專利名稱：以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光學(xué)器材領(lǐng)域，具體地說，它是一種以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，


圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)的典型的電視攝像機(jī)的鏡頭內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)圖。電視攝像機(jī)的鏡頭接收來自目標(biāo)的自發(fā)光或反射光，經(jīng)過聚焦成像在攝像機(jī)的光電轉(zhuǎn)換器4上，光電轉(zhuǎn)換器4再將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。電視攝像機(jī)鏡頭的入射光瞳5設(shè)計在光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部，不論是從哪個方向射入鏡頭的光，只有穿過鏡頭入射光瞳的光才可能有效，并最后聚焦在光電轉(zhuǎn)換器4上。在鏡頭的入射光瞳5位置設(shè)有可沿徑向伸縮的孔徑光欄機(jī)構(gòu)51，用來控制射出鏡頭的光能量。該孔徑光欄機(jī)構(gòu)51內(nèi)縮，則聚焦在光電轉(zhuǎn)換器4上的光能量就少，反之就多。
這種普通攝像機(jī)鏡頭的缺點(diǎn)是由于其入射光瞳在鏡頭內(nèi)部，這種鏡頭只能拍攝到一些平常人眼比較容易看到的景象，但如觀察正在燃燒的爐體內(nèi)的現(xiàn)狀或觀察一些只能通過孔洞來觀察其內(nèi)部的物體時就十分不方便。在這種情況下，以往多使用針孔攝像機(jī)，這種攝像機(jī)多是工業(yè)級的，使用者要具備一定的專業(yè)知識。而把普通攝像機(jī)作針孔攝像的轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)，利用普通的廣播級或者是民用級的攝像機(jī)，就能夠作為針孔攝像機(jī)，且能自動校正像差，這種技術(shù)還沒有出現(xiàn)。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是一種以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，它包括電視攝像機(jī)，一個轉(zhuǎn)換針孔鏡頭旋在電視攝像機(jī)的濾光鏡接口上，轉(zhuǎn)換針孔鏡頭前端有針孔，里面有兩組光學(xué)部件，第二組光學(xué)部件的前焦點(diǎn)位于第一組光學(xué)部件的后焦點(diǎn)上。
第一組光學(xué)部件可以是一個膠合的凸透鏡，第二組光學(xué)部件可以由一膠合透鏡、一單片透鏡構(gòu)成，也可以由一膠合透鏡、兩單片透鏡構(gòu)成。
本實用新型利用小孔成像的原理，將一個轉(zhuǎn)換針孔鏡頭放在原電視攝像機(jī)鏡頭的前面，而轉(zhuǎn)換針孔鏡頭前端有針孔，光通過小孔進(jìn)來，由于光從小孔進(jìn)來后是發(fā)散的，要經(jīng)兩組光學(xué)部件的會聚，才能進(jìn)入原電視攝像機(jī)鏡頭，成像在光電轉(zhuǎn)換器上。這樣，就完成了將一般的攝像機(jī)作為針孔攝像機(jī)使用。本實用新型的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器為擴(kuò)大電視攝像機(jī)的應(yīng)用范圍提供了技術(shù)的可能性。其優(yōu)點(diǎn)是1)攝像機(jī)鏡頭的入射光瞳由內(nèi)部轉(zhuǎn)到外部空間的一個確定位置，即轉(zhuǎn)換針孔鏡頭的針孔上，針孔就相當(dāng)于入射光瞳，只有進(jìn)到針孔里的光才能最后成像在光電轉(zhuǎn)換器上，這樣，就可以拍攝到一些只能通過孔洞來觀察其內(nèi)部的物體，如正在燃燒的爐體內(nèi)的現(xiàn)狀。
2)仍然保持電視攝像機(jī)鏡頭的光路走向，它只是將一個轉(zhuǎn)換針孔鏡頭放在原電視攝像機(jī)鏡頭的前面，對電視攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能不產(chǎn)生影響，且卸下后仍可作普通電視攝像機(jī)鏡頭使用。
3)由于本實用新型設(shè)置了第一組光學(xué)部件、第二組光學(xué)部件，每組光學(xué)元件通過調(diào)整透鏡的曲率半徑、厚度、材料，對無限遠(yuǎn)校正像差，而兩組光學(xué)元件的這種校正正好可以互補(bǔ)，這樣的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)自身獨(dú)立校正像差。
圖2是本實用新型以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實用新型實施例1轉(zhuǎn)換針孔鏡頭的光路圖。
圖4是本實用新型實施例1整體的光路圖。
圖5是本實用新型實施例2轉(zhuǎn)換針孔鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)圖。
本實用新型能夠自身獨(dú)立校正像差。第一組光學(xué)部件(1)的作用是確定光的進(jìn)口，入瞳距和入瞳徑都要首先確定下來，然后再聯(lián)系視場角的大小來確定光學(xué)結(jié)構(gòu)的初始解。入瞳距1p在光學(xué)上規(guī)定為負(fù)值，0＞1p＞-25。同時第一組單元通過調(diào)節(jié)曲率半徑、厚度、材料對無限遠(yuǎn)校正像差，殘存的像差允許大一些，殘存像差fa＝∑fai。第二組光學(xué)部件(2)要比第一組復(fù)雜，它的作用是確定系統(tǒng)的出瞳距和出瞳徑。出瞳距l(xiāng)’p在光學(xué)上規(guī)定為正值，5＜l’p＜85。l’p的數(shù)值與電視攝像機(jī)的變焦距鏡頭的入瞳距相吻合。它也通過調(diào)節(jié)曲率半徑、厚度、材料對無限遠(yuǎn)物距的像差作校正，像差的殘存量fb＝∑fbi。校正結(jié)果要對照第一組的殘存像差量，它們必須有互補(bǔ)性，即(fa+fb)＜fa或表示為(fa+fb)＜fb，這樣就能實現(xiàn)自身獨(dú)立校正像差。兩組光學(xué)部件各自的光焦度φi都應(yīng)是有限的正數(shù)，既0＜φi＜0.0125。第二組的前焦點(diǎn)要落在第一組的后焦點(diǎn)上，同時它們的瞳距還要對接上，如果有棱鏡(如實施例2)還要把棱鏡的光路展開，此時才能判斷光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)優(yōu)劣，既像差的大小。整個系統(tǒng)連接以后它的理想光焦度φ應(yīng)是零，但實際上只要當(dāng)φ＜0.005時光學(xué)系統(tǒng)即滿足實用，這樣就給像差的校正增加了一個自由度。本實用新型實際上是一個有確定入射光瞳和出射光瞳位置的、無光焦度、小像差光學(xué)系統(tǒng)。
下表是實施例1的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。


上表中，1代表第一組光學(xué)部件，21代表膠合透鏡，22代表單片透鏡，如圖3所示。
權(quán)利要求1.一種以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，它包括電視攝像機(jī)(a)，其特征在于一個轉(zhuǎn)換針孔鏡頭(b)旋在電視攝像機(jī)(a)的濾光鏡接口上，轉(zhuǎn)換針孔鏡頭(b)前端有針孔(6)，里面有兩組光學(xué)部件(1，2)，第二組光學(xué)部件(2)的前焦點(diǎn)位于第一組光學(xué)部件(1)的后焦點(diǎn)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，其特征在于在第一組光學(xué)部件(1)和第二組光學(xué)部件(2)之間還可以加入轉(zhuǎn)折棱鏡或復(fù)合棱鏡(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，其特征在于第一組光學(xué)部件(1)可以是一個膠合的凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，其特征在于第二組光學(xué)部件(2)可以由一膠合透鏡(21)、一單片透鏡(22)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，其特征在于第二組光學(xué)部件(2)可以由一膠合透鏡(21)、兩單片透鏡(22、23)構(gòu)成。
專利摘要一種以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器，它包括電視攝像機(jī)(a)，其特征在于一個轉(zhuǎn)換針孔鏡頭(b)旋在電視攝像機(jī)(a)的濾光鏡接口上，轉(zhuǎn)換針孔鏡頭(b)前端有針孔(6)，里面有兩組光學(xué)部件(1，2)，第二組光學(xué)部件(2)的前焦點(diǎn)位于第一組光學(xué)部件(1)的后焦點(diǎn)上。本實用新型的以電視攝像機(jī)完成針孔攝像的光學(xué)儀器為擴(kuò)大電視攝像機(jī)的應(yīng)用范圍提供了技術(shù)的可能性。
文檔編號G03B17/12GK2537029SQ0223275
公開日2003年2月19日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者梁來順 申請人:公安部第一研究所