一种玻塑混合安防监控镜头及其控制方法与流程

1.本发明涉及监控镜头技术领域，具体是一种玻塑混合安防监控镜头及其控制方法。


背景技术：

2.光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣。随着现代技术的发展，光学镜头的技术水平有了很大的进步。特别是分辨率与焦距的提高，使光学镜头的画面质量有了飞跃式的提升，应用越来越广泛。其中，安防监控是一种重要的应用领域。光学镜头应用于安防技术领域，以提供全天候全方位的安全监控，给人们的人身和财产安全带来了很大保障。监控镜头在白天和夜晚均处于工作状态，白天的照明采用的主要是自然光，因此白天被摄物所发出的光线主要是可见光，而夜晚则需要使用红外光辅助照明，因此夜晚被摄物发出的光线主要是红外光或者由红外光和可见光组成的混合光线。而由于可见光(波长以550nm为例)与红外光(波长以850nm为例)在同一种光学玻璃、光学塑胶中的折射率不一样，这往往会导致可见光的焦点位置与红外光的焦点位置不一样，也就是说通过镜头成像之后可见光成像清晰的位置与红外光成像清晰的位置不一样。这样就导致了市面上的普通监控镜头很难兼顾白天和夜晚的成像清晰，常用的安防镜头通常使用6枚或6枚以上的玻璃镜片f2.0的相对孔径，但可见光与红外光共焦成像性能不能尽都如人意，而且采用全玻璃镜片也增加了制造成本，致使在价格竞争上处于劣势，同时也会致使镜头的总体重量较大，不利于镜头产品轻型化发展，随着安防监控设备的应用范围越来越广，监控镜头广泛用于室内、室外，一年365天每天24小时处于工作状态，镜头所处的环境温度变化巨大，。监控镜头典型的工作温度要求是-30℃～70℃，镜头必须保证在这温差范围内、在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟常温一样清晰，但现有的光学镜头受到温度的影响，使拍摄画面的清晰度受到很大影响，严重威胁安防监控设备的正常使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种玻塑混合安防监控镜头及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种玻塑混合安防监控镜头，包括镜框，所述监控镜头还包括：沿光线射入方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜均为塑胶透镜，所述第二透镜为玻璃透镜，所述第二透镜外边缘上设置有用于对所述第二透镜进行温度控制的发热元件；
5.温度传感器，所述温度传感器包括两个，分别设置于所述镜框上和镜框内，分别用于感测镜外环境温度和镜内环境温度；
6.控制器，分别与所述发热元件和两个温度传感器信号连接，用于根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件的加热温度，对所述第二透镜进行加热。
7.进一步的，所述控制器包括比较单元和调节单元，所述比较单元用于对比镜外环
境温度和镜内环境温度之间的温度差，所述调节单元用于根据温度差调节发热元件的加热温度。
8.进一步的，所述监控镜头还包括用于检测拍摄清晰度的检测模块，所述调节单元与所述检测模块信号连接，根据检测模块检测的清晰度调节发热元件的加热温度。
9.进一步的，。
10.进一步的，所述第二透镜的折射率和阿贝数分别为nd和vd，满足：nd＝1.62，vd＝60.37。
11.进一步的，所述第一透镜和第二透镜的焦距分别为f1和f2，满足：-1.43《f2/f1《-1.26。
12.进一步的，所述第三透镜和第四透镜的焦距分别为f3和f4，满足：-1.15《f4/f3《-1.08。
13.一种玻塑混合安防监控镜头的控制方法，所述方法包括：
14.沿光线射入方向依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜均为塑胶透镜，所述第二透镜为玻璃透镜，所述第二透镜外边缘上设置对所述第二透镜进行温度控制的发热元件；
15.两个温度传感器分别感测镜外环境温度和镜内环境温度；
16.控制器根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件的加热温度，对所述第二透镜进行加热。
17.进一步的，所述根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件的加热温度包括：
18.对比镜外环境温度和镜内环境温度之间的温度差；
19.当所述温度差大于预设阈值时，以镜内环境温度为基准调节发热元件的加热温度；
20.进一步的，调节加热温度时，输入初始加热温度，当镜头的拍摄清晰度小于预设阈值时，重复调高加热温度直至拍摄清晰度持续增加至等于预设阈值以得到发热元件的加热温度。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、本发明中的第一透镜、第三透镜和第四透镜为塑胶透镜，第二透镜为玻璃透镜，在保证日夜两用百万像素解析的基础上，只使用一片玻璃透镜和三片塑胶透镜就解决了热漂移问题，同时在玻璃透镜上设置发热元件，以根据镜外环境温度和镜内环境温度通过发热元件对第二透镜进行加热，不直接作用于塑胶透镜，不仅实现透镜焦距的微变化，达到拍摄画面清晰的效果，满足了镜头的小型化设计，避免直接作用于塑胶透镜引起的温度漂移，提升了镜头市场竞争力；
23.2、使用多片塑胶镜片，镜头成本得以降低，且通过合理分配玻璃镜片和塑胶镜片的正负焦距，能使像差得到较好的校正，解决了高低温解析焦点漂移的问题，使应用环境范围得以扩大，提升了市场竞争力。
附图说明
24.图1为本发明玻塑混合安防监控镜头结构示意图；
25.图2为本发明玻塑混合安防监控镜头结构框图；
26.图3为本发明实施例一可见光mtf图；
27.图4为本发明实施例一近红外光mtf图；
28.图5为本发明实施例一像散和畸变图；
29.图6为本发明实施例一零下30度mtf图；
30.图7为本发明实施例一零上70度mtf图；
31.图8为本发明实施例二可见光mtf图；
32.图9为本发明实施例二近红外光mtf图；
33.图10为本发明实施例二像散和畸变图；
34.图11为本发明实施例二零下30度mtf图；
35.图12为本发明实施例二零上70度mtf图；
36.图13为本发明实施例三可见光mtf图；
37.图14为本发明实施例三近红外光mtf图；
38.图15为本发明实施例三像散和畸变图；
39.图16为本发明实施例三零下30度mtf图；
40.图17为本发明实施例三零上70度mtf图；
41.图18为本发明玻塑混合安防监控镜头控制方法流程图。
具体实施方式
42.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。
43.如图1～图2所示，本实施例提供一种玻塑混合安防监控镜头，包括镜框，所述监控镜头还包括：沿光线射入方向依次设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3和第四透镜l4、温度传感器1、控制器2、检测模块3，
44.所述第一透镜l1、第三透镜l3、第四透镜l4均为塑胶透镜，所述第二透镜l2为玻璃透镜，在本实施例中，所述第一透镜l1为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜，所述第二透镜l2为正光焦度双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜l3为正光焦度双凸塑胶非球面透镜，所述第四透镜l4为负光焦度凹凸塑胶非球面透镜，所有透镜面曲率角度小于60度，有利于镜片加工和测量，塑胶非球面透镜满足以下方程式：
[0045][0046]
上式中，z为矢高，c为曲率半径，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，a4，a6，a8，a10，a12，a14，a16，a18是非球面的高阶系数，所述第一透镜l1和第二透镜l2之间设置有光阑sto，所述第二透镜l2外边缘上设置有用于对所述第二透镜l2进行温度控制的发热元件4，发热元件4可以是陶瓷加热环，将陶瓷加热环套设在第二透镜l2上，可以利用加热器或加热片等通过热传导的方式对发热元件3进行加热，向第二透镜l2传递热量，所述第二透镜l2
的折射率和阿贝数分别为nd和vd，满足：nd＝1.62，vd＝60.37，所述第一透镜l1和第二透镜l2的焦距分别为f1和f2，满足：-1.43《f2/f1《-1.26，所述第三透镜l3和第四透镜l4的焦距分别为f3和f4，满足：-1.15《f4/f3《-1.08。
[0047]
所述温度传感器1包括两个，分别设置于所述镜框上和镜框内，分别感测镜外环境温度和镜内环境温度；
[0048]
所述控制器2分别与所述发热元件4和两个温度传感器1信号连接，用于根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件3的加热温度，对所述第二透镜l2进行加热，所述控制器2包括比较单元21和调节单元22，所述比较单元21对比镜外环境温度和镜内环境温度之间的温度差，所述调节单元22与所述比较单元信号连接，根据温度差调节发热元件3的加热温度；
[0049]
所述检测模块3用于检测监控镜头的拍摄清晰度，例如，可以采用图像传感器检测监控镜头的拍摄清晰度，所述调节单元22与所述检测模块3信号连接，根据检测模块3检测的清晰度调节发热元件的加热温度。
[0050]
具体实施例一：
[0051]
如图3～图7所示，本实施例中镜头的相关参数以及各透镜之间的相互关系如下表所示：
[0052][0053][0054]
[0055][0056]
其中，f为镜头焦距，f#为镜头光圈数，ttl为镜头光学总长，dfov为镜头最大斜视场角。l1r1是指第一枚镜片的第一个面，l1r2是第一枚镜片的第二个面，l2r1是指第二枚镜片的第一个面，l2r2是第二枚镜片的第二个面，同理,l3r1是指第三枚镜片的第一个面，l3r2是第三枚镜片的第二个面，l4r1是指第四枚镜片的第一个面，l4r2是第四枚镜片的第二个面，r值为曲率半径，nd是折射率，vd是阿贝数。
[0057]
具体实施例二：
[0058]
如图8～12所示，本实施例中镜头的相关参数以及各透镜之间的相互关系如下表所示：
[0059][0060]
[0061][0062][0063]
其中，f为镜头焦距，f#为镜头光圈数，ttl为镜头光学总长，dfov为镜头最大斜视场角。l1r1是指第一枚镜片的第一个面，l1r2是第一枚镜片的第二个面，l2r1是指第二枚镜片的第一个面，l2r2是第二枚镜片的第二个面，同理,l3r1是指第三枚镜片的第一个面，l3r2是第三枚镜片的第二个面，l4r1是指第四枚镜片的第一个面，l4r2是第四枚镜片的第二个面，r值为曲率半径，nd是折射率，vd是阿贝数。
[0064]
具体实施例三：
[0065]
如图13～17所示，本实施例中镜头的相关参数以及各透镜之间的相互关系如下表所示：
[0066][0067][0068][0069]
其中，f为镜头焦距，f#为镜头光圈数，ttl为镜头光学总长，dfov为镜头最大斜视场角。l1r1是指第一枚镜片的第一个面，l1r2是第一枚镜片的第二个面，l2r1是指第二枚镜片的第一个面，l2r2是第二枚镜片的第二个面，同理,l3r1是指第三枚镜片的第一个面，
l3r2是第三枚镜片的第二个面，l4r1是指第四枚镜片的第一个面，l4r2是第四枚镜片的第二个面，r值为曲率半径，nd是折射率，vd是阿贝数。
[0070]
如图18所示，本实施例还提供一种玻塑混合安防监控镜头的控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0071]
s1：沿光线射入方向依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第二透镜外边缘上设置对所述第二透镜进行温度控制的发热元件；
[0072]
s2：两个温度传感器分别感测镜外环境温度和镜内环境温度；
[0073]
s3：控制器根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件的加热温度，对所述第二透镜进行加热。
[0074]
具体的，准备第一透镜l1、第三透镜l3、第四透镜l4以及光阑sto，沿光线射入方向依次设置第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3和第四透镜l4，所述第一透镜l1为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜，所述第二透镜l2为正光焦度双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜l3为正光焦度双凸塑胶非球面透镜，所述第四透镜l4为负光焦度凹凸塑胶非球面透镜，第一透镜l1和第二透镜l2之间设置光阑sto，监控镜头的具体参数如具体实施例一、具体实施例二、具体实施例三所示，并在第二透镜l2外边缘上设置对所述第二透镜l2进行温度控制的发热元件4，两个温度传感器1分别感测镜外环境温度和镜内环境温度，控制器2根据镜外环境温度和镜内环境温度调节发热元件的加热温度，对所述第二透镜l2进行加热，对比单元21对比镜外环境温度和镜内环境温度之间的温度差；当所述温度差大于预设阈值时，调节单元22以镜内环境温度为基准调节发热元件4的加热温度，例如，调节单元22将温度差和预设阈值之差作为发热元件4的加热温度对第二透镜l2进行加热，为了更为准确的调节加热温度，在调节加热温度时，输入初始加热温度，该初始加热温度可为温度差和预设阈值之差，检测模块3检测镜头的拍摄清晰度，当镜头的拍摄清晰度小于预设阈值时，重复调高加热温度直至拍摄清晰度持续增加至等于预设阈值以得到发热元件4的加热温度。
[0075]
本发明中的第一透镜、第三透镜和第四透镜为塑胶透镜，第二透镜为玻璃透镜，在保证日夜两用百万像素解析的基础上，只使用一片玻璃透镜和三片塑胶透镜就解决了热漂移问题，同时在玻璃透镜上设置发热元件，以根据镜外环境温度和镜内环境温度通过发热元件对第二透镜进行加热，不直接作用于塑胶透镜，不仅实现透镜焦距的微变化，达到拍摄画面清晰的效果，满足了镜头的小型化设计，避免塑胶透镜的温度漂移，提升了镜头市场竞争力；使用多片塑胶镜片，镜头成本得以降低，且通过合理分配玻璃镜片和塑胶镜片的正负焦距，能使像差得到较好的校正，解决了高低温解析焦点漂移的问题，使应用环境范围得以扩大，提升了市场竞争力。
[0076]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。