CN109471248B - 一种3.2mm高清超广角镜头及其工作方法 - Google Patents

一种3.2mm高清超广角镜头及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种3.2mm高清超广角镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有光焦度为负的前组A、光阑STO和光焦度为正的后组B；所述前组A包括自前向后依次设置的负弯月透镜A和平凸透镜A，所述后组B包括自前向后依次设置的正弯月透镜B、双凸透镜B和负弯月透镜B密接的胶合组；本发明还涉及一种3.2mm高清超广角镜头的工作方法。本发明具有水平120°的较大视场角、高清像质、光学结构精简、成本较为低廉等优点，并且在‑40℃~+85℃的温度范内能保持画面清晰，可适用于车载行车监控、倒车监控等场合。

Description

一种3.2mm高清超广角镜头及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种3.2mm高清超广角镜头及其工作方法。
背景技术
早期市场上有各种各样的广角定焦镜头应用于车载系统中，但是，很多产品的水平角度在90°-110°之间，目前已经不能满足多车道的监控范围要求；其次镜头光圈不够大，直接导致夜晚图像噪点明显，夜间成像效果不佳，而且在边缘像差以及高级球差难以矫正，导致边缘像质下降明显；最后目前车载镜头的工作温度范围要求-40～+85℃，相比以前要求更高，早期镜头在极限温度下成像质量下降明显。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种3.2mm高清超广角镜头及其工作方法，具有水平120°的较大视场角、高清像质、光学结构精简、成本较为低廉等优点，并且在-40℃~+85℃的温度范围内能保持画面清晰，可适用于车载行车监控、倒车监控等场合。
本发明的技术方案是：一种3.2mm高清超广角镜头，包括沿光路入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、光阑STO和光焦度为正的后组B，所述前组A包括沿光路入射方向依次设置的负弯月透镜A和平凸透镜A，所述后组B包括沿光路入射方向依次设置的正弯月透镜B、双凸透镜B和负弯月透镜B密接的胶合组。
进一步的，所述前组A中所述负弯月透镜A和平凸透镜A之间的空气间隔为2.73mm。
进一步的，所述前组A和后组B之间的空气间隔为0.7mm。
进一步的，所述后组B中正弯月透镜B与胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
进一步的，所述的平凸透镜A满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25；所述的双凸透镜B满足关系式：Nd≤1.7，Vd≥55；所述的负弯月透镜B满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25，其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
进一步的，所述的负弯月透镜A的焦距F1满足如下关系式：-1.5≤F1/F≤-1；所述的双凸透镜B和负弯月透镜B组成的胶合组透镜焦距值F45 满足如下关系式：2.5≤F45/F≤3.5，其中F为镜头的总焦距值。
进一步的，该高清超广角镜头满足：HFOV≥120°，TTL≤17.5mm， FNO≤2.0；式中HFOV为水平视场，TTL为光学总长，FNO为镜头光圈。
本发明提供的另一种技术方案是，一种3.2mm高清超广角镜头的工作方法，包括所述的3.2mm高清超广角镜头：
该光学镜头采用反远距结构，当镜头开始工作时，负光焦度的前组A能大幅降低大角度视场的入射光线的角度，负弯月透镜A采用低折射率低色散的冕牌玻璃（K系玻璃）制成，平凸透镜A采用高折射率高色散的火石玻璃（ZF系玻璃）制成，两片透镜组合有利于降低系统像面弯曲和倍率色差；胶合透镜组的双凸透镜B由中等折射率超低色散的冕牌玻璃（ED玻璃）制成，负弯月透镜B由高折射率、高色散的火石玻璃（ZF玻璃）制成，胶合面弯向光阑，当光线经过胶合组时，胶合组能校正系统色差及高级轴外球差；同时，胶合组双凸透镜B的ED玻璃拥有负的折射率温度系数，可以补偿系统总体的正折射率温度系数，从而更好的实现-40～+85℃的温度补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明光路总长较短，镜头的体积小，后焦适中，可以与扳机接口的摄像机配合使用；
（2）本发明光阑通光口径较大，夜晚进光量充足，完全适用在夜晚和暗光条件；
（3）本发明前组负光焦度，后组正光焦度，选择合适折射率温度系数的玻璃材料，保证了在高低温环境仍可清晰成像；
（4）本发明选用中等折射率超低色散的冕牌玻璃（ED玻璃）制成双凸透镜B，高折射率、高色散的火石玻璃（ZF玻璃）制成负弯月透镜B，两个透镜组成胶合组来消色差和高级轴外球差；
（5）本发明所用的镜片均为球面玻璃镜片，镜片工艺性好，相比于过去的需要6~7片镜片才能达到相同性能指标，成本优势很大。
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为本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的可见光MTF曲线图；
图3是本发明实施例的低温-40℃离焦MTF曲线；
图4是本发明实施例的高温+85℃离焦MTF曲线。
图中：10-负弯月透镜A；20-平凸透镜A；30-光阑STO；40-正弯月透镜B；50-双凸透镜B；60-负弯月透镜B；70-保护玻璃；80-成像面。
具体实施方式
如图1~4所示，一种3.2mm高清超广角镜头，包括沿光路入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、光阑STO30和光焦度为正的后组B，所述前组A包括沿光路入射方向依次设置的负弯月透镜A10和平凸透镜A20，所述后组B包括沿光路入射方向依次设置的正弯月透镜B40、双凸透镜B50和负弯月透镜B60密接的胶合组。在胶合组后方还设置有保护玻璃70和成像面80。
本实施例中，所述前组A中所述负弯月透镜A10和平凸透镜A20之间的空气间隔为2.73mm。
本实施例中，所述前组A和后组B之间的空气间隔为0.7mm。
本实施例中，所述后组B中正弯月透镜B40与胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
本实施例中，所述的平凸透镜A20满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25；所述的双凸透镜B50满足关系式：Nd≤1.7，Vd≥55；所述的负弯月透镜B60满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25，其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
本实施例中，所述的负弯月透镜A10的焦距F1满足如下关系式：-1.5≤F1/F≤-1；所述的双凸透镜B50和负弯月透镜B60组成的胶合组透镜焦距值F45 满足如下关系式：2.5≤F45/F≤3.5，其中F为镜头的总焦距值。
本实施例中，该高清超广角镜头满足：HFOV≥120°，TTL≤17.5mm， FNO≤2.0；式中HFOV为水平视场，TTL为光学总长，FNO为镜头光圈。
表1、本实施例的具体参数表
本实施例中，光学镜头达到了如下的光学指标：
（1）焦距：f′=3.2mm；（2）相对孔径F=2.0；（3）视场角：2w≥140°(像方像视场2η′≥Ф6.6mm)；（4）TV畸变：＜-15.6%；（5）分辨率：可与200万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配；（6）光路总长TTL≤17.5mm，光学后截距L'≥5.5mm；（7）适用谱线范围：420nm～700nm。
一种3.2mm高清超广角镜头的工作方法，包括所述的3.2mm高清超广角镜头：
该光学镜头采用反远距结构，当镜头开始工作时，负光焦度的前组A能大幅降低大角度视场的入射光线的角度，负弯月透镜A10采用低折射率低色散的冕牌玻璃（K系玻璃）制成，平凸透镜A20采用高折射率高色散的火石玻璃（ZF系玻璃）制成，两片透镜组合有利于降低系统像面弯曲和倍率色差；胶合透镜组的双凸透镜B50由中等折射率超低色散的冕牌玻璃（ED玻璃）制成，负弯月透镜B60由高折射率、高色散的火石玻璃（ZF玻璃）制成，胶合面弯向光阑，当光线经过胶合组时，胶合组能校正系统色差及高级轴外球差；同时，胶合组双凸透镜B50的ED玻璃拥有负的折射率温度系数，可以补偿系统总体的正折射率温度系数，从而更好的实现-40～+85℃的温度补偿。
图2为本实施例的可见光MTF曲线，环境为常温20℃，420～700nm工作波段，MTF在空间频率120lp/mm处，中心视场达到0.55，0.7视场达到0.45，可以达到两百万高清的解像力需求。
图3和图4为本实施例的的低温-40℃和高温+85℃的离焦MTF曲线，其中镜筒为金属材质，底座的材质为PC+30%GF，在空间频率120lp/mm处，低温的离焦量为6μm，高温的离焦量为4μm，离焦量均在可接受范围，像质表现完全满足车载镜头的环境使用要求。
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 (3)

1.一种3.2mm高清超广角镜头，其特征在于：包括沿光路入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、光阑STO和光焦度为正的后组B，所述前组A包括沿光路入射方向依次设置的负弯月透镜A和平凸透镜A，所述后组B包括沿光路入射方向依次设置的正弯月透镜B、双凸透镜B和负弯月透镜B密接的胶合组；
所述前组A中所述负弯月透镜A和平凸透镜A之间的空气间隔为2.73mm；
所述前组A和后组B之间的空气间隔为0.7mm；
所述后组B中正弯月透镜B与胶合组之间的空气间隔为0.1mm；
所述的平凸透镜A满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25；所述的双凸透镜B满足关系式：Nd≤1.7，Vd≥55；所述的负弯月透镜B满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤25，其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数；
所述的负弯月透镜A的焦距F1满足如下关系式：-1.5≤F1/F≤-1；所述的双凸透镜B和负弯月透镜B组成的胶合组透镜焦距值F45 满足如下关系式：2.5≤F45/F≤3.5，其中F为镜头的总焦距值。
2.根据权利要求1所述的3.2mm高清超广角镜头，其特征在于：该高清超广角镜头满足：HFOV≥120°，TTL≤17.5mm， FNO≤2.0；式中HFOV为水平视场，TTL为光学总长，FNO为镜头光圈。
3.一种3.2mm高清超广角镜头的工作方法，包括如权利要求1所述的3.2mm高清超广角镜头，其特征在于：
该高清超广角镜头采用反远距结构，当镜头开始工作时，负光焦度的前组A能大幅降低大角度视场的入射光线的角度，负弯月透镜A采用低折射率低色散的冕牌玻璃（K系玻璃）制成，平凸透镜A采用高折射率高色散的火石玻璃（ZF系玻璃）制成，两片透镜组合有利于降低系统像面弯曲和倍率色差；胶合透镜组的双凸透镜B由中等折射率超低色散的冕牌玻璃（ED玻璃）制成，负弯月透镜B由高折射率、高色散的火石玻璃（ZF玻璃）制成，胶合面弯向光阑，当光线经过胶合组时，胶合组能校正系统色差及高级轴外球差；同时，胶合组双凸透镜B的ED玻璃拥有负的折射率温度系数，可以补偿系统总体的正折射率温度系数，从而更好的实现-40～+85℃的温度补偿。
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