一种镜头机芯装置。
一种相机，包括前壳、镜头机芯装置、以及后筒；前壳和后筒配合以容纳镜头机芯装置。
可选地，镜头机芯装置通过安装板固定于相机的后筒。
附图说明
图1为本发明实施例提供的镜头机芯装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的镜头机芯装置的结构***图；
图3为本发明实施例提供的镜头机芯装置中滤光片的光学角度与光程补偿量的关系示意图；
图4为本发明实施例提供的镜头机芯装置中调节机构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的镜头机芯装置中旋转机构的结构***图；
图6为本发明实施例提供的相机的结构示意图。
图标：1-镜头本体；2-镜头座；3-传感器电路板；4-调节机构；5-滤光片；6-旋转机构；7-支架；8-电机；9-外壳；10-连接组件；11-盖板；12-输出轴；13-第一齿轮；14-第二齿轮；15-开口；16-通孔；17-滤光片昼夜切换机构；18-前壳；19-后筒；20-安装板；21-镜头机芯装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的镜头机芯装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的镜头机芯装置的结构***图，如图1和图2所示，本发明实施例提供的镜头机芯装置21，包括镜头本体1、镜头座2、传感器电路板3、调节机构4、以及多个厚度不同滤光片5；其中，每个滤光片5适用于不同的物距范围；镜头座2安装于传感器电路板3；镜头本体1安装于镜头座2；调节机构4用于带动每个滤光片5依次与镜头本体1对准，以获取并融合多个滤光片5获取图像的清晰的部分。
本实施例提供的镜头机芯装置21，工作前，选取适用于不同物距范围下的多个滤光片5，并将其安装于调节机构4；工作时，启动调节机构4，以依次带动每个滤光片5与镜头本体对准，以令传感器电路板3获取并融合多个滤光片5获取图像的清晰的部分，从而获得一幅不同景深均清晰的图像画面；当拍摄图像的物距改变时，由于调节机构4依然能够带动每个滤光片5依次与镜头本体对准，则每个滤光片5对应的清晰部分改变，最终经传感器电路板3融合的图像也会发生改变，但最终获得的图像画面依旧是不同景深均清晰的。
因此，这种镜头机芯装置21，通过带动每个滤光片5依次与镜头本体对准，再通过传感器电路板3获取并融合多个滤光片5获取图像的清晰的部分，即可获取不同景深均清晰的图像画面，无需设置音圈马达镜头座2或针对性的开发驱动电路，节省了成本；另外，即使拍摄图像的物距改变，传感器电路板3最终融合生成的图像仍旧是清晰的，因此能够实现同一副画面不同景深的实时对焦。
下面通过具体的计算方式对多个厚度差不同的滤光片5的选取进行说明：
通过高斯定律可知：1/U+1/V＝1/f；其中，U为物距，V为相距，f为焦距；以目前安防行业通用的镜头参数进行计算，则f(焦距)取8mm，FNO(相对孔径)取1，滤光片厚度则取0.2mm；
统计行业通用需求，以应用场景为0.5米-50米为例则：
物距为0.5米对焦时：V＝1/(1/f-1/U)＝8.13mm；
物距为50米对焦：V＝1/(1/f-1/U)＝8.01mm；
可知，滤光片所需光程补偿量为：8.13mm-8.01mm＝0.12mm。
图3为本发明实施例提供的镜头机芯装置中滤光片的光学角度与光程补偿量的关系示意图；当一束光线***厚度为d的滤光片后光路将为改变，n为折射率，L为补偿量，θ为入射角，r为折射角，如图3所示，则：
A’B’＝Lsinθ；AA’＝d/cosr；
在三角形AA’B’中：A’B’/AA’＝sin(θ-r)；
整理得，
整理得，
当入射角与折射角较小时有sinθ＝tanθ，即：
整理得：L＝d*(1-1/n)；
因此，推算出：补偿量＝玻璃厚度差*(1-1/折射率)；
再由此推算出：玻璃厚度差＝光程补偿量/(1-1/折射率)。
再将通用玻璃折射率为1.52、滤光片厚度为0.2mm、滤光片所需光程补偿量为0.12mm带入上述公式，可推算出：玻璃厚度差为：0.12/(1-1/1.52)＝0.35mm；
以四片滤光片为例，可令四个滤光片的厚度分别为0.2mm、0.32mm、0.44mm以及0.56mm；
需要说明的是，本实施例仅以设置四种不同规格的滤光片5为例；具体可根据实际工况来选定，例如三个或五个滤光片5均可以，数量不做限定。
另外，镜头机芯装置21还可配有滤光片昼夜切换机构17，滤光片昼夜切换机构17安装于传感器电路板3，以保证镜头机芯装置21无论在白天或夜间均能够满足拍摄效果。
还有，传感器电路板3可与计算机信号连接，以此来进行多个图像的获取和融合。
作为一种可选的实施例，调节机构4为旋转机构6；旋转机构6包括支架7，支架7用于安装多个滤光片5；旋转机构6用于带动多个滤光片5旋转以令每个滤光片5依次与镜头本体1对准。
本实施例中，拍摄前，启动旋转机构6以令支架7带动多个滤光片5旋转，将每个滤光片5依次转动至与镜头本体1对准。
其中，若滤光片5为四个，以每秒需要25帧画面为例，则合成后的每帧图像需要40ms，因此每个滤光片5的旋转耗时最多为10ms，则旋转机构的转速需保证大于0.025转/毫秒。
图4为本发明实施例提供的镜头机芯装置中调节机构的结构示意图；图5为本发明实施例提供的镜头机芯装置中旋转机构的结构***图；如图4和图5所示，作为一种可选的实施例，旋转机构6还包括电机8、外壳9、连接组件10、以及盖板11；电机8与外壳9的外侧固定连接，且电机8的输出轴12贯穿外壳9；连接组件10分别与输出轴12以及支架7连接，连接组件10用于随输出轴12的转动而带动支架7转动；外壳9与盖板11构成容纳腔，容纳腔用于容纳连接组件10、支架7、以及滤光片5。
本实施例中，选取滤光片5时，首先启动电机8，则电机8的输出轴12带动连接组件10旋转，连接组件10会带动支架7以及安装于支架7的多个滤光片5一同旋转，直至选取的滤光片5转动至与镜头本体1对准。
参考图5，作为一种可选的实施例，连接组件10包括第一齿轮13、第二齿轮14以及旋转轴；第一齿轮13与输出轴12过盈配合，且能够以输出轴12为轴线旋转；第二齿轮14通过旋转轴安装于外壳9，且第二齿轮14与支架7固定连接。
本实施例中，选取滤光片5时，首先启动电机8，由于第一齿轮13与输出轴12过盈配合，则电机8的输出轴12带动第一齿轮13旋转；又由于第二齿轮14通过旋转轴安装于外壳9，且第二齿轮14上的开槽与第一齿轮13啮合，则当第一齿轮13旋转时，会带动第二齿轮14旋转；因为第二齿轮14与支架7固定连接，从而能够实现安装于支架7的多个滤光片5一同旋转，直至每个滤光片5依次转动至与镜头本体1对准。
继续参考图5，作为一种可选的实施例，盖板11上具有开口15；开口15用于暴露出一个滤光片5。
参考图2，镜头座2具有贯穿其自身的通孔16；镜头、通孔16与开口15对应设置；通孔16形成光学通道，以令暴露于开口15的滤光片5与镜头本体1对准。
本实施例中，开口15以及通孔16的设置目的均是为了令定位完成后的滤光片5能够与镜头本体1对准且均处于光学通道中，从而满足拍摄的条件。
本发明实施例还提供了一种光学仪器，包括上述的任一种镜头机芯装置21。
本实施例中，光学仪器的有益效果与上述的任一种镜头机芯装置21的有益效果相同，不再赘述。
图6为本发明实施例提供的相机的结构示意图，如图6所示，本发明实施例还提供了一种相机，相机包括前壳18、镜头机芯装置21、以及后筒19；前壳18和后筒19配合以容纳镜头机芯装置21；镜头机芯装置21通过安装板20固定于相机的后筒19。
本实施例中，前壳18和后筒19能够对镜头机芯装置21起到保护的作用，且安装板20的方式能够令镜头机芯装置21安装的更加稳定。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种镜头机芯装置，其特征在于，包括镜头本体、镜头座、传感器电路板、调节机构、以及多个厚度不同的滤光片；其中，
每个所述滤光片适用于不同的物距范围；
所述镜头座安装于所述传感器电路板，所述镜头本体安装于所述镜头座，多个所述滤光片安装于所述调节机构，所述调节机构安装于所述镜头座；
所述调节机构用于带动每个所述滤光片依次与所述镜头本体对准，以获取并融合多个所述滤光片获取图像的清晰的部分。
2.根据权利要求1所述的镜头机芯装置，其特征在于，所述调节机构为旋转机构；
所述旋转机构包括支架，所述支架用于安装所述多个滤光片；
所述旋转机构用于带动多个所述滤光片旋转以令每个所述滤光片依次所述镜头本体对准。
3.根据权利要求2所述的镜头机芯装置，其特征在于，所述旋转机构还包括电机、外壳、连接组件、以及盖板；
所述电机与所述外壳的外侧固定连接，且所述电机的输出轴贯穿所述外壳；
所述连接组件分别与所述输出轴以及所述支架连接，所述连接组件用于随所述输出轴的转动而带动所述支架转动；
所述外壳与所述盖板构成容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述连接组件、所述支架、以及所述滤光片。
4.根据权利要求3所述的镜头机芯装置，其特征在于，所述连接组件包括第一齿轮、第二齿轮以及旋转轴；
所述第一齿轮与所述输出轴过盈配合，且能够以所述输出轴为轴线旋转；
所述第二齿轮通过所述旋转轴安装于所述外壳，且所述第二齿轮与所述支架固定连接。
5.根据权利要求3所述的镜头机芯装置，其特征在于，所述盖板上具有开口；
所述开口用于暴露出一个所述滤光片。
6.根据权利要求4所述的镜头机芯装置，其特征在于，所述镜头座具有贯穿其自身的通孔；
所述镜头、所述通孔与所述开口对应设置；
所述通孔形成光学通道，以令暴露于所述开口的所述滤光片与所述镜头本体对准。
7.一种光学仪器，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的镜头机芯装置。
8.一种相机，其特征在于，包括前壳、如权利要求1-6任一项所述的镜头机芯装置、以及后筒；
所述前壳和所述后筒配合以容纳所述镜头机芯装置。
9.根据权利要求8所述的相机，其特征在于，所述镜头机芯装置通过安装板固定于所述相机的后筒。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |