CN110333592B - 一种小型车载光学系统及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型车载光学系统，镜头的光学系统中沿光线从左到右入射方向依次设置有第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；其中所述第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头；第三透镜为双凹负透镜，第四透镜为双凸正透镜，第三透镜与第四透镜密接构成透镜胶合组，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月负透镜，第五透镜与第六透镜密接构成透镜胶合组，两组透镜胶合组构成光焦度为正的后组镜头。结构设计合理，具有大通光量、高清像质等优点；具有温度补偿功能，在‑40℃~85℃的温度范围内均能保持画面成像清晰；同时具有日夜共焦功能，在可见光波段与近红外波段成像质量优良。

Description

一种小型车载光学系统及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种小型车载光学系统及其成像方法。
背景技术
在车载镜头中，车内监控镜头应用广泛。随着智能汽车行业的发展，要求车内监控系统能提供车包括人脸监测、人脸识别、手势识别等等功能，相应的对车载监控镜头的要求也越来越高。车内监控镜头主要面临以下几个问题：
1.车内光线环境早晚差异较大，白日时段要求在可见光波段成像良好，而在黑夜时段需要考虑光学系统对近红外波段的成像质量，因此车内监控需要提供日夜共焦功能；
日夜共焦的镜头方案设计难度较大，市面上用于车内监测的小型镜头方案许多没有日夜共焦性能。
2.目前市面上用于车内监测的小型镜头方案普遍采用非球面塑胶镜头，塑胶镜片膨胀系数大，高温容易发生变形，会导致高温图像模糊。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的小型车载光学系统及其成像方法。
本发明的技术方案是，一种小型车载光学系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左到右入射方向依次设置有第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；
其中所述第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头；
所述第三透镜为双凹负透镜，第四透镜为双凸正透镜，第三透镜与第四透镜密接构成透镜胶合组，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月负透镜，第五透镜与第六透镜密接构成透镜胶合组，两组透镜胶合组构成光焦度为正的后组镜头。
进一步的，所述第二透镜、第六透镜凹面朝向光阑。
进一步的，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.9mm，所述光阑与第三透镜之间的空气间隔为1.0mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为1.0mm。
进一步的，所述第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第二透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；所述第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤45；所述第四透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤55；所述第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第六透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤35；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
一种小型车载光学系统的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜后成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.通光口径大，夜晚进光量足，保证了边缘成像质量，适用于车内光学不足的环境。
2.采用全玻璃设计，相比于非球面塑胶镜头，光学系统的高低温特性更好，在-40℃～85℃高低温环境下的图像表现更加清晰稳定。
3.采用两组透镜胶合组，通过超高色散与低色散玻玻璃之间的搭配，有效减少了近红外波段色差，实现了良好的日夜共焦。
4.系统设计合理，工艺良好，成本较低。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
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850nm MTF曲线图；
图4是本发明实施例的在低温-40℃下离焦曲线图；
图5是本发明实施例的在高温+85℃下离焦曲线图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～5所示，一种小型车载光学系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左到右入射方向依次设置有第一透镜1、第二透镜2、光阑7、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6；
其中所述第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头；
所述第三透镜为双凹负透镜，第四透镜为双凸正透镜，第三透镜与第四透镜密接构成透镜胶合组，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月负透镜，第五透镜与第六透镜密接构成透镜胶合组，两组透镜胶合组构成光焦度为正的后组镜头。
在本实施例中，所述第二透镜、第六透镜凹面朝向光阑。
在本实施例中，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.9mm，所述光阑与第三透镜之间的空气间隔为1.0mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为1.0mm。
在本实施例中，所述第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第二透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；所述第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤45；所述第四透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤55；所述第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第六透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤35；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
在本实施例中，所述第二透镜与第三透镜之间设置有光阑C，所述第二透镜与光阑C的空气间隔为0.0001mm；所述第六透镜的后侧设置有滤光片8。
一种小型车载光学系统的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜后成像；该光学镜头采用反远距结构，当镜头开始工作时，前组镜头中的第一透镜采用中等折射率材料制成的双凹负透镜，能收集大视角光线，同时保证光线有较小的入射角，减小成像畸变，第二透镜采用高折射率材料制成，第一透镜与第二透镜配合能有效减小系统的像场曲；后组镜头中采用高折射率、超低色散玻璃与中等折射率、高色散玻璃密接构成透镜胶合组，能有利于减小光学系统的近红外色差，实现良好的日夜两用性能，同时后组镜头玻璃具有负折射率温度系数，能够有效补偿系统的高低温焦面漂移。
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：
(1)焦距：EFFL＝5.00mm；(2)光圈F＝1.9；(3)视场角：2w≥80°；(4)光学畸变：＜-20.5％；(5)成像圆直径大于φ6；(6)工作波段：420～650&850±10nm；(7)光学总长TTL≤19.8mm，光学后截距BFL≥5.4mm；(8)该镜头适用于百万像素CCD或CMOS摄像机。
在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：
在本实施例中，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60pl/mm处，其MTF值大于0.6，在空间频率120pl/mm处，其MTF值大于0.35，可以达到两百万高清的解像力需求。由图3可以看出该光学系统在近红外波段的MTF表现良好，在空间频率120pl/mm处，其MTF值大于0.3，系统具有良好的日夜共焦性能。
图4和图5为该光学系统的分别在-40℃和+85℃下MTF离焦曲线图。由图中可以看出，该光学系统在-40℃时，中心视场的离焦量为-7μm，在85℃时，中心视场的离焦量为8μm。离焦量均在可接受范围，像质表现完全满足车载镜头在高低温环境下的使用要求。
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 (1)

1.一种小型车载光学系统，其特征在于：镜头的光学系统中沿光线从左到右入射方向依次由第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜组成；其中所述第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头；所述第三透镜为双凹负透镜，第四透镜为双凸正透镜，第三透镜与第四透镜密接构成透镜胶合组，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月负透镜，第五透镜与第六透镜密接构成透镜胶合组，两组透镜胶合组构成光焦度为正的后组镜头；所述第二透镜、第六透镜凹面朝向光阑；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.9mm，所述光阑与第三透镜之间的空气间隔为1.0mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为1.0mm；所述第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第二透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；所述第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤45；所述第四透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤55；所述第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述第六透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤35；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数；所述第一透镜朝向物侧面的曲率半径为-20.6mm、朝向像侧面的曲率半径为3.31mm、厚度为0.70mm、与第二透镜的间距为1.89mm、玻璃材料Nd值为1.50；所述第二透镜朝向物侧面的曲率半径为8.30mm、朝向像侧面的曲率半径为58.12mm、厚度为3.50mm、与光阑的间距为0.00mm、玻璃材料Nd值为1.95；所述第三透镜朝向物侧面的曲率半径为-7.88mm、朝向像侧面的曲率半径为48.32mm、厚度为0.58mm、与第四透镜的间距为0.00mm、玻璃材料Nd值为1.62；所述第四透镜朝向物侧面的曲率半径为48.32mm、朝向像侧面的曲率半径为-5.26mm、厚度为1.61mm、与第五透镜的间距为0.10mm、玻璃材料Nd值为1.77；所述第五透镜朝向物侧面的曲率半径为7.43mm、朝向像侧面的曲率半径为-3.73mm、厚度为1.71mm、与第六透镜的间距为0.00mm、玻璃材料Nd值为1.59；所述第六透镜朝向物侧面的曲率半径为-3.73mm、朝向像侧面的曲率半径为-24.15mm、厚度为3.57mm、与像面的间距为4.62mm、玻璃材料Nd值为1.72。
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