CN108169879B - 一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的双凹透镜A‑1、光阑、正光焦度的双凸透镜B‑1、负光焦度的弯月形透镜B‑2、正光焦度的双凸透镜B‑3密接成的具有正光焦度的胶合组以及滤光片；所述双凹透镜A‑1的折射率Nd≥1.50，阿贝常数Vd≥55；所述双凸透镜B‑1的折射率Nd≥1.75，阿贝常数Vd≥45；所述双凸透镜B‑3的折射率Nd≥1.8，阿贝常数Vd≤25。本发明镜头最大视场角为80°，TTL总长小于12mm，光圈为2.5，工作波段为近红外850nm～940nm，像质达到两百万高清级别，可搭配1/4 inch的COMS成像芯片使用，工艺性好，成本低。

Description

一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头
技术领域
本发明涉及一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头。
背景技术
目前汽车安全驾驶尤其是长途驾车，疲劳驾驶对生命安全造成重大隐患，因此疲劳驾驶预警系统应运而生。疲劳驾驶预警系统是基于驾驶员生理图像反应，由ECU和摄像头两大模块组成，利用驾驶员的面部特征、眼部信号、头部运动性等推断驾驶员的疲劳状态，并进行报警提示，和采取相应措施的装置。疲劳识别是依靠摄像头来捕捉图像，但由于眼镜反光以及车内光线环境复杂等原因，如果摄像头在可见光范围成像的话会增加识别错误率，所以摄像头针对近红外波段成像可以很好的避免这些情况。目前很少有针对疲劳驾驶的专用镜头，而且一般像素不高，普遍体积偏大，总长偏长，成本偏高，不利于预警系统的小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种体积小，像素高，成像效果好的用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头。
本发明采用以下方案实现：一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的双凹透镜A-1、光阑、正光焦度的双凸透镜B-1、负光焦度的弯月形透镜B-2、正光焦度的双凸透镜B-3密接成的具有正光焦度的胶合组以及滤光片；所述双凹透镜A-1的折射率Nd≥1.50，阿贝常数Vd≥55；所述双凸透镜B-1的折射率Nd≥1.75，阿贝常数Vd≥45；所述双凸透镜B-3的折射率Nd≥1.8，阿贝常数Vd≤25。
进一步的，所述双凹透镜A-1的焦距F1满足如下关系式：-1≤F1/F≤-0.7；所述弯月形透镜B-2和双凸透镜B-3密接成的胶合组焦距值F34 满足如下关系式：1.5≤F34/F≤2.5，其中F为镜头的总焦距值。
进一步的，所述双凹透镜A-1和双凸透镜B-1间隔为0.7mm，双凸透镜B-1和胶合组之间的空气间隔为0.1mm，胶合组与滤光片之间的空气间隔为4.2mm；所述双凹透镜A-1前镜面的曲率半径R1满足关系式：-4mm<R<-3mm，后镜面的曲率半径R2满足关系式2.5mm<R<3mm，厚度为0.7mm；所述双凸透镜B-1前镜面的曲率半径R3满足关系式：8mm<R<12mm，后镜面的曲率半径R4满足关系式-6mm<R<-4mm，厚度为2.0mm；胶合组前镜面的曲率半径R5满足关系式：8mm<R5<12mm，胶合面的曲率半径R6满足关系式2.5mm<R<4mm，后镜面的曲率半径R7满足关系式：-6mm<R7<-4mm，弯月形透镜B-2的厚度为0.7mm，双凸透镜B-3的厚度为2.5mm。
进一步的，镜头的总视场角FOV满足以下关系式：60°＜FOV＜80°；镜头的光学总长TTL满足以下关系式：10mm＜TTL＜12mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明镜头结构简单，设计合理，水平视场达到80°，TTL总长小于12mm的高清广角镜头，拥有2.5的光圈，两百万级别的高清像素，白天和夜晚成像效果俱佳，镜头成本低，体积小，有利于疲劳驾驶预警系统的小型化。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明镜头的光学系统结构图；
图2是所述高清广角镜头的MTF像质评价曲线；
图3是所述高清广角镜头的低温-40℃离焦MTF曲线；
图4是所述高清广角镜头的高温+85℃离焦MTF曲线；
图中标号说明：1-双凹透镜A-1、2-双凸透镜B-1、3-弯月形透镜B-2、4-双凸透镜B-3、5-光阑、6-滤光片。
具体实施方式
如图1所示，一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的双凹透镜A-1、光阑、正光焦度的双凸透镜B-1、负光焦度的弯月形透镜B-2、正光焦度的双凸透镜B-3密接成的具有正光焦度的胶合组以及滤光片；所述双凹透镜A-1的折射率Nd≥1.50，阿贝常数Vd≥55；所述双凸透镜B-1的折射率Nd≥1.75，阿贝常数Vd≥45；所述双凸透镜B-3的折射率Nd≥1.8，阿贝常数Vd≤25。
在本实施例中，所述双凹透镜A-1的焦距F1满足如下关系式：-1≤F1/F≤-0.7；所述弯月形透镜B-2和双凸透镜B-3密接成的胶合组焦距值F34 满足如下关系式：1.5≤F34/F≤2.5，其中F为镜头的总焦距值。
在本实施例中，所述双凹透镜A-1和双凸透镜B-1间隔为0.7mm，双凸透镜B-1和胶合组之间的空气间隔为0.1mm，胶合组与滤光片之间的空气间隔为4.2mm；所述双凹透镜A-1前镜面的曲率半径R1满足关系式：-4mm<R<-3mm，后镜面的曲率半径R2满足关系式2.5mm<R<3mm，厚度为0.7mm；所述双凸透镜B-1前镜面的曲率半径R3满足关系式：8mm<R<12mm，后镜面的曲率半径R4满足关系式-6mm<R<-4mm，厚度为2.0mm；胶合组前镜面的曲率半径R5满足关系式：8mm<R5<12mm，胶合面的曲率半径R6满足关系式2.5mm<R<4mm，后镜面的曲率半径R7满足关系式：-6mm<R7<-4mm，弯月形透镜B-2的厚度为0.7mm，双凸透镜B-3的厚度为2.5mm。
由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：
焦距：f′=3.6mm；
相对孔径F=2.5；
视场角： 2w≥80°，像方像视场2η′≥Ф4.5mm；
主光线入射角：CRA<20°；
TV畸变：＜-6.7%；
镜头直径：φ6mm ；
分辨率：可与1/4 inch的130万像素车载CMOS成像芯片适配；
光路总长∑≤12mm，光学后截距L’≥4.2mm；
适用谱线范围：850nm～940nm。
在本实施例中，镜头采用反远距结构，前组利用一片双凹透镜承担了大部分负光焦度，降低大角度视场的入射光线，采用低折射率低色散的冕牌玻璃有利于平衡系统场曲和校正色差。胶合透镜组由高折射率高色散的ZF玻璃和较高折射率低色散的LAK玻璃组构成，胶合面背向光阑面，主要校正色差和轴外高级像散。
图2为本发明高清广角镜头的MTF像质评价曲线，环境为常温20℃，近红外波段850nm～940nm，MTF在空间频率120lp/mm处，中心视场达到0.58，0.7视场达到0.4，完全满足到百万高清的解像力需求。
图3和图4为本发明高清广角镜头分别在低温-40℃和高温+85℃的环境下离焦MTF曲线，在空间频率120lp/mm处，低温的离焦量为9μm，高温的离焦量为6μm，中心视场MTF均在0.5以上，高低温的像质表现完全满足疲劳驾驶镜头的环境使用要求。
本镜头的优点如下：
a)从完成的技术指标可知，光路总长很短，镜头的头部直径小，有利于疲劳驾驶预警系统的小型化；
b)该镜头针对近红外波段850nm～940nm进行设计优化，近红外成像可以有效防止后视镜眩光和眼镜反光造成的疲劳识别错误；
c)前组双凹负片采用低折射率、高阿贝数的玻璃很好的平衡了了系统场曲和色差；
d)后组胶合片选用高折射率、高色散的ZF玻璃与较高折射率、低色散的LAK玻璃，胶合面背向光阑，更好的消色差及轴外高级像散，使得子午和弧矢方向的像质保持一致；
e)镜头通过合理的选择结构和材料，保证了高低温冷热环境下镜头很小的跑焦量，在不同温度下的车内环境仍能正常工作；
f)本发明的高清广角镜头仅采用了四片球面玻璃镜片，像质达到两百万高清级别，成本低，成像效果好。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的双凹透镜A-1、光阑、正光焦度的双凸透镜B-1、负光焦度的弯月形透镜B-2、正光焦度的双凸透镜B-3密接成的具有正光焦度的胶合组以及滤光片；所述双凹透镜A-1的折射率Nd≥1.50，阿贝常数Vd≥55；所述双凸透镜B-1的折射率Nd≥1.75，阿贝常数Vd≥45；所述双凸透镜B-3的折射率Nd≥1.8，阿贝常数Vd≤25；所述双凹透镜A-1和双凸透镜B-1间隔为0.7mm，双凸透镜B-1和胶合组之间的空气间隔为0.1mm，胶合组与滤光片之间的空气间隔为4.2mm；所述双凹透镜A-1前镜面的曲率半径R1满足关系式：-4mm<R<-3mm，后镜面的曲率半径R2满足关系式2.5mm<R<3mm，厚度为0.7mm；所述双凸透镜B-1前镜面的曲率半径R3满足关系式：8mm<R<12mm，后镜面的曲率半径R4满足关系式-6mm<R<-4mm，厚度为2.0mm；胶合组前镜面的曲率半径R5满足关系式：8mm<R5<12mm，胶合面的曲率半径R6满足关系式2.5mm<R<4mm，后镜面的曲率半径R7满足关系式：-6mm<R7<-4mm，弯月形透镜B-2的厚度为0.7mm，双凸透镜B-3的厚度为2.5mm。
2.根据权利要求1所述的用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，其特征在于：所述双凹透镜A-1的焦距F1满足如下关系式：-1≤F1/F≤-0.7；所述弯月形透镜B-2和双凸透镜B-3密接成的胶合组焦距值F34 满足如下关系式：1.5≤F34/F≤2.5，其中F为镜头的总焦距值。
3.根据权利要求1所述的用于疲劳驾驶检测的高清广角镜头，其特征在于：镜头的总视场角FOV满足以下关系式：60°＜FOV＜80°；镜头的光学总长TTL满足以下关系式：10mm＜TTL＜12mm。
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