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CN110333591A - 一种0.95mm车载高清环视光学系统及其成像方法 - Google Patents

一种0.95mm车载高清环视光学系统及其成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种0.95mm车载高清环视光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜，其中所述第一球面透镜、第一非球面透镜为弯月负透镜，第二球面透镜为双凸正透镜，所述第二非球面透镜、第三非球面透镜密接构成胶合组，所述第二非球面透镜、第三非球面透镜密接构成胶合组，第四非球面透镜为双凸正透镜；本发明还涉及一种0.95mm车载高清环视光学系统的成像方法。本发明结构合理、操作简便，具有像质清晰、温漂低等特点。

Description

一种0.95mm车载高清环视光学系统及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种0.95mm车载高清环视光学系统及其成像方法。
背景技术
车载环视镜头普遍应用于车载辅助驾驶系统中，要求具有像质高清、成像角度广、体型小等特点。现今市面许多车载环视镜头都采用玻塑设计方案，以补足全玻璃设计带来的成像质量不足、体积大的缺点。随着汽车行业的发展，对于小型化、高像质的要求更进一步。常规的车载环视镜头往往存在着成像效果一般、夜间亮度不足、高低温漂移较大等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种0.95mm车载高清环视光学系统及其成像方法，结构合理、操作简便，具有像质清晰、温漂低等特点。
本发明的技术方案是：一种0.95mm车载高清环视光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜；其中所述第一球面透镜、第一非球面透镜为弯月负透镜，第二球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为负的前组镜头；所诉第二非球面透镜为双凹负透镜，第三非球面透镜为双凸正透镜；所述第二非球面透镜、第三非球面透镜密接构成胶合组，第四非球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
进一步的，所述第一球面透镜与第一非球面透镜之间的空气间隔为1.65mm，所述第一非球面透镜与第二球面透镜之间的空气间隔为1.5mm，所述第二球面透镜与第二非球面透镜之间的空气间隔为0.35mm，所述第三非球面透镜与第四非球面透镜之间的空气间隔为0.1mm。
进一步的，将光学系统的总焦距设定为f，将第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜的焦距依次设定为、、、、、，其中、、、与满足以下关系：
，。
进一步的，将第一球面透镜的折射率设定为Nd1，将第一非球面透镜的折射率设定为Nd2，将第二球面透镜的折射率设定为Nd3，将第二非球面透镜的折射率设定为Nd4，将第三非球面透镜的折射率设定为Nd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Nd6各镜片的折射率满足一下关系：Nd1≥1.7；Nd2≥1.5；Nd3≥1.8；Nd4≥1.6；Nd5≥1.5；Nd6≥1.5。
进一步的，将第一球面透镜的阿贝系数设定为Vd1，将第一非球面透镜的阿贝系数设定为Vd2，将第二球面透镜的阿贝系数设定为Vd3，将第二非球面透镜阿贝系数设定为Vd4，将第三非球面透镜的阿贝系数设定为Vd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Vd6，各镜片的阿贝系数满足一下关系：Vd1≥45；Vd2≥50；Vd3≤25；Vd4≤30；Vd5≥50；Vd5≥50。
进一步的，所述第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜均为塑胶材料制成。
进一步的，在第四非球面透镜后端设置有滤光片。
本发明提供的另一种技术方案是，一种0.95mm车载高清环视光学系统的成像方法，包括所述的0.95mm车载高清环视光学系统：（1）光线自前向后依次经过第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜后到达像面进行成像，当光线经过前组镜头时，前组镜头的负光焦度能矫正后组镜头的正光焦度像差，同时前组镜头将第一非球面透镜设置于第一球面透镜与第二球面透镜之间，当光线经过时，能补偿整个光学系统的高低温焦点漂移；（2）第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜、第四片非球面四片非球面透镜能矫正所有高级像差及球差，整个镜头保证镜头折射率和光焦度近似比例分配，保证前组镜头的镜片与后组镜头的镜片的入射角大小的均衡性，进而降低镜头的敏感性，同时该四片非球面为四片塑胶非球面，像质好；（3）前组镜头为负光焦度，后组镜头为正光焦度，当光线入射时，视场角度能达到200度，在不同温度的恶劣环境能保证画面清晰，从而保证在高低温环境仍可正常使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计简单、合理，通过引入一组非球面透镜胶合组矫正球差、色差以及高级像差，不仅降低了装配敏感度，使得良率提高，有利于大规模生产，还提高了成像质量，达到两百万像素摄像水准；并合理计算各透镜光焦度，在两片玻璃透镜中加入一片非球面透镜来矫正本光学系统在高温和低温环境下焦点漂移，实现了在-40℃到+85℃的较宽的温度范围内成像清晰。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的光学结构示意图；
图2是本发明实施例的可见光MTF曲线图；
图3是本发明实施例的高温-40℃MTF离焦曲线；
图4是本发明实施例的高温+85℃MTF离焦曲线；
图中：100-前组镜头；110-第一球面透镜；120-第一非球面透镜；130-第二球面透镜；200-后组镜头；210-第二非球面透镜；220-第三非球面透镜；230-第四非球面透镜；300-光阑；400-滤光片。
具体实施方式
如图1所示，一种0.95mm车载高清环视光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜；其中所述第一球面透镜、第一非球面透镜为弯月负透镜，第二球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为负的前组镜头；所诉第二非球面透镜为双凹负透镜，第三非球面透镜为双凸正透镜；所述第二非球面透镜、第三非球面透镜密接构成胶合组，第四非球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
本实施例中，所述第一球面透镜与第一非球面透镜之间的空气间隔为1.65mm，所述第一非球面透镜与第二球面透镜之间的空气间隔为1.5mm，所述第二球面透镜与第二非球面透镜之间的空气间隔为0.35mm，所述第三非球面透镜与第四非球面透镜之间的空气间隔为0.1mm。
本实施例中，将光学系统的总焦距设定为f，将第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜的焦距依次设定为、、、、、，其中、、、与满足以下关系：
，。
本实施例中，将第一球面透镜的折射率设定为Nd1，将第一非球面透镜的折射率设定为Nd2，将第二球面透镜的折射率设定为Nd3，将第二非球面透镜的折射率设定为Nd4，将第三非球面透镜的折射率设定为Nd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Nd6各镜片的折射率满足一下关系：Nd1≥1.7；Nd2≥1.5；Nd3≥1.8；Nd4≥1.6；Nd5≥1.5；Nd6≥1.5。
本实施例中，将第一球面透镜的阿贝系数设定为Vd1，将第一非球面透镜的阿贝系数设定为Vd2，将第二球面透镜的阿贝系数设定为Vd3，将第二非球面透镜阿贝系数设定为Vd4，将第三非球面透镜的阿贝系数设定为Vd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Vd6，各镜片的阿贝系数满足一下关系：Vd1≥45；Vd2≥50；Vd3≤25；Vd4≤30；Vd5≥50；Vd5≥50。
本实施例中，所述第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜均为塑胶材料制成。
本实施例中，在第四非球面透镜后端设置有滤光片。
表1、具体镜片参数如下表
本实施例采用了六片透镜作为示例，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，有效扩大镜头的视场角，缩短镜头总长度，保证镜头的小畸变与高照度；同时校正各类像差，提高镜头的解析度与成像品质。各非球面面型Z由以下公式限定：
其中，为非球面沿光轴方向在高度为的位置时，距非球面顶点的距离矢高；为非球面的近轴曲率，(即，近轴曲率为上表1中曲率半径的倒数)；为圆锥常数；A、B、C、D、E均为高次项系数。下表2示出了可用于本实施例中各非球面透镜表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D、E。
表2 各非球面透镜参数
本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：
（1）焦距：EFFL=0.95mm；（2）光圈F=2.0；（3）视场角：2w≥200°；（4）光学畸变：＜-120%；（5）成像圆直径大于φ4；（6）工作波段：420～700nm；（7）光学总长TTL≤12.9mm，光学后截距BFL≥2mm；（8）该镜头适用于200万像素CCD或CMOS摄像机。
一种0.95mm车载高清环视光学系统的成像方法，包括所述的0.95mm车载高清环视光学系统：（1）光线自前向后依次经过第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜后到达像面进行成像，当光线经过前组镜头时，前组镜头的负光焦度能矫正后组镜头的正光焦度像差，同时前组镜头将第一非球面透镜设置于第一球面透镜与第二球面透镜之间，当光线经过时，能补偿整个光学系统的高低温焦点漂移；（2）第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜、第四片非球面四片非球面透镜能矫正所有高级像差及球差，整个镜头保证镜头折射率和光焦度近似比例分配，保证前组镜头的镜片与后组镜头的镜片的入射角大小的均衡性，进而降低镜头的敏感性，同时该四片非球面为四片塑胶非球面，像质好；（3）前组镜头为负光焦度，后组镜头为正光焦度，当光线入射时，视场角度能达到200度，在不同温度的恶劣环境能保证画面清晰，从而保证在高低温环境仍可正常使用。
由图2可以看出，该光学系统在可见光波段的MTF表现良好，可以达到两百万高清的解像力需求。图3和图4为该光学系统的-40℃低温和+85℃高温的MTF离焦曲线，图中低温的离焦量为14μm，高温的离焦量为6μm，MTF衰减很小，完全满足高低温图像清晰度。
上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜；
其中所述第一球面透镜、第一非球面透镜为弯月负透镜，第二球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为负的前组镜头；
所诉第二非球面透镜为双凹负透镜，第三非球面透镜为双凸正透镜；
所述第二非球面透镜、第三非球面透镜密接构成胶合组，第四非球面透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
2.根据权利要求1所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜与第一非球面透镜之间的空气间隔为1.65mm，所述第一非球面透镜与第二球面透镜之间的空气间隔为1.5mm，所述第二球面透镜与第二非球面透镜之间的空气间隔为0.35mm，所述第三非球面透镜与第四非球面透镜之间的空气间隔为0.1mm。
3.根据权利要求2所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：将光学系统的总焦距设定为f，将第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜的焦距依次设定为、、、、、，其中、、、与满足以下关系：
，。
4.根据权利要求3所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：将第一球面透镜的折射率设定为Nd1，将第一非球面透镜的折射率设定为Nd2，将第二球面透镜的折射率设定为Nd3，将第二非球面透镜的折射率设定为Nd4，将第三非球面透镜的折射率设定为Nd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Nd6各镜片的折射率满足一下关系：Nd1≥1.7；Nd2≥1.5；Nd3≥1.8；Nd4≥1.6；Nd5≥1.5；Nd6≥1.5。
5.根据权利要求4所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：将第一球面透镜的阿贝系数设定为Vd1，将第一非球面透镜的阿贝系数设定为Vd2，将第二球面透镜的阿贝系数设定为Vd3，将第二非球面透镜阿贝系数设定为Vd4，将第三非球面透镜的阿贝系数设定为Vd5，将第四非球面透镜的折射率设定为Vd6，各镜片的阿贝系数满足一下关系：Vd1≥45；Vd2≥50；Vd3≤25；Vd4≤30；Vd5≥50；Vd5≥50。
6.根据权利要求5所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：所述第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜均为塑胶材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：在第四非球面透镜后端设置有滤光片。
8.一种0.95mm车载高清环视光学系统的成像方法，包括如权利要求7所述的0.95mm车载高清环视光学系统，其特征在于：（1）光线自前向后依次经过第一球面透镜、第一非球面透镜、第二球面透镜、光阑、第二非球面透镜、第三非球面透镜以及第四非球面透镜后到达像面进行成像，当光线经过前组镜头时，前组镜头的负光焦度能矫正后组镜头的正光焦度像差，同时前组镜头将第一非球面透镜设置于第一球面透镜与第二球面透镜之间，当光线经过时，能补偿整个光学系统的高低温焦点漂移；（2）第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜、第四片非球面四片非球面透镜能矫正所有高级像差及球差，整个镜头保证镜头折射率和光焦度近似比例分配，保证前组镜头的镜片与后组镜头的镜片的入射角大小的均衡性，进而降低镜头的敏感性，同时该四片非球面为四片塑胶非球面，像质好；（3）前组镜头为负光焦度，后组镜头为正光焦度，当光线入射时，视场角度能达到200度，在不同温度的恶劣环境能保证画面清晰，从而保证在高低温环境仍可正常使用。
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