CN101614864B - 超广角百万像素车载镜头 - Google Patents

Abstract

一种超广角百万像素车载镜头，包括2个透镜群组和光阑组成，其中从物方开始依次设有：具有负光焦度的前透镜群组、光阑和具有正光焦度的后透镜群组。所述的前透镜群组由两个具有负光焦度的第一、第二透镜和一个具有正光焦度的第三透镜组成；所述的后透镜群组由一个胶合镜片组和一个具有正光焦度的第六透镜组成。同时第二透镜和第六透镜为非球面镜片，且至少有一面含有非球面镜面。本发明可实现超广角、大相对孔径和小畸变，保证在-40℃～+85℃的温度范围内仍具有高通光能力和高清晰度，特别适用于环境比较恶劣的室外监控和车载相机系统。

Description

超广角百万像素车载镜头 

技术领域

本发明涉及一种车载镜头系统，尤其适合于环境比较恶劣的室外监控及车载相机系统的超广角百万像素车载镜头。 

背景技术

目前车载相机用广角镜头一般采用5片至8片玻璃镜片组成，如中国专利号为200710201261的广角镜头，就采用6片玻璃镜片组成，但是这种广角镜头不仅重量较重，且当视场角超过90°后，失真将会非常严重。为此，也有日本企业开发的广角镜头采用非球面技术，以减轻重量、成本和减小变形量，如中国专利号为200610074775.9的广角镜头，就采用4片透镜组成，其中含2片至3片的非球面镜片，虽然可以纠正光学失真，但通光性能较弱，解像力较低，无法满足摄像监视系统高通光能力和高清晰度的要求。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述的技术缺陷，提供一种成本低、重量轻、畸变小、高通光能力和符合高清晰度要求的超广角镜头。 

一种超广角百万像素车载镜头，所述的广角镜头从物方开始依次包括具有负光焦度的前透镜群组，具有正光焦度的后透镜群组，光阑设在前透镜群组和后透镜群组之间， 

所述的前透镜群组的第一透镜为凸向物方的负弯月镜片，第二透镜为负弯月或双凹镜片，第三透镜为双凸的正光焦度镜片； 

所述的后透镜群组的第四透镜和第五透镜组成一个胶合镜片，其特征在于： 

a、具有正光焦度的第四透镜在前，具有负光焦度的第五透镜在后，第六透镜为双凸的正光焦度镜片； 

b、所述的第一透镜采用双球面玻璃镜片；第三透镜采用高色散双球面玻璃镜片；第二、第六透镜采用塑料材质的非球面镜片；第四透镜采用双凸玻璃镜片；第五透镜采用负弯月玻璃镜片。 

所述的前透镜群组满足下面的条件公式： 

-8.5mm≥F_前≥-30mm，-8.5≥F_前/F≥-30 

其中F_前表示前透镜群组的组合焦距值，F表示所述镜头的光学系统的整组焦距值。 

所述的后透镜群组满足下面的条件公式： 

5.0mm≥F_后≥2.5mm，5.0≥F_后/F≥2.5 

其中F_后表示后透镜群组的组合焦距值，F表示所述镜头的光学系统的整组焦距值。 

所述的前透镜群组和后透镜群组满足下面的条件公式： 

-2.5≥F_前/F_后≥-10 

其中F_前表示前透镜群组的组合焦距值，F_后表示后透镜群组的组合焦距值。 

所述的第一透镜满足下面的条件公式： 

Nd≥1.75，Vd≥45 

其中Nd表示第一透镜材料的d光折射率，Vd表示第一透镜材料的d光阿贝常数。 

所述的第三透镜满足下面的条件公式： 

Nd≥1.8，Vd≤25 

其中Nd表示第三透镜材料的d光折射率，Vd表示第三透镜材料的d光阿贝常数。 

所述的光学镜头总视场角要满足下述公式：220°≥2ω≥140°。 

所述的第二透镜和第六透镜为非球面透镜，非球面镜面满足公式： 

$Z\left(h\right)=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{h}^2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}$

式中：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＝1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A，B，C，D，E为高次非球面系数。 

所述的光学镜头的光学长度满足下述条件： 

21mm≥TTL≥15mm 

其中，TTL表示所述的光学镜头的第一透镜物方侧最外点至成像焦平面的距离。 

与现有技术相比，本发明可实现超广角、大相对孔径、小畸变和较高成像清晰度，并保证在-40℃～+85℃的温度范围内仍能保持较完美的成像清晰度，特别适 用于环境比较恶劣的室外监控和车载相机系统。本发明与镜片数相等的其它光学镜头相比，采用了2片塑料非球面镜片，具有重量轻、成本低的优点，也可有效校正光学系统中的像差，以达到较高的解像水平和较广的视场角。 

附图说明

图1为本发明的第一实施例结构示意图。(物方处于最左侧位置、像方处于最右侧位置) 

图2为本发明的第一实施例色差曲线图。 

图3为本发明的第一实施例像散曲线图 

图4为本发明的第一实施例畸变曲线图。 

图5为本发明的第一实施例MTF曲线图。 

图6为本发明的第二实施例结构示意图。(物方处于最左侧位置、像方处于最右侧位置) 

图7为本发明的第二实施例色差曲线图。 

图8为本发明的第二实施例像散曲线图 

图9为本发明的第二实施例畸变曲线图。 

图10为本发明的第二实施例MTF曲线图。 

具体实施方式

下面结合上述附图对本发明实施例再进行具体说明。 

超广角百万像素车载镜头如图1和图6所示，该光学镜头由物侧至像侧依次为第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、光阑r7、第四镜片L4、第五镜片L5、第六镜片L6、滤色片GF、成像面IMA。 

第一镜片L1，它具有负的光焦度的负弯月镜片，是两面都是球面的玻璃透镜元件；第二镜片L2，它具有负的光焦度的负弯月镜片或双凹镜片，是两面都是非球面的塑料透镜元件；第三镜片L3，它具有正的光焦度的双凸镜片，是两面都是球面的玻璃透镜元件；第四镜片L4，它具有正的光焦度的双凸玻璃镜片，第五镜片L5，它具有负的光焦度的负弯月玻璃镜片，且L4与L5组合成一胶合镜片；第六镜片L6，它具有正的光焦度的双凸镜片，是两面都是非球面的塑料透镜元件。 

本发明六个镜片组成具有负的光焦度前透镜群组和具有正的光焦度后透镜群组。所述的前镜群组包括两个具有负光焦度的第一、第二透镜和一个具有正光焦度的第三透镜组成；所述的后透镜群组包括一个胶合镜片组和一个具有正光焦 度的第六透镜组成。同时第二透镜和第六透镜为非球面镜片，且至少有一面含有非球面镜面。通过如此配置，可实现超广角、大相对孔径、小畸变和较高的成像清晰度，并能够保证在-40℃～+85℃的温度范围内仍保持较完美的成像清晰度，特别适用于室外监控和车载相机系统。 

此外，所述的前、后透镜群组满足条件公式-8.5mm≥F_前≥-30mm，-8.5≥F_前/F≥-30，5.0mm≥F_后≥2.5mm，5.0≥F_后/F≥2.5，-2.5≥F_前/F_后≥-10，其中F前表示前透镜群组的组合焦距值；F表示镜头的光学系统的整组焦距值；F后表示后透镜群组的组合焦距值。这样合理控制前、后透镜群组的光焦度分配比例，一方面有利于控制前透镜组的入射光线高度，以减小光学系统高级像差和镜片的外径；另一方面可减小经过后透镜群组的主光线出射角度，以提高光学系统的相对亮度。 

第一透镜元件采用折射率Nd≥1.75，阿贝常数Vd≥45的高折射率低色散材料，能有效导入140°视场角、甚至180°视场角以上的光线并减小第一个镜片的口径，以避免体积过大。 

第三透镜元件采用折射率Nd≥1.8，阿贝常数Vd≤25的高折射率高色散材料，能快速会聚前两个负光焦度透镜过来的光线，且高色散材料能有效补偿光学系统中的色差值。 

光学镜头的第一透镜采用玻璃镜片，能有效保护光学镜头在使用过程中防刮擦及抵抗恶劣的环境变化影响，第三透镜采用高色散玻璃镜片，能有效补偿光学系统的色差，第二和第六透镜采用特殊的耐高温塑料材质的非球面镜片，一方面可以减少镜片数量和重量，并降低成本；另一方面可有效校正光学系统中的像差，以达到较高的解像水平和较广的视场角。 

本发明第一实施例如图1所示，第二实施例如图6所示，第一实施例特别应用于视场角≥150°的车载相机系统，第二实施例特别应用于视场角≥180°的车载相机系统，在结构上第一实施例与第二实施例的区别仅在于第二镜片L2，第一实施例的第二镜片L2是具有负的光焦度的负弯月镜片；而第二实施例的第二镜片L2是具有负的光焦度的双凹镜片，其余都相同。 

图2至图5为相应于第一实施例的光学性能曲线图，其中图2为色差曲线图(也可叫球差曲线图)，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为mm。 图3为像散曲线图，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为mm。图4为畸变曲线图，表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。图5为MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像水平。 

在第一和第二实施例中，该光学镜头的整体焦距值为F，光圈值为FNO，视场角为2ω，镜头总长TTL，并由物方侧开始，将各个镜面依次编号，第一镜片L1的镜面为r1、r2，第二镜片L2的镜面为r3、r4，第三镜片L3的镜面为r5、r6，光阑面为r7，第四镜片L4和第五镜片L5的镜面为r8、r9、r10，第六镜片L6的镜面为r11、r12，滤色片GF的镜面为r13、r14，且第二透镜L2和第六透镜L6的非球面镜面的公式为： 

$Z\left(h\right)=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{h}^2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}$

式中：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＝1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A，B，C，D，E为高次非球面系数，而系数中的e代表科学记号，e-05表示10-5。 

实施例1当F＝1.08mm，FNO＝2.0，2ω＝155°，TTL＝17.66mm时的镜头光学参数见表1： 

表1 

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd
					1	12.3	0.8	1.77250	49.6
2	3.664	2.64
					*3	6.63	0.9	1.51200	56.26
*4	1.276	1.83
					5	8.5	2.4	1.84666	23.82
6	-8.5	1.62
					7	infinity	0.57
8	7.1	1.77	1.80400	46.57
					9	-2.17	0.55	1.84666	23.82
10	-423	0.1
					*11	8.064	1.8	1.51200	56.26
*12	-2.14	0.3
					13	infinity	0.55	1.51680	64.16
14	infinity
					IMA	infinity

上表中打“*”号的镜面为非球面，其相关参数如表2： 

下表列出的是实施例1非球面系数K、A、B、C、D、E： 

                                                                                   表2 

面序号	K	A	B	C	D	E
							3	1.79378	-0.00099443231	-0.00090460686	8.1464061e-005	-3.6174177e-006	4.3908044e-008
4	-0.9154937	-0.0025463105	-0.0036941723	0.00013594708	2.5141755e-005	-1.7801206e-006
							11	-56.89791	-0.0054665719	0.00013765478	0.00030161312	4.644411e-005	1.0036918e-005
12	-2.741896	-0.011193763	0.0013791745	0.00010779781	-0.00011657149	1.9078922e-005

图7至图10为相应于第二实施例的光学性能曲线图，其中图B2为色差曲线图(也可叫球差曲线图)，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为mm。图8为像散曲线图，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为mm。图9为畸变曲线图，表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。图10为MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像水平。 

实施例2当F＝0.95mm，FNO＝2.0，2ω＝200°，TTL＝19.86mm时的镜头光学参数见表3： 

                                                    表3 

面序号	曲率半径r	中心厚度d	折射率Nd	阿贝常数Vd
					1	14.49	1	1.80400	46.57
2	3.9	3.56
					*3	33.06	1	1.51200	56.26
*4	1.45	1.83
					5	12.73	2.52	1.84666	23.82
6	-7.5	2.88
					7	infinity	0.37
8	7.1	1.77	1.80400	46.57
					9	-2.17	0.55	1.84666	23.82
10	-423	0.1
					*11	3.885	1.46	1.51200	56.26
*12	-3.95	0.3
					13	infini ty	0.55	1.51680	64.16
14	infinity
					IMA	infinity

上表中打“*”号的镜面为非球面，其相关参数见表4： 

下表列出的是实施例2非球面系数K、A、B、C、D、E： 

表4 

面序号	K	A	B	C	D	E
							3	-29.017	-0.00053939747	-0.00039803464	4.1403607e-005	-2.0334812e-006	4.094958e-008
4	-0.7945	-0.0058134624	-0.0029427619	4.803353e-005	2.7456341e-005	2.6165049e-006
							11	-0.6482	0.0050485543	0.0017268921	0.00074099605	-8.5385026e-005	2.495098e-006
12	-5.1555	0.012221834	0.0028110451	0.00013152099	0.00031533471	1.3482041e-005

Claims (9)

1.一种超广角百万像素车载镜头，所述的广角镜头从物方开始依次包括具有负光焦度的前透镜群组，具有正光焦度的后透镜群组，光阑设在前透镜群组和后透镜群组之间，

所述的前透镜群组的第一透镜为凸向物方的负弯月镜片，第二透镜为负弯月或双凹镜片，第三透镜为双凸的正光焦度镜片；

所述的后透镜群组的第四透镜和第五透镜组成一个胶合镜片，其特征在于：

a、具有正光焦度的第四透镜在前，具有负光焦度的第五透镜在后，第六透镜为双凸的正光焦度镜片；

b、所述的第一透镜采用双球面玻璃镜片；第三透镜采用高色散双球面玻璃镜片；第二、第六透镜采用塑料材质的非球面镜片；第四透镜采用双凸玻璃镜片；第五透镜采用负弯月玻璃镜片。

2.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的前透镜群组满足下面的条件公式：

-8.5mm≥F_前≥-30mm，-8.5≥F_前/F≥-30

其中F_前表示前透镜群组的组合焦距值，F表示所述镜头的光学系统的整组焦距值。

3.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的后透镜群组满足下面的条件公式：

5.0mm≥F_后≥2.5mm，5.0≥F_后/F≥2.5

其中F_后表示后透镜群组的组合焦距值，F表示所述镜头的光学系统的整组焦距值。

4.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的前透镜群组和后透镜群组满足下面的条件公式：

-2.5≥F_前/F_后≥-10

其中F_前表示前透镜群组的组合焦距值，F_后表示后透镜群组的组合焦距值。

5.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的第一透镜满足下面的条件公式：

Nd≥1.75，Vd≥45

其中Nd表示第一透镜材料的d光折射率，Vd表示第一透镜材料的d光阿贝常数。

6.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的第三透镜满足下面的条件公式：

Nd≥1.8，Vd≤25

其中Nd表示第三透镜材料的d光折射率，Vd表示第三透镜材料的d光阿贝常数。

7.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的光学镜头总视场角要满足下述公式：220°≥2ω≥140°。

8.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的第二透镜和第六透镜为非球面透镜，非球面镜面满足公式：

$Z\left(h\right)=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{h}^2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}$

式中：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＝1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A，B，C，D，E为高次非球面系数。

9.如权利要求1所述的超广角百万像素车载镜头，其特征在于所述的光学镜头的光学长度满足下述条件：

21mm≥TTL≥15mm

其中，TTL表示所述的光学镜头的第一透镜物方侧最外点至成像焦平面的距离。

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