CN110456479A - 一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑、后透镜组以及像面；前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；后透镜组包括自前向后依次设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜。本发明光学系统相对孔径达到F/1.6，具备在微光模式下的高灵敏度成像能力，有利于丰富车载辅助驾驶成像相机的应用场景；在采用全球面透镜的前提下，光学系统长度仅18mm，同等指标下尺寸大幅缩短，有利于车载辅助驾驶成像相机的小型化设计，降低制造成本，利于产业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，更具体地说涉及一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统。
背景技术
当前智能汽车、自动驾驶汽车发展迅猛，由于能够提供更加安全、可靠以及舒适的消费体验，受到汽车研发厂家及消费市场的高度重视和期待。这类代表汽车未来发展方向的产品大力发展车载辅助驾驶成像技术，通过采用高分辨率实时成像相机传感器，为智能驾驶、自动控制提供精准实时的场景图像进行危险预判和反应，大幅提高了汽车驾驶的安全性。为适应并推动车载辅助驾驶成像传感器的发展，采用的成像光学系统追求高集光能力、大视场、高分辨率、轻小型化以及低畸变的性能指标。
现有适用于车载辅助驾驶成像的光学系统种类少，并且大多存在设计结构复杂、成像质量不高以及图像失真变形较大等缺陷。
当今市场急需一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，能够通过采用全球面透镜实现了高分辨率的成像性能，不仅透镜数量少、结构紧凑，且全画幅的畸变得到控制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统。采用全球面透镜实现了高分辨率的成像性能，不仅透镜数量少、结构紧凑，且全画幅的畸变得到控制，有益于提升车载辅助驾驶成像相机光学系统的应用水平。
本发明解决其技术问题的解决方案是：提出一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑、后透镜组以及像面；
所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；
所述后透镜组包括自前向后依次设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜，所述第一透镜为弯月形负光焦度球面透镜，所述第二透镜为鼓型正光焦度球面厚透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度球面透镜，所述第四透镜为弯月形负光焦度球面透镜，所述第五透镜为双凹负光焦度球面透镜，所述第六透镜为弯月形正光焦度球面透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度球面透镜。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前透镜组的光焦度为φA，所述后透镜组的光焦度为φB，整个光学系统的光焦度为φ，所述φA、φB以及φ之间满足如下关系：
1.05≤φA/φ≤1.15；
0.30≤φB/φ≤0.45。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第四透镜靠近光阑的光学面为第一光学面，所述第五透镜靠近光阑的光学面为第二光学面，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第一光学面的高度值为h1，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第二光学面的高度值为h2，其中h1和h2的比值满足：
1.15≤h1/h2≤1.35。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光阑与所述第四透镜的中心距离为L1，所述光阑与所述第五透镜的中心距离为L2，所述L1与L2的比值满足：
1.96≤L1/L2≤2.18。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一透镜的材质为重钡火石玻璃，所述第二透镜的材质为重火石玻璃，所述第三透镜的材质为镧冕玻璃，所述第四透镜的材质为重火石玻璃，所述第五透镜的材质为重火石玻璃，所述第六透镜的材质为重镧火石玻璃，所述第七透镜的材质为重镧火石玻璃。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光学系统的总光焦度为φ，所述第一透镜的光焦度为φA1，所述第二透镜的光焦度为φA2，所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度为φA34，所述第五透镜的光焦度为φB1，所述第六透镜的光焦度为φB2，所述第七透镜的光焦度为φB3，所述φ、φA1、φA2、φA34、φB1、φB2以及φB3满足如下关系：
-0.95≤φA1/φ≤-0.85；
0.82≤φA2/φ≤0.92；
0.40≤φA34/φ≤0.48；
-1.45≤φB1/φ≤-1.25；
0.52≤φB2/φ≤0.65；
0.49≤φB3/φ≤0.58。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括滤光片，所述滤光片设置于所述像面与所述后透镜组之间。
本发明的有益效果是：本发明光学系统相对孔径达到F/1.6，具备在微光模式下的高灵敏度成像能力，有利于丰富车载辅助驾驶成像相机的应用场景；在采用全球面透镜的前提下，光学系统长度仅18mm，同等指标下尺寸大幅缩短，有利于车载辅助驾驶成像相机的小型化设计，降低制造成本，利于产业化推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1为本发明光学系统的光路结构示意图；
图2为本发明光学系统的光学传递函数曲线；
图3为本发明光学系统在全视场的畸变分布曲线。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参照图1，提出一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑800、后透镜组以及像面900；
所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300以及第四透镜400；
所述后透镜组包括自前向后依次设置的第五透镜500、第六透镜600和第七透镜700；
所述第三透镜300和第四透镜400组成双胶合透镜，所述第一透镜100为弯月形负光焦度球面透镜，所述第二透镜200为鼓型正光焦度球面厚透镜，所述第三透镜300为双凸正光焦度球面透镜，所述第四透镜400为弯月形负光焦度球面透镜，所述第五透镜500为双凹负光焦度球面透镜，所述第六透镜600为弯月形正光焦度球面透镜，所述第七透镜700为双凸正光焦度球面透镜。
本发明的透镜均采用球面透镜，光学系统长度仅18mm，同等指标下尺寸大幅缩短，有利于车载辅助驾驶成像相机的小型化设计，降低制造成本。
本发明光学系统采用反远距的光学结构型式，由于成像视场达到78°以上，大视场带来的视场像差如像散、场曲以及畸变校正难度大，其中以畸变校正问题最为困难。
前透镜组在最前端采用了大光焦度的负透镜，获得较大的主光线倍率倒数值，材料上选择较大折射率、低色散玻璃材料减少像差，从而降低后透镜组像差校正的压力。
本发明重点解决了在实现高成像质量的前提下兼顾了小型化以及低畸变设计，从而进行了针对性的创新性设计。本发明为了实现光学系统的紧凑设计，通过光焦度的合理分配及光学材料的优化选择，对各种像差进行了较完善的校正，在缩短光学系统尺寸的同时获得高成像质量。
其次，本发明研究了在大视场下的畸变校正方法，前透镜组进行了复杂化设计，采用了鼓型正光焦度厚透镜第二透镜200降低边缘视场光线的出射高度以及双胶合透镜的弯曲方向背向光阑800以补偿其它透镜产生的高级像差，并对前后透镜组的光焦度进行了较大失对称分配，以获得了较好畸变校正效果。
作为本方案的优选实施方式，所述前透镜组的光焦度为φA，所述后透镜组的光焦度为φB，整个光学系统的光焦度为φ，所述φA、φB以及φ之间满足如下关系：
1.05≤φA/φ≤1.15；
0.30≤φB/φ≤0.45。
作为本方案的优选实施方式，所述第四透镜400靠近光阑800的光学面为第一光学面，所述第五透镜500靠近光阑800的光学面为第二光学面，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第一光学面的高度值为h1，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第二光学面的高度值为h2，其中h1和h2的比值满足：
1.15≤h1/h2≤1.35。
作为本方案的优选实施方式，所述光阑800与所述第四透镜400的中心距离为L1，所述光阑800与所述第五透镜500的中心距离为L2，所述L1与L2的比值满足：
1.96≤L1/L2≤2.18。
作为本方案的优选实施方式，所述第一透镜100的材质为重钡火石玻璃，所述第二透镜200的材质为重火石玻璃，所述第三透镜300的材质为镧冕玻璃，所述第四透镜400的材质为重火石玻璃，所述第五透镜500的材质为重火石玻璃，所述第六透镜600的材质为重镧火石玻璃，所述第七透镜700的材质为重镧火石玻璃。
作为本方案的优选实施方式，所述光学系统的总光焦度为φ，所述第一透镜100的光焦度为φA1，所述第二透镜200的光焦度为φA2，所述第三透镜300与所述第四透镜400的组合光焦度为φA34，所述第五透镜500的光焦度为φB1，所述第六透镜600的光焦度为φB2，所述第七透镜700的光焦度为φB3，所述φ、φA1、φA2、φA34、φB1、φB2以及φB3满足如下关系：
-0.95≤φA1/φ≤-0.85；
0.82≤φA2/φ≤0.92；
0.40≤φA34/φ≤0.48；
-1.45≤φB1/φ≤-1.25；
0.52≤φB2/φ≤0.65；
0.49≤φB3/φ≤0.58。
作为本方案的优选实施方式，还包括滤光片1000，所述滤光片1000设置于所述像面900与所述后透镜组之间。在本实施例中通过在像面900与后透镜组之间增设滤光片1000，能够根据需要的范围获取光谱，本实施例中设定获取的光谱范围为435nm～656nm。
本申请的低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，具体参数为：
焦距6.0mm；相对孔径D/f为1/1.6；视场角为78°；光学系统总长18mm，后工作距离(第七透镜700到像面900的距离)为7mm。
本发明光学系统相对孔径达到F/1.6，具备在微光模式下的高灵敏度成像能力，有利于丰富车载辅助驾驶成像相机的应用场景；在采用全球面透镜的前提下，光学系统长度仅18mm，同等指标下尺寸大幅缩短，有利于车载辅助驾驶成像相机的小型化设计，降低制造成本，利于产业化推广；全视场传递函数平均值达到0.52@90lp/mm，实现了优异的成像质量；全视场畸变不超过15.8％，实现低图像失真变形的成像效果。
在本发明中，如附图2所示，在90lp/mm时全视场平均传递函数值达到0.52，保证了在高分辨率解析像质。如附图3所示，全视场的畸变不超过15.8％，减少了边缘图像的压缩，提高图像边缘的分辨率，有利于采用后续校正算法实现低失真的图像效果，尤其提高了边缘图像的成像质量。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑、后透镜组以及像面；
所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；
所述后透镜组包括自前向后依次设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜，所述第一透镜为弯月形负光焦度球面透镜，所述第二透镜为鼓型正光焦度球面厚透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度球面透镜，所述第四透镜为弯月形负光焦度球面透镜，所述第五透镜为双凹负光焦度球面透镜，所述第六透镜为弯月形正光焦度球面透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度球面透镜。
2.根据权利要求1所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：所述前透镜组的光焦度为φA，所述后透镜组的光焦度为φB，整个光学系统的光焦度为φ，所述φA、φB以及φ之间满足如下关系：
1.05≤φA/φ≤1.15；
0.30≤φB/φ≤0.45。
3.根据权利要求1所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：所述第四透镜靠近光阑的光学面为第一光学面，所述第五透镜靠近光阑的光学面为第二光学面，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第一光学面的高度值为h1，所述光学系统的轴上视场的边缘光线在所述第二光学面的高度值为h2，其中h1和h2的比值满足：
1.15≤h1/h2≤1.35。
4.根据权利要求1所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：所述光阑与所述第四透镜的中心距离为L1，所述光阑与所述第五透镜的中心距离为L2，所述L1与L2的比值满足：
1.96≤L1/L2≤2.18。
5.根据权利要求1所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：所述第一透镜的材质为重钡火石玻璃，所述第二透镜的材质为重火石玻璃，所述第三透镜的材质为镧冕玻璃，所述第四透镜的材质为重火石玻璃，所述第五透镜的材质为重火石玻璃，所述第六透镜的材质为重镧火石玻璃，所述第七透镜的材质为重镧火石玻璃。
6.根据权利要求2所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：所述光学系统的总光焦度为φ，所述第一透镜的光焦度为φA1，所述第二透镜的光焦度为φA2，所述第三透镜与所述第四透镜的组合光焦度为φA34，所述第五透镜的光焦度为φB1，所述第六透镜的光焦度为φB2，所述第七透镜的光焦度为φB3，所述φ、φA1、φA2、φA34、φB1、φB2以及φB3满足如下关系：
-0.95≤φA1/φ≤-0.85；
0.82≤φA2/φ≤0.92；
0.40≤φA34/φ≤0.48；
-1.45≤φB1/φ≤-1.25；
0.52≤φB2/φ≤0.65；
0.49≤φB3/φ≤0.58。
7.根据权利要求1所述的一种低畸变大相对孔径车载辅助驾驶成像光学系统，其特征在于：还包括滤光片，所述滤光片设置于所述像面与所述后透镜组之间。
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