偏光透镜及具有其的摄像机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种偏光透镜及具有其的摄像机，该偏光透镜包括：偏光透镜体，偏光透镜体的底部的两侧分别具有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的侧壁形成第一入射面，第二凹槽的侧壁形成第二入射面，偏光透镜体的对应于第一凹槽的周面形成第一全反射面，偏光透镜体的对应于第二凹槽的周面形成第二全反射面，第一凹槽和第二凹槽形成安装空间，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向外偏折。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的问题。
【专利说明】
偏光透镜及具有其的摄像机
技术领域
[0001]本实用新型涉及视频监控技术领域，具体而言，涉及一种偏光透镜及具有其的摄像机。
【背景技术】
[0002]目前，半球摄像机常采用插件式红外灯或大功率红外灯进行补光。因半球摄像机的结构特点，这些补光灯都是围绕在镜头周围排布，而且补光灯的高度低于镜头。采用插件红外灯点阵排布的半球摄像机，由于红外灯几乎围绕了整个镜头，因此能够得到较理想的画面照明效果。但是由于插件红外灯功率小，所需数量往往较多，同时插件红外灯的亮度也略逊于大功率红外灯。采用大功率红外灯的半球摄像机，可以仅依靠一到两颗红外灯即满足整个画面的夜视照明。
[0003]但是，由于球罩的限制，红外灯I高度必须低于镜头2且紧靠镜头以节省空间。镜头2对红外灯光线的遮挡十分严重(图1所示)，在被照射画面上往往产生月牙形的照明图样或是有明显圆弧轮廓区分的暗边(如图2所示)，在被照射面的辐照度分布图上可以明显的看出左右两边各有一条圆弧的轮廓线，这在监控画面上将呈现为左右两条明显的边界，边界两端的亮度过度突兀，严重影响了监控设备的夜视效果。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种偏光透镜及具有其的摄像机，以解决现有技术中镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种偏光透镜，包括:偏光透镜体，偏光透镜体的底部的两侧分别具有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽连通，第一凹槽的侧壁形成第一入射面，第二凹槽的侧壁形成第二入射面，偏光透镜体的对应于第一凹槽的周面形成第一全反射面，偏光透镜体的对应于第二凹槽的周面形成第二全反射面，偏光透镜体的顶面形成出射面，第一凹槽和第二凹槽形成用于安装光源的安装空间，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向外偏折。
[0006]进一步地，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出射的光线与光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出射的光线之间形成发散角，经过偏光透镜体折射出来的光线在发散角的范围内。
[0007]进一步地，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出射的光线以第一偏折角α出射，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出射的光线以第二偏折角β出射，第二偏折角β大于第一偏折角α。
[0008]进一步地，第一凹槽的底壁形成第三入射面，第三入射面平行于出射面，第二凹槽的底壁形成第四入射面，第四入射面为弧面或第四入射面为相对于偏光透镜体的轴线倾斜的斜面。
[0009 ]进一步地，第四入射面为凸出第三入射面的凸弧面。
[0010]进一步地，第一全反射面和第二全反射面均为曲面。
[0011 ]进一步地，第一全反射面和第二全反射面均为二次曲面。
[0012]根据本实用新型的另一方面，提供了一种摄像机，包括偏光透镜，偏光透镜为上述的偏光透镜。
[0013]进一步地，摄像机还包括镜头和补光灯，偏光透镜设置在补光灯的一侧，偏光透镜和补光灯形成补光装置，补光装置设置在镜头的一侧，偏光透镜的第二凹槽靠近镜头设置以使补光灯发出的光线经过偏光透镜后绕过镜头。
[0014]进一步地，补光灯和偏光透镜均为两个，两个补光灯和两个偏光透镜均相对镜头的轴线对称设置。
[0015]进一步地，偏光透镜的第一凹槽与偏光透镜的第二凹槽的交线与偏光透镜的轴线形成的平面与镜头相切设置。
[0016]应用本实用新型的技术方案，将偏光透镜设置在镜头的一侧，第二凹槽靠近镜头设置。由于光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面进入偏光透镜体并从偏光透镜体出来的光线相对于法线向外偏折。上述结构的偏光透镜的第一全反射面能够将光源的发出的光线相对于镜头30向外偏折绕过镜头，减轻镜头对光线的遮挡，可以得到较理想的背照射面的光斑分布，有效地解决了现有技术中镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的问题。
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0018]图1示出了现有技术中的摄像机的镜头与红外灯的结构示意图；
[0019]图2示出了图1的摄像机的光斑照度分布示意图；
[0020]图3示出了现有技术中的单颗透镜在被照射面上的光斑分布示意图；
[0021 ]图4示出了根据本实用新型的偏光透镜的实施例的剖面示意图；
[0022]图5示出了图4的偏光透镜的第一透镜的立体结构示意图；
[0023]图6不出了图4的偏光透镜在被照射面上的光斑分布不意图；
[0024]图7示出了根据本实用新型的摄像机的结构示意图；
[0025]图8示出了图7摄像机的俯视示意图；
[0026]图9示出了图7的摄像机的补光灯的光线示意图；以及
[0027]图10示出了图7的摄像机的光斑照度分布示意图。
[0028]其中，上述附图包括以下附图标记:
[0029]1、红外灯;2、镜头;3、光斑；10、偏光透镜体；11、第一凹槽；111、第一入射面；112、第三入射面；12、第二凹槽；121、第二入射面；122、第四入射面；13、第一全反射面；14、第二全反射面;15、出射面;30、镜头;40、补光灯;50、光斑。
【具体实施方式】
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0031]如图4和图5所示，本实施例的偏光透镜包括偏光透镜体10，偏光透镜体10的底部的两侧分别具有第一凹槽11和第二凹槽12，第一凹槽11和第二凹槽12连通，第一凹槽11的侧壁形成第一入射面111，第二凹槽12的侧壁形成第二入射面121，偏光透镜体10的对应于第一凹槽11的周面形成第一全反射面13，偏光透镜体10的对应于第二凹槽12的周面形成第二全反射面14，偏光透镜体10的顶面形成出射面15，第一凹槽11和第二凹槽12形成用于安装光源的安装空间，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面111进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面121进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出来的光线相对于法线向外偏折。
[0032]应用本实施例的偏光透镜，将偏光透镜设置在镜头30的一侧，第二凹槽12靠近镜头30设置。由于光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面111进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面121进入偏光透镜体10并从偏光透镜体1出来的光线相对于法线向外偏折。上述结构的偏光透镜的第一全反射面13能够将光源的发出的光线相对于镜头30向外偏折绕过镜头，减轻镜头30对光线的遮挡，可以得到较理想的背照射面的光斑分布，有效地解决了现有技术中镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的问题。第一凹槽11及第一全反射面13的作用是偏折光线避让镜头遮挡，第二凹槽12及第二全反射面14的作用是与第一凹槽11及第一全反射面13实现一个完整的光斑。
[0033]光源发出的最外侧的一条光线(图4中的左侧的光线)先经过第一入射面111进入偏光透镜体10中，折射后的光线经过第一全反射面13的全反射，全反射的光线经过出射面15出射。光源发出的最外侧的另一条光线(图4中的右侧的光线)先经过第二入射面121进入偏光透镜体10中，折射后的光线经过第二全反射面14的全反射，全反射的光线经过出射面15出射。
[0034]如图7所示，可选地，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面111进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出射的光线与光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面121进入偏光透镜体1并从偏光透镜体1出射的光线之间形成发散角，经过偏光透镜体10折射出来的光线在发散角的范围内。发散角范围内应满足照亮整个画面范围，监控范围内不应出现明显暗角或中心暗区。图4中的左侧的全反射的光线经过出射面15以第一偏折角α出射，图4中的右侧的全反射的光线经过出射面15以第二偏折角β出射。因此，经偏光透镜体10的左侧区域偏折的光线可以绕过镜头，避免了镜头的遮挡。
[0035]具体地，光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面111进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出射的光线以第一偏折角α出射，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面121进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出射的光线以第二偏折角β出射，第二偏折角β大于第一偏折角α。其中，第一偏折角α是指光线经过第一凹槽11、第一全反射面13并从出射面15的出射的折射光线与法线之间的夹角，第二偏折角β是指光线经过第二凹槽12、第二全反射面14并从出射面15出射的折射光线与法线之间的夹角。
[0036]第一凹槽11的底壁形成第三入射面112，第三入射面112平行于出射面15，第二凹槽12的底壁形成第四入射面122，第四入射面122为弧面或第四入射面122为相对于偏光透镜体1的轴线倾斜的斜面。光源发出的光线经过第三入射面112进入偏光透镜体1中，折射后的光线不经过第一全反射面13直接通过出射面15出射。光源发出的光线经过第四入射面122进入偏光透镜体10中，折射后的光线不经过第二全反射面14直接通过出射面15出射。优选地，第四入射面122为凸出第三入射面112的凸弧面。上述结构使得偏光透镜体10的中心部分形成凸透镜。
[0037]可选地，第一全反射面13和第二全反射面14均为曲面。优选地，第一全反射面13和第二全反射面14均为二次曲面。在全反射透镜的基础上进行改进形成偏光透镜。其中，偏光是指相对于传统光强对称分布的透镜而言，光线可以沿偏离法向方向一定角度出射。
[0038]现有技术中，采用偏光透镜绕过镜头或结构件遮挡的方案也可以避免镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的情况，但是，偏光透镜大多采用折射式的透镜，使光线通过特别设计的光学曲面折射向某一方向偏折，这种技术方案中不同角度的透镜其形状、口径和高度大小不一，而安防摄像机领域某一款摄像机往往折射式透镜较难符合这一要求。
[0039]针对上述问题，本申请的偏光透镜可以根据镜头的高度直径以及光源与镜头距离等参数进行设计，区别于传统轴对称的全反射透镜，能够将某一范围内的光线以特定角度偏折出射。
[0040]本申请还提供了一种摄像机，如图7和图9所示，根据本申请的摄像机的实施例包括镜头30和补光装置，补光装置设置在镜头30的一侧，补光装置包括补光灯40和偏光透镜，偏光透镜为上述的偏光透镜，偏光透镜罩设在补光灯40的外侧，偏光透镜的第二凹槽12靠近镜头30设置以使补光灯40发出的光线经过偏光透镜后绕过镜头30。
[0041 ]将偏光透镜设置在镜头30的一侧，第二凹槽12靠近镜头30设置。由于光源发出的最外侧的一条光线通过第一入射面111进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出来的光线相对于法线向内偏折，光源发出的最外侧的另一条光线通过第二入射面121进入偏光透镜体10并从偏光透镜体10出来的光线相对于法线向外偏折。上述结构的偏光透镜的第一全反射面13能够将光源的发出的光线相对于镜头30向外偏折绕过镜头，减轻镜头30对光线的遮挡，可以得到较理想的背照射面的光斑分布，有效地解决了现有技术中镜头遮挡补光灯产生月牙形图案的问题。
[0042]为了进一步获得最佳的光斑混合结果，可选地，偏光透镜的第一凹槽11与偏光透镜的第二凹槽12的交线与偏光透镜的轴线形成的平面与镜头30相切设置。上述两个平面的夹角为Θ。
[0043]从图4所示的偏光透镜的剖面图可见，左侧的全反射面能够将光源光线以角α方向偏折出射;而右侧的全反射面可以将光源光线以角β方向偏折出射。因此，经透镜左侧区域偏折的光线可以绕过镜头，避免了镜头的遮挡。对于单一光源和透镜，被镜头遮挡与绕过镜头后的情况虽有所不同，却不能得到一个理想的照明区域，如图3所示，图3为单颗透镜在被照射面上的光斑3分布情况。采用本申请的偏光透镜，单颗偏光透镜在被照射面上的光斑50分布情况如6所示。由图可见，使用单颗偏光透镜虽可以避免产生图3中因镜头遮挡而产生的月牙形轮廓，但光斑50却并不是一个理想的圆形或椭圆形照明区域。这就需要在相对镜头对称的方向再镜像的放置一个相同的红外灯和偏光透镜，使两个透镜所产生的光斑50在镜头前一定距离外相互叠加形成一个理想的光斑分布(如图10所示)。具体地，补光灯40和偏光透镜均为两个，两个补光灯40和两个偏光透镜均相对镜头30的轴线对称设置。在本实施例中，补光灯40为红外灯，摄像机为半球摄像机。
[0044]本实施例的摄像机(如图9所示)在光学仿真软件中进行光学仿真，因偏光透镜两光斑叠加时会受叠加区域光线能量高低的影响，当叠加区域能量偏高时会在画面中心出现亮斑;叠加区域能量偏低时又会在画面中出现明显的暗斑。因此在仿真过程中，除参考图8所示角Θ外，还应根据仿真的照度分布情况对剪切区域的大小进行相应的调整，以获得最佳的光斑混合结果。
[0045]图10为对角Θ剪切区域进行多次调整后得到的光斑辐照度分布情况，由图可知，采用特殊设计的偏光透镜镜像放置的补光方案，能够在被照射区域内得到一个均匀过渡的圆形或椭圆形光斑，明显改善使用传统补光方案的半球摄像机因挡光而在画面上产生的“月牙”形图案。
[0046]综上所述，本实施例的偏光透镜的基本思路如下；采用相对镜头左右对称的排布方式各放置一大功率红外灯，见图7，搭配特殊设计的偏光透镜使左右两边红外灯发出的光线以一定角度向外偏转出射以绕过镜头，减轻镜头对光线的遮挡。同时左右两边透镜出射的光线在距离镜头一定距离外叠加成一个均匀的光斑，实现理想的补光。
[0047]具体来说，本实施例的偏光透镜应为如下情况:根据镜头视场角确定偏光透镜所需配光的光束角度(图7中角β)。该角度范围应满足照亮整个画面范围，监控范围内不应出现明显暗角或中心暗区。同时，确定光线避开镜头遮挡所需的边界角度，见图7所示角α以及图8所示角Θ。角α需根据摄像机结构中光源相对位置以及所选镜头的高度确定，镜头相对透镜越高或距离越近，则该角度越小。角Θ需根据镜头与光源距离以及镜头直径确定，镜头直径越大或光源距离镜头越小，则角Θ越大。
[0048]确定好相关参数和指标后，则根据这些参数进行偏光透镜的设计。本申请中的偏光透镜，采用分部设计的方法配合光学仿真进行设计，首先设计满足镜头视场角的透镜面型。
[0049]该透镜遵循传统TIR透镜设计方法进行设计，确定全反射光学面和小模芯的面形结构，使其对红外灯光线控制能够符合镜头视场角要求。同时，根据图8的俯视图，该平面内光线会被镜头遮挡。因此应参照角Θ的范围在普通的TIR透镜进行剪切，再在剪切掉的位置进行偏光透镜体的第二部分的光学设计，该偏光透镜体的第一部分应可以得到一较小的配光角度以绕开镜头的遮挡，同时透镜结构上应于偏光透镜体的第一部分尽量避免过大的差异，以免影响后期模具的制造和加工。由于光学元件的注塑精度要求较高，结构过于复杂将直接影响注塑的精确度，从而导致光学实测性能与软件仿真情况出现差异。因此，将两部分透镜进行整合，即得到偏光透镜的整体结构，其剖面情况如图4所示。偏光透镜的形成过程如下:先构建处偏光透镜的纵剖面的轮廓线，如图4所示，再将图4中左侧的轮廓线绕着对称轴旋转360°-Θ形成偏光透镜体的第一部分，然后将图4中右侧的轮廓线绕着对称轴旋转Θ形成偏光透镜体的第二部分，第二部分补充第一部分的缺口使得第一部分和第二部分形成一个偏光透镜的整体。
[0050]从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果:
[0051 ] 1、采用镜像放置的大功率红外灯搭配偏光透镜的补光方案得到较理想的被照射目标面的光斑分布，避免了传统方案容易产生的“月牙”形亮圈。
[0052]2、根据镜头高度、直径以及光源与镜头距离等参数所设计的偏光透镜，区别于传统轴对称形TIR透镜，能够将某一范围内的光线以特定角度偏折出射。
[0053]3、该偏光透镜补光方案主要应用于视频监控领域，不仅可以应用在半球摄像机上，也可应用于其他种类的红外摄像机上，用来避免镜头或其他凸出的结构对光线的遮挡影响。
[0054]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种偏光透镜，其特征在于，包括:偏光透镜体(10)，所述偏光透镜体(1)的底部的两侧分别具有第一凹槽(11)和第二凹槽(12)，所述第一凹槽(11)和所述第二凹槽(12)连通，所述第一凹槽(11)的侧壁形成第一入射面(111)，所述第二凹槽(12)的侧壁形成第二入射面(121)，所述偏光透镜体(10)的对应于所述第一凹槽(11)的周面形成第一全反射面(13)，所述偏光透镜体(10)的对应于所述第二凹槽(12)的周面形成第二全反射面(14)，所述偏光透镜体(10)的顶面形成出射面(15)，所述第一凹槽(11)和所述第二凹槽(12)形成用于安装光源的安装空间，所述光源发出的最外侧的一条光线通过所述第一入射面(111)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出来的光线相对于法线向内偏折，所述光源发出的最外侧的另一条光线通过所述第二入射面(121)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出来的光线相对于法线向外偏折。2.根据权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于，所述光源发出的最外侧的一条光线通过所述第一入射面(111)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出射的光线与所述光源发出的最外侧的另一条光线通过所述第二入射面(121)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出射的光线之间形成发散角，经过所述偏光透镜体(10)折射出来的光线在所述发散角的范围内。3.根据权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于，所述光源发出的最外侧的一条光线通过所述第一入射面(111)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出射的光线以第一偏折角α出射，所述光源发出的最外侧的另一条光线通过所述第二入射面(121)进入所述偏光透镜体(10)并从所述偏光透镜体(10)出射的光线以第二偏折角β出射，所述第二偏折角β大于所述第一偏折角α。4.根据权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于，所述第一凹槽(11)的底壁形成第三入射面(112)，所述第三入射面(112)平行于所述出射面(15)，所述第二凹槽(12)的底壁形成第四入射面(122)，所述第四入射面(122)为弧面或所述第四入射面(122)为相对于所述偏光透镜体(10)的轴线倾斜的斜面。5.根据权利要求4所述的偏光透镜，其特征在于，所述第四入射面(122)为凸出所述第三入射面(112)的凸弧面。6.根据权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于，所述第一全反射面(13)和所述第二全反射面(14)均为曲面。7.根据权利要求6所述的偏光透镜，其特征在于，所述第一全反射面(13)和所述第二全反射面(14)均为二次曲面。8.—种摄像机，包括偏光透镜，其特征在于，所述偏光透镜为权利要求1至7中任一项所述的偏光透镜。9.根据权利要求8所述的摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括镜头(30)和补光灯(40)，所述偏光透镜设置在所述补光灯(40)的一侧，所述偏光透镜和所述补光灯(40)形成补光装置，所述补光装置设置在所述镜头(30)的一侧，所述偏光透镜的第二凹槽(12)靠近所述镜头(30)设置以使所述补光灯(40)发出的光线经过所述偏光透镜后绕过所述镜头(30)。10.根据权利要求9所述的摄像机，其特征在于，所述补光灯(40)和所述偏光透镜均为两个，两个所述补光灯(40)和两个所述偏光透镜均相对所述镜头(30)的轴线对称设置。11.根据权利要求9所述的摄像机，其特征在于，所述偏光透镜的第一凹槽(11)与所述偏光透镜的第二凹槽(12)的交线与所述偏光透镜的轴线形成的平面与所述镜头(30)相切设置。
【文档编号】G03B15/05GK205510218SQ201620257622
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】梁雪, 程广伟, 王威, 杨坤
【申请人】杭州海康威视数字技术股份有限公司