CN110412744A - 一种新型后视光学系统及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型后视光学系统及其制造方法，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、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；其中所述第一透镜、第二透镜为弯月负透镜，第一透镜及第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，第一透镜、第二透镜凹面朝向光阑；所述第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凹负透镜，第五透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头，在保证较大视场角时通光口径较大，进光量充足，边缘成像质量提高；通过合理设计非球面透镜面型，合理分配各个镜片的光焦度，不仅有效校正整个光学系统的高级像差、色差，同时每个镜面的光线入射角小，系统具有较高的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型后视光学系统及其制造方法。
背景技术
车载后视镜头被广泛地应用于车载监控系统中，为驾驶员提供汽车后视影像、倒车辅助等功能。随着汽车行业的发展，对车载后视镜头的性能提出了更高的要求。现在市面上的后视镜头主要面临以下两个问题：
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，制造成本较高；
二、常见的后视镜头光圈较小，导致大视场角处边缘通光量不足，边缘成像不够清晰，总体成像质量受到影响。
三、车载后视镜头工作环境复杂，需要在-40℃~85℃范围内保证成像质量。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是鉴于现有后视镜头光圈较小，导致大视场角处边缘通光量不足，边缘成像不够清晰。
本发明的具体实施方案是：一种新型后视光学系统，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、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；
其中所述第一透镜、第二透镜为弯月负透镜，第一透镜及第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，所述第一透镜、第二透镜凹面朝向光阑；
所述第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凹负透镜，第五透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
进一步的，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.1mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为2.7mm。
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，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、、、、，其中、、、、与满足以下比例：
。
进一步的，所述的第一透镜满足关系式：，；所述的第二透镜满足关系式：，；所述的第三透镜满足关系式：，；所述的第四透镜满足关系式：，；所述的第五透镜满足关系式：，，其中为折射率，为阿贝常数。
进一步的，所述第一透镜为球面透镜，由玻璃材质制成；第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为非球面透镜，均由塑胶材料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1.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；系统整体可靠性高，装配敏感度降低，使得良率提高，成本降低，有利于大规模生产。
2.在保证较大视场角时通光口径较大，进光量充足，边缘成像质量提高；通过合理设计非球面透镜面型，合理分配各个镜片的光焦度，不仅有效校正整个光学系统的高级像差、色差，同时每个镜面的光线入射角小，系统具有较高的成像质量。
3. 本发明具有温度补偿功能，在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本发明的镜头保证了-40℃~+85℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。
附图说明
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是本发明实施例的在低温-40℃下离焦曲线图；
图4是本发明实施例的在高温+85℃下离焦曲线图；
图中：A1-第一透镜，A2-第二透镜，B1-第三透镜，B2-第四透镜，B3-第五透镜，C-光阑，D-滤光片。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式，下面将对本发明中所需要使用的附图做一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的结构布置图。如图1所示，本实施例中，根据本发明的一种后视镜头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。
本实施例中，所述第一透镜A1、第二透镜A2为弯月负透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头。
本实施例中，所述第三透镜B1为双凸正透镜，第四透镜B2为双凹负透镜，第五透镜B3为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
本实施例中，所述第一透镜A1、第二透镜A2凹面朝向光阑C。
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1.1mm，所述第三透镜B1与第四透镜B2之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜B2与第五透镜B3之间的空气间隔为0.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为2.7mm。
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，所述第一透镜A1、第二透镜A2、第三透镜B1、第四透镜B2、第五透镜B3的焦距分别为、、、、，其中、、与满足以下比例：，。
本实施例中，所述第三透镜B1，第四透镜B2、第五透镜B3的焦距、与满足以下比例：，，。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：，；所述的第二透镜A2满足关系式：，；所述的第三透镜B1满足关系式：，；所述的第四透镜B2满足关系式：，；所述的第五透镜B3满足关系式：，，其中为折射率，为阿贝常数。
本实施例中，所述第二透镜A2与第三透镜B1之间设置有光阑C，所述第二透镜A2与光阑C的空气间隔为2.5mm，所述第三透镜B1与光阑C的空气间隔为0.2mm。
本实施例中，所述第五透镜的后侧设置有滤光片D。
本实施例中，所述第一透镜A1为球面透镜，由玻璃材质制成；第二透镜A2、第三透镜A3、第四透镜B1、第五透镜B2为非球面透镜，均由塑胶材料制成。
表1示出了实施例1的光学镜头的各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率以及阿贝数。
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，为非球面沿光轴方向在高度为的位置时，距非球面顶点的离矢高；为非球面的近轴曲率，(即，近轴曲率为上表1中曲率半径的倒数)；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。
本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：
（1）焦距：EFFL=1.21mm；（2）光圈F=2.0；（3）视场角：2w≥160°；（4）光学畸变：＜-65%；（5）成像圆直径大于φ4.8；（6）工作波段：420～700nm；（7）光学总长TTL≤11.5mm，光学后截距BFL≥2.1mm；（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，保证系统能收集较大视场范围内的光线；第二玻璃A2采用非球面透镜，通过选择合适的面型，有效地校正了光学系统的畸变；采用了典型的前负后正的结构，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，通过合理的折射率和光焦度比例分配，限制了前组镜头的镜片与后组镜头的镜片的光线入射角大小，较小的光线入射角能有效减小，光学系统的像面弯曲；后组镜头中，具有中等折射率和超高色散的第四透镜有效矫正成像系统的色差和像散，第四透镜与第五透镜同时承担了补偿系统高低温特性的功能。
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；同时系统光圈较大，成像质量优良；其中第二透镜A2、第三透镜B1、第四透镜B2、第五透镜B3为塑胶非球面透镜，像质好，成本低，镜组整体可靠性高，性价比优良。
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45pl/mm处，其MTF值大于0.6，在空间频率80pl/mm处，其MTF值大于0.35，可以达到百万高清的解像力需求。图3和图4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6μm。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。
上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
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 (6)
1.一种新型后视光学系统，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、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；
其中所述第一透镜、第二透镜为弯月负透镜，第一透镜及第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，所述第一透镜、第二透镜凹面朝向光阑；
所述第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凹负透镜，第五透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头。
2.根据权利要求1所述的一种新型后视光学系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.1mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为2.7mm。
3.根据权利要求1所述的一种新型后视光学系统，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，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、、、、，其中、、、、与满足以下比例：
。
4.根据权利要求1所述的一种新型后视光学系统，其特征在于：所述的第一透镜满足关系式：，；所述的第二透镜满足关系式：，；所述的第三透镜满足关系式：，；所述的第四透镜满足关系式：，；所述的第五透镜满足关系式：，，其中为折射率，为阿贝常数。
5.根据权利要求1所述的一种新型后视光学系统，其特征在于：所述第一透镜为球面透镜，由玻璃材质制成；第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为非球面透镜，均由塑胶材料制成。
6.一种新型后视光学系统制造方法，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、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；
其中所述第一透镜、第二透镜为弯月负透镜，第一透镜及第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，所述第一透镜、第二透镜凹面朝向光阑；
所述第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凹负透镜，第五透镜为双凸正透镜，三者构成光焦度为正的后组镜头；
所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为，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、、、、，其中、、、、与满足以下比例：
；
所述第一透镜为球面透镜，由玻璃材质制成；第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为非球面透镜，均由塑胶材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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