[发明专利]透镜结构

说明书

技术领域

本发明涉及光学透镜，更具体地涉及摄像机系统的透镜。本发明尤其适于用在使用了非常小的“针孔”摄像机透镜的隐蔽监视摄像机领域。

背景技术

针孔透镜因其尺寸小而非常实用，典型透镜的直径仅为几毫米，使得这种透镜能够免于被发现。通常将针孔摄像机隐藏在墙壁或其他遮挡物后面，在该遮挡物中钻出小孔(称为针孔)以使得能够秘密地观察和监视场景。在本说明书中，针孔被限定为直径2毫米或更小的孔。这些已知透镜的缺点在于需要物理光圈(physical stop)来限制能够经过它而照射到图像捕获单元(例如，胶片或传感器或人眼)上的光束。对于上述针孔透镜而言，物理光圈通常必须要凸出到墙壁内的孔中以提供可接受的图像质量并减少渐晕，这明显增加了监测的风险(见图1)。为了获得有用的图像，还必须精确地控制透镜与物理光圈之间的距离。

发明内容

本发明通过提供一种不需要常规物理光圈来限制穿过透镜的光束的透镜结构来克服现有技术中的这些难题。这一点是通过制造这样一种透镜结构来实现的，该透镜结构特别适于透过针孔来观察从而针孔本身用来限制可能进入透镜的光束，从而不再需要常规物理光圈。这样，本发明就克服了本领域中规定的为了获得满意的结果必须使用常规物理光圈的强烈的技术偏见。

此外，在已知的透镜结构中，物理光圈的位置对所实现的图像质量至关重要。物理光圈的任何移位都会导致严重的光学像差和图像劣化。为此，已知系统使用了与透镜结构一体化的物理光圈，使得其光学位置保持固定。本发明提供了一种相对来说对物理光圈的位置不敏感的透镜结构，使得能够由针孔本身来实现物理光圈的功能，而不会出现可识别的图像质量损失。因此，本发明表现出与公知技术手段显著的区别，并降低了与透镜系统相关的复杂度和成本。

不设置常规物理光圈意味着能够有效地隐藏摄像机和透镜结构，而无需凸出到遮挡物内的孔中。实际上可以相对于遮挡物内的孔退后设置整个摄像机组件，这显著降低了该装置通过常规手段(例如，利用手电筒来搜索该透镜的反射)而被发现的风险。

因此，本发明提供了一种适于透过针孔来观察的透镜结构，该透镜结构包括无需常规物镜即可使用的会聚目镜型透镜装置，并且被设置为使得该透镜结构向超出该透镜结构的第一端的物体空间中的点投射“虚拟”孔径，所述第一端是该透镜结构的最靠近被观察对象的一端，从而虚拟孔径限制了进入该透镜结构的光束，其中该透镜结构不包含一体形成的物理光圈。

在常规目镜中，出射光瞳位于目镜透镜的后面从而限定可以从系统中出射的光量。然而，在本发明中，将出射光瞳颠倒位置(reverse)以使得原出射光瞳位于透镜的前面，充当入射光瞳并限制可以进入该系统的光量。

因此有利的是，本发明提供的这种透镜结构可以用在监视摄像机中。

当利用常规透镜透过孔来观察物体时，主要的问题在于：如果孔远小于透镜，则透镜生成的像存在严重的渐晕现象。此外，如果为了实现隐蔽监视需要将透镜结构相对于孔后退设置或因为无法将透镜顶得靠近该孔，或者如果孔本身相对较深，则渐晕现象会显著增强。在本说明书中，将透镜结构相对于墙壁后退设置的距离称为“隙距(stand-offdistance)”，并且被定义为透镜结构与孔的最靠近被观察对象的一端的距离。

本发明利用新颖的透镜结构解决了现有技术中的那些问题，该透镜结构与会聚望远镜目镜类似，不同之处是目镜结构被颠倒位置，从而观察物体所通过的孔被设置在眼镜通常所处的位置。

公知的是，望远镜可以在“物空间”中聚焦位于望远镜透镜结构前方的物体，从而生成要在该透镜结构后方的“像空间”中看到的像。由于这种望远镜中使用的目镜透镜装置总是与物镜一起使用来尽可能多地捕捉光，因此该目镜透镜装置不需要物理光圈。该物镜包括用于限制可能进入望远镜中的光束的物理光圈并因此调节进入目镜中的光。目镜是一种固定焦距透镜，它在物理光圈设定的边界内投射物体的实像以在望远镜后面的特定距离处的像空间内形成出射光瞳。该距离被称为良视距(eye relief)。然后使眼睛位于该出射光瞳处来观察物体。只有经过该出射光瞳的光线才能够从系统中出射。