电动变焦镜头的核心技术发展和应用

电动变焦镜头的核心技术发展和应用谈到电动变焦镜头，我们很容易想到体积大、重量可观的大家伙，以及安装的摄像机极不协调的比例。电动变焦镜头的发展，经历了短焦100mm以下中焦300mm左右长焦700mm以上的过程，不论从市场还是技术方面都已经逐渐成熟。由于价格和技术的发展，100mm以下的市场已经被一体化摄像机垄断，所以我们讨论的重点放在中、长焦系列的镜头上面。 随着市场需求的不断提高，电动变焦镜头的焦距随之不断加长。从100mm200mm300mm逐渐发展而来，现在成熟的产品已经做到了750mm。长焦镜头的发展，使单点监控的范围由“米”为单位发展到以“公里”为单位成为可能。但是，镜头设计的复杂度也成倍上升，使得在短焦时无关紧要的问题被逐渐放大，同时，新的技术问题也接踵而来。如何在客户需要和技术瓶颈中找到平衡，成为了各家厂商思考的热点问题。电动变焦镜头尤其是长焦镜头，为了得到更好的监控效果，一般会安装在比较高的位置，可以得到更好的视角。而且，很多产品是安装在野外，天气的大幅变化对设备在各种气候下的适应能力也有了更高的要求，这些都给维护带来了麻烦。因此，一个质量稳定可靠的产品才能减少维护成本，保证监控的不间断进行。于是，有实力的厂商引进了一些高端镜头行业采用的技术来提高产品性能。3CAM技术的应用就是这种趋势的代表。3CAM彻底放弃了目前行业内普遍采用的传统的3轨道技术。一、3CAM技术解决光学偏心3轨道技术由于采用轨道的方式来保持变焦时镜片在一条主轴上运动。这种技术在短焦镜头中应用没有什么问题，因为镜片的相对位移比较短，目前的生产工艺可以基本保证镜片在移动时不偏离主轴。但在长焦镜头中，尤其是在300mm以上的变焦镜头中，这种镜片依靠轨道直线推进的结构可能会使镜片在移动过程中发生偏离主轴的情况。由于3-CAM技术不需要轨道来定位镜片，镜片移动时采用螺旋推进，即镜片围绕主轴旋转前进，所以不会发生偏心的情况。这种技术特别适合于制作长焦、大变倍的镜头。3-CAM技术可延长使用寿命由于3-CAM技术是利用镜片边缘的“销”结构在一个经过严密设计的光滑的弧形滑道上运动，不会有任何的硬性摩擦，所以机械磨损非常小。减少的摩擦可以大大延长电机的寿命，同时可以降低电机的驱动电压。有些高档镜头甚至可以使用1.5V的电压来驱动镜头电机，使电动镜头的镜片移动非常平稳、缓慢。有利于在长焦时对物体的精细聚焦，拓宽了解码器对镜头变焦、聚焦等操作的速度变化范围。3-CAM技术的镜头温度变化适应能力强上面讲到3-CAM技术的“销”结构可以减少摩擦，只需要在“销”结构使用极少的润滑油，就可以达到理想的润滑效果。而3轨道技术为了得到相同润滑效果，需要在轨道和螺纹边缘涂抹较多的润滑油。在我们这样一个幅员辽阔、横跨多个气候带的国家，南北温差极大。在南方高温天气下，润滑油会逐渐变为液态，进而发生“漏油”等情况。北方过多的润滑油会凝结而阻碍镜片的移动。所以减少润滑油的使用可大大提高镜头对温度的适应能力。3-CAM技术可减少内部光反射由于变焦镜头内部由多个镜片组组成，镜片组之间又有较大的空间。这个空间随镜头焦距的增加而逐渐变大。光线很容易会照射到内壁再反射到内层镜片上，从而干扰镜头正常的成像，出现“重影”。3轨道技术是通过内壁的螺纹旋转来驱动镜片移动的，所以内壁要做的非常光滑，即使涂抹了遮光图层，也会在使用过程中逐渐磨损掉而露出金属光亮的原色，进而产生内反射干扰正常成像。3-CAM技术由于不需要依靠螺旋驱动镜片移动，所以内壁可以喷涂不反光的材料来避免“内反射”的发生，使图像更加清晰、明亮。二、透雾功能过去CCTV镜头还处于300mm以下阶段时，观测距离一般限定在1公里以内，这种应用对天气能见度的要求比较低，但是焦距已经发展到750mm的今天，雾天对监控图像的影响就不得不引起我们的重视了。这种情况尤其是在森林防火、油田监控和离海面较近的港口码头等远距离监控中尤为重要。这种环境往往更容易产生雾气，使24小时不间断监控面临新的挑战。没有开启透雾效果时房子和山只是一个轮廓。几乎看不到什么细节。开启透雾功能后效果非常明显。可以看清各个细节。针对这种情况，少数有设计、研发能力的厂商经过努力开发出了具有透雾功能的镜头，并成功实现了成品上市。这种技术的出现，大大拓宽了视频监控的应用范围，并且是人类依靠聪明智慧战胜自然环境的又一经典案例。市场上少数厂商在不具备生产透雾镜头产品能力的情况下，使用普通的产品充当透雾镜头来销售，宣称具有透雾功能，是极不负责任的行为。当然，在实际测试中无法蒙混过关，最终摆脱不了被淘汰的命运，但给对此功能有需求的用户在产品选择上制造了许多障碍和浪费许多时间。三、ED超低色散镜片色散的成因当太阳光通过不同的介质时，例如：玻璃或水，不同波长的光线因为会有不同的折射率，导致蓝光、绿光和红光会聚在不同焦点上。白光进入七彩分色光线出来。就自然界来说，这是构成色彩的必要成分，可是就镜头来说，这样的特质会形成影像上的大灾难！随着镜头设计越来越复杂且具备更多的功能。不可避免的镜头设计工程师必须跟“色散”打交道，透过不断的实验和测试，光学玻璃所产生的影像色彩分散现象是聚焦中心部分会出现同心圆状的色渗现象，在聚焦影像的周围形成异色光斑，并从中心部分开始逐渐向边缘部分扩大，而当镜头的焦距越长，色散也就越明显。ED超低色散镜片为了解决色散给成像带来的负面影响，镜头研发人员对各种材质进行实验，通过不断的努力，通过合成不同的元素，终于找到一种可以解决色散问题的镜片。称为“ED”（Extra-low Dispersion）镜片，大大提高了镜片的成像画质。 普通镜头拍摄效果 采用ED镜片镜头拍摄效果普通望远镜头无法摆脱色散的困扰，在物体的边缘会出现色渗现象四、长焦镜头小型化趋势和对周边设备的要求电动变焦镜头特别是长焦的镜头对周边配件的要求很高。一般的长焦镜头体积比较大，这也就意味着护罩的体积更大，极大的护罩意味着高昂的价格和更大的重量，小巧的外型不仅能减小护罩的尺寸，同时也给云台的载重减轻了负担。目前在750mm这个规格上，行业内最小的镜头是日本KOWA公司生产的LMVZ750AMPDC，体积只要313.2122122mm。对于云台，要求载重能力要强，运转精度要高。长焦镜头重量比常规镜头要大得多，再加上护罩的重量，没有一定的载重能力是很难带动起来的。长焦镜头在焦距调到最大值时，视角不到1，云台的精度不足是很难定位监控目标的。对于解码器的使用，如果预置位控制的精度不够，在多次调用预置位后就无法准确回位。长焦电动变焦镜头的安装使用，对护罩、云台等配套设备要求不断提高，镜头的体积和重量也是控制造价的重要因素，小巧、轻便的镜头也将成为镜头厂商的重要研发方向。随着CCTV摄像系统对镜头高画质、长焦等性能需求的日益增长，各大镜头厂商之间的竞争会逐渐加剧。采用新技术提高产品质量和性能对今后的发展起着至关重要的作用。3-CAM、透雾、ED（超低色散）镜片、体积小型化等技术在电动变焦镜头中的发展，大大拓宽了人们可视监控的范围，电动变焦镜头势必会在森林防火、油田监控和港口码头等远距离监控的高端领域得到更加广泛的应用。