[发明专利]使镜头实现宽光谱共焦面的方法及宽光谱共焦面镜头装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学镜头装置，特别是一种使镜头实现宽光谱共焦面的方法及宽光谱共焦面镜头装置，它可适用于配套共焦性能良好的百万像素以上的高清晰度日夜型视频监控摄像机和IP网络摄像机。

背景技术

在安防、交通、科研等领域的视频监控系统普遍要求：不仅在环境照度好的场合（如白天）能获得被监控景物的高清图像，而且也要求在环境照度低的场合（如夜间）也能清晰地获得景物的细节。目前解决的方法是：通过在摄像器件（CCD或CMOS器件）附近插入附有镀制截止近红外光滤色片和高透近红外光的玻璃片的切换装置，白天时滤掉近红外杂光，可大大提高可见光谱区域的成像质量；在夜间，装置切换到高透近红外光玻璃片的一档， 并通过内置的辅助近红外光（常用近红外LED阵列或近红外半导体激光器等）进行照明，获得清晰的景物黑白电视图像。也相应地开发了配套的宽光谱区域（波长0.486μm-0.9μm）共焦面的日夜型摄像镜头。国外近年来研制的此类镜头普遍采用低色散（LD）光学玻璃材料和非球面技术，较好地解决了宽光谱共焦成像的难题。国内采用的办法是把较宽的光谱区域分解成可见光光谱区域（波长0.486μm-0.656μm）和根据照明光源确定的特定近红外光谱区域（如用近红外LED照明时为0.84μm-0.86μm，用半导体激光器照明时用0.795μm-0.815μm），这样就降低了解决宽光谱共焦的难度，也研制出价格比国外产品低得多的高性能宽光谱共焦面的视频监控镜头。但以上装置一是制作或使用不方便，二是无法真正实现宽光谱共焦面。

光学玻璃材料的折射率是与波长λ有关的。由简化的经验公式可知：n=n₀+                                                +（A、B为玻璃材料的特征系数）。从中可以看出折射率n随波长增加而减少。对一个单透镜，其焦距可由=(n-1)(+)-求得，当r_1、r₂>>d时，=(n-1)(+)，说明n越大透镜的焦距越短，也就是说波长越短，焦距就越短。如果将透镜放在λ₁和λ₂主谱线工作时，可得：-=-。一般与相差不大，可用它们的平均值近似取代，得：-≈(-)。可见同一单透镜在不同光谱区工作时，它们的焦面偏离取决于两光谱区域的折射率差（或色散差）和透镜的焦距长短。显然，选用色散差小的玻璃材料可减小两焦面偏离。一个镜头是由多个单透镜或胶合透镜组成的，情况比单透镜复杂。除选用低色散玻璃外，还可以通过选用相对部分色散（ΔPλ_min，λ_max）偏离阿贝色散基准线较大且各自偏离方向相异的关键透镜进行组合，也可降低较宽光谱区的焦面偏离。由于现有光学玻璃材料不可能完全消除色散差，因此在较宽光谱区域工作的同一镜头，始终存在焦面的偏离。像差平衡较好的镜头，大致在0.02mm以内，一般在0.03-0.06mm，较差的在0.07mm以上，而且焦距越长，焦面偏离量越大。因此如何使镜头真正校正在共同焦面并获得较佳的成像质量始终是日夜型镜头设计的难点。

目前常用的摄像机大多数都没有设置日夜切换装置，即使有也是用两片平行平板玻璃插入到光路上，这种不正确的设置，不仅改变了原有像面的位置，而且也降低了镜头的成像质量。

发明内容

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种使镜头实现宽光谱共焦面的方法及宽光谱共焦面镜头装置，它不仅可真正实现使镜头在可见光谱区和近红外光谱区都能在同一共焦面上获得高成像质量的要求，而且简单易行。

本发明技术方案由以下几部分构成：

方案一：