CN110456477A

CN110456477A - 一种低畸变后视光学系统及成像方法

Info

Publication number: CN110456477A
Application number: CN201910696250.6A
Authority: CN
Inventors: 罗杰; 冯科; 黄杰; 杨明亮
Original assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Current assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110456477B

Abstract

本发明涉及一种低畸变后视光学系统及成像方法，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜以及第五透镜，所述第一透镜和第二透镜均为弯月负透镜，所述第三透镜为双凸正透镜，第一透镜、第二透镜以及第三透镜构成光角度为负的前组镜头；所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成胶合镜片组并构成光角度为正的后组镜头；所述第一透镜、第二透镜、第五透镜的凹面均朝向光阑。本发明结构简单、合理，能够在提供较大视场角时具有低畸变特性，并且采用较多的非球面透镜，达到提高像质和降低成本的目的。

Description

一种低畸变后视光学系统及成像方法

技术领域：

本发明涉及一种低畸变后视光学系统及成像方法。

背景技术：

广角定焦镜头广泛地被应用于车载监控系统，特别是车载后视系统中，随着汽车行业的发展，对广角镜头的性能提出了更高的要求。现在市面上的普通车载后视广角镜头主要面临以下两个个问题：

一、常见的后视镜头一般采用5-6片的全玻璃透镜结构，镜头体型较大，重量较重，无法满足小型化的要求，在制造成本上，全玻璃设计的制造成本较高；

二、常见的后视镜头视场角大，相应的边缘通光量少，边缘成像不够清晰；总体成像畸变较大，成像质量不足。

发明内容：

本发明的目的在于针对以上不足之处，提供一种低畸变后视光学系统及成像方法，结构设计合理，能够在提供较大视场角时具有低畸变特性，达到提高像质和降低成本的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低畸变后视光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第一透镜和第二透镜均为弯月负透镜，所述第三透镜为双凸正透镜，第一透镜、第二透镜以及第三透镜构成光角度为负的前组镜头；所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成胶合镜片组并构成光角度为正的后组镜头。

进一步的，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.4mm，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为1.0mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.2mm。

进一步的，所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃与f满足以下比例：-6＜f₁/f＜-5，-3＜f₂/f＜-2，3＜f₃/f＜4。

进一步的，所述第四透镜、第五透镜的焦距f₄与f₅满足以下比例：1.5＜f₄/f₅＜2。

进一步的，所述的第一透镜满足关系式：N_d≥1.7，V_d≥45；所述的第二透镜满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第三透镜满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25；所述的第四透镜满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第五透镜满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25，其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

进一步的，所述第一透镜为球面透镜且由玻璃材质制成；第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜为非球面透镜，且均由塑胶材料制成。

进一步的，所述第三透镜与第四透镜之间设有光阑，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜的凹面均朝向光阑。

本发明采用的另一种技术方案是：一种低畸变后视光学系统的成像方法，采用上述的低畸变后视光学系统，成像时，光路顺序进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜后进行成像。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

(1)通过引入多片非球面透镜以及一组非球面胶合镜组，合理的分配各个镜面的光焦度，有效地校正了系统高级像差、色差；

(2)采用合理的面型设计使得非球面透镜能有效地控制整个光学系统的畸变；

(3)采用1G4P的设计结构，相比于全玻璃设计，不仅结构更加简单，具有更小的体型与质量，而且加入非球面胶合镜组，降低了装配敏感度，使得良率提高，成本降低，有利于大规模生产；此外还具有更佳的成像质量，达到百万像素摄像水准。

附图说明：

图1是本发明实施例的光学系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的可见光MTF曲线图；

图3是本发明实施例的畸变曲线图；

图4是本发明实施例的离焦曲线图。

图中：

A1-第一透镜；A2-第二透镜；A3-第三透镜；B1-第四透镜；B2-第五透镜；C-光阑；D-滤光片。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一种低畸变后视光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜A1、第二透镜A2、第三透镜A3、光阑C、第四透镜B1以及第五透镜B2，所述第一透镜A1和第二透镜A2均为弯月负透镜，所述第三透镜A3为双凸正透镜，第一透镜A1、第二透镜A2以及第三透镜A3构成光角度为负的前组镜头；所述第四透镜B1为双凸正透镜，所述第五透镜B2为弯月负透镜，第四透镜B1与第五透镜B2密接构成胶合镜片组并构成光角度为正的后组镜头；所述第一透镜、第二透镜、第五透镜的凹面均朝向光阑。

本实施例中，所述第一透镜A1与第二透镜A2之间的空气间隔为1.41mm，所述第二透镜A2与第三透镜A3之间的空气间隔为0.97mm，所述第三透镜A3与第四透镜B1之间的空气间隔为0.17mm。

本实施例中，所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第一透镜A2、第二透镜A2、第三透镜A3、第四透镜B1、第五透镜B2的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃与f满足以下比例：-6＜f₁/f＜-5，-3＜f₂/f＜-2，3＜f₃/f＜4。

本实施例中，所述第四透镜B1、第五透镜B2的焦距f₄与f₅满足以下比例：1.5＜f₄/f₅＜2。通过对本发明形成的光学系统的光焦度按照以上比例进行合理分配，各镜片相对于系统焦距f成一定比例，使本发明形成的光学系统在420～700nm的波长范围的像差得到合理的校正和平衡。

本实施例中，所述的第一透镜A1满足关系式：N_d≥1.7，V_d≥45；所述的第二透镜A2满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第三透镜A3满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25；所述的第四透镜B1满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第五透镜B2满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25，其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

本实施例中，所述第一透镜A1为球面透镜且由玻璃材质制成；第二透镜A2、第三透镜A3、第四透镜B1以及第五透镜B2为非球面透镜，且均由塑胶材料制成。

本实施例中，所述第五透镜的后侧设有滤光片D。

如表1示出了本实施例中光学镜头的各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率N_d以及阿贝数V_d。

表1：

本实施例采用了五片透镜作为示例，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，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥常数；A、B、C、D、E均为高次项系数。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：

本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：

(1)焦距：EFFL＝1.24mm；(2)光圈F＝2.0；(3)视场角：2w≥140°；(4)光学畸变：＜-35％；(5)成像圆直径大于φ4.8；(6)工作波段：420～700nm；(7)光学总长TTL≤12.9mm，光学后截距BFL≥2.6mm；(8)该镜头适用于百万像素CCD或CMOS摄像机。

在本发明实施例中，第一玻璃A1具有较大的折射率与光焦度，保证系统具有较大视场；第二玻璃A2选择合适的面型，有效地校正了光学系统的畸变；前组镜头的负光焦度矫正后组镜头的正光焦度像差，四片非球面透镜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；通过引入一组胶合非球面透镜，矫正成像系统的色差和像散，同时降低了镜头的敏感性，提高生产的可能性。

通过以上镜片组成的光学系统，光路总长较短，则镜头的体积小，后焦大，可以与多种不同接口的摄像机配合使用；其中第二透镜A2、第三透镜A3、第四透镜B1、第五透镜B2为塑胶非球面透镜，像质好，成本低；前组镜头为负光焦度，后组镜头为正光焦度，视场角度达到140度，并且具较低畸变，成像质量优良。

由图2可以看出，该光学系统在可见光波段的MTF表现良好，在空间频率120pl/mm处，其MTF值大于0.5，在空间频率80pl/mm处，其MTF值大于0.6，可以达到百万高清的解像力需求。由图3和图4中可以看出，镜头在视场角FOV为140°时，镜头的畸变率控制在-35％以内；在空间频率为80pl/mm时，镜头的离焦控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，在离焦为0的位置，MTF值大于0.7，由此可见在本实施例所诉的低畸变后视光学系统，在具有较大视场角的情况下，镜头畸变率低，像面清晰不失真，同时镜头离焦较小，镜头解像力高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种低畸变后视光学系统，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透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第一透镜和第二透镜均为弯月负透镜，所述第三透镜为双凸正透镜，第一透镜、第二透镜以及第三透镜构成光角度为负的前组镜头；所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成胶合镜片组并构成光角度为正的后组镜头。

2.根据权利要求1所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.4mm，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为1.0mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃与f满足以下比例：-6＜f₁/f＜-5，-3＜f₂/f＜-2，3＜f₃/f＜4。

4.根据权利要求3所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述第四透镜、第五透镜的焦距f₄与f₅满足以下比例：1.5＜f₄/f₅＜2。

5.根据权利要求1所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述的第一透镜满足关系式：N_d≥1.7，V_d≥45；所述的第二透镜满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第三透镜满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25；所述的第四透镜满足关系式：N_d≥1.5，V_d≥50；所述的第五透镜满足关系式：N_d≥1.6，V_d≤25，其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

6.根据权利要求1所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述第一透镜为球面透镜且由玻璃材质制成；第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜为非球面透镜，且均由塑胶材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种低畸变后视光学系统，其特征在于：所述第三透镜与第四透镜之间设有光阑，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜的凹面均朝向光阑。

8.一种低畸变后视光学系统的成像方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～7任意一项所述的低畸变后视光学系统，成像时，光路顺序进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜后进行成像。