CN110554488A - 一种小型日夜两用车载光学系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型日夜两用车载光学系统及其工作方法，包括从沿光线从左往右入射方向依次设置的前组镜片、光阑和后组镜片、滤光片，前组镜片包括平凹负透镜、平凸正透镜；后组镜片包括弯月正透镜，由双凸正透镜和弯月负透镜密接构成的胶合组；本发明还涉及一种小型日夜两用车载光学系统的工作方法。本发明具有大通光量、高清像质、结构小型紧凑等优点，本发明在‑40℃~+85℃的温度范围内均能保持画面成像清晰，并且具有日夜两用的功能，可同时在可见光和近红外清晰成像，可用于车内人脸监测、人脸识别及手势识别。

Description

一种小型日夜两用车载光学系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种小型日夜两用车载光学系统及其工作方法。
背景技术
随着智能汽车行业的发展，车内情景监测越来越重要，其内容包括人脸监测、人脸识别、手势识别等等，相应的对车载镜头的要求也越来越高。早间晚间车内的光线环境差异较大，使用普通车载镜头将导致在不同时段的成像质量差异，无法满足情景监测稳定成像的要求。日夜两用的镜头方案设计难度较大，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，其中许多没有日夜共焦性能；并且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。本发明和提供了一种全玻璃镜片设计方案，通过选用合理的玻璃材料，实现了良好的日夜两用性能以及无热化设计。
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普通车载镜头将导致在不同时段的成像质量差异，无法满足情景监测稳定成像的要求。
本发明的具体实施方案是：一种小型日夜两用车载光学系统，包括从沿光线从左往右入射方向依次设置的前组镜片A、光阑C和后组镜片B，滤光片D，所诉前组镜片A包括从左往右依次设置的平凹负透镜A1、平凸正透镜A2；所述后组镜片B包括从左往右依次设置的弯月正透镜B1，由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组，其中平凸正透镜A2的凸面朝向光阑C、弯月正透镜B1的凹面朝向光阑C。
进一步的，所述前组镜片A和后组镜片B之间的空气间隔为1.1mm。
进一步的，所述平凹负透镜A1与平凸正透镜A2之间的空气间隔为0. 7mm；所述由弯月正透镜B1与由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
进一步的，所述的平凹负透镜A1满足关系式：Nd≤1.6，Vd≥50；所述的平凸正透镜A2满足关系式：Nd≥1.8，Vd≥40；所述的双凸正透镜B2满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述的弯月负透镜B3满足关系式：Nd≥1.8，Vd≥25，其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
根据权利要求1所述的小型日夜两用车载光学系统：
所述的平凹负透镜A1的焦距F1满足如下关系式：-1.2≤F1/F≤-0.8；
所述的平凸正透镜A2的焦距F2满足如下关系式：0.8≤F2/F≤1.2；
所述的弯月正透镜B1的焦距F3满足如下关系式：-1.0≤F3/F≤-1.4；
所述的双凸正透镜B2的焦距F4满足如下关系式：0.5≤F4/F≤1；
所述的弯月负透镜B3的焦距F5满足如下关系式：-1.5≤F5/F≤-1；
所述的双凸正透镜B2和弯月负透镜B3的焦距值F4和F5满足如下关系式：-1.8≤F5/F4≤-1.2，其中F为镜头的总焦距值。
本发明还包括一种小型日夜两用车载光学系统的工作方法，包括利用如上所述的小型日夜两用车载光学系统：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能收敛大视角光线的入射角，其中前组A中的平凹负透镜A1采用低折射率材料制成，前组A中的平凸正透镜A2采用高折射率材料制成，平凹负透镜A1和凸正透镜A2配合能有效减小系统的像场曲；后组B中的双凸正透镜B2采用同时具有超低色散和负折射率温度系数这两大特性的材料制成，超低色散的性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，而负折射率温度系数的性能能够有效补偿系统的高低温焦面漂移。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：光路总长较短，尺寸较小，大大的减小了安装空间，能够让摄像头小型化；
通光口径较大，夜晚进光量充足，完全适用车内光线不足的环境；
采用全玻璃镜片设计，想比于非球面塑胶镜头，高低温环境图像表现更清晰稳定；
采用了超低色散玻璃，大大减小了了近红外波段色差，实现了良好的日夜两用性能，同时镜头的蓝紫边得到了有效矫正，镜片工艺良好，成本低。
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是本发明实施例的近红外MTF曲线图；
图4是本发明实施例的低温-40℃MTF离焦曲线；
图5是本发明实施例的高温+85℃MTF离焦曲线。
图中：A1-平凹负透镜；A2-平凸正透镜；C-光阑；B1-弯月正透镜；B2-双凸正透镜；B3-弯月负透镜；D-滤光片；IMG-成像面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～2所示，如图1所示，一种小型日夜两用车载光学系统，包括从沿光线从左往右入射方向依次设置的前组镜片A、光阑C和后组镜片B，滤光片D，所诉前组镜片A包括从左往右依次设置的平凹负透镜A1、平凸正透镜A2；所述后组镜片B包括从左往右依次设置的弯月正透镜B1，由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组，其中平凸正透镜A2的图面朝向光阑C、弯月正透镜B1的凹面朝向光阑C。
本实施例中，所述前组镜片A和后组镜片B之间的空气间隔为1.11mm。
本实施例中，所述平凹负透镜A1与平凸正透镜A2之间的空气间隔为0.67mm；所述由弯月正透镜B1与由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
本实施例中，所述平凸正透镜A2至光阑C的距离为0.05mm，所述光阑C至弯月正透镜B1的距离为0.96mm。
本实施例中，所述弯月负透镜B3与IMA像面之间设置平行平板。
本实施例中，所述的平凹负透镜A1满足关系式：Nd≤1.6，Vd≥50；所述的平凸正透镜A2满足关系式：Nd≥1.8，Vd≥40；所述的双凸正透镜B2满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述的弯月负透镜B3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，所述的平凹负透镜A1的焦距F1满足如下关系式：-1.2≤F1/F≤-0.8；所述的平凸正透镜A2的焦距F2满足如下关系式：0.8≤F2/F≤1.2；所述的弯月正透镜B1的焦距F3满足如下关系式：-1.0≤F3/F≤-1.4；所述的双凸正透镜B2的焦距F4满足如下关系式：0.5≤F4/F≤1；所述的弯月负透镜B3的焦距F5满足如下关系式：-1.5≤F5/F≤-1；所述的双凸正透镜B2和弯月负透镜B3的焦距值F4和F5满足如下关系式：-1.8≤F5/F4≤-1.2，其中F为镜头的总焦距值。
表1、具体镜片参数如下表
本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：
（1）焦距：EFFL=3.7mm；（2）光圈F=1.8；（3）视场角：2w≥74°；（4）TV畸变：＜-8%；（5）成像圆直径大于φ4.8；（6）工作波段：420～650&940±10nm；（7）光学总长TTL≤12.5mm，光学后截距BFL≥4mm；（8）该镜头适用于200万像素CCD或CMOS摄像机。
本实施例中还涉及一种小型日夜两用车载光学系统的工作方法，包括上述的小型日夜两用车载光学系统：
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能收敛大视角光线的入射角，其中前组A中的平凹负透镜A1采用低折射率材料ZK系玻璃制成，前组A中的平凸正透镜A2采用高折射率材料ZLAF系玻璃制成，平凹负透镜A1和凸正透镜A2配合能有效减小系统的像场曲；后组B中的双凸正透镜B2采用同时具有超低色散和负折射率温度系数这两大特性的ED玻璃制成，超低色散的性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，而负折射率温度系数的性能能够有效补偿系统的高低温焦面漂移。
由图2和图3可以看出，该光学系统在可见光和近红外波段的MTF表现良好，具备较好的日夜两用性能，可以达到两百万高清的解像力需求。
图4和图5为该光学系统的的-40℃低温和+85℃高温的MTF离焦曲线，图中低温的离焦量为4μm，高温的离焦量为2μm，MTF衰减很小，完全满足高低温图像清晰度。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，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。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：包括从沿光线从左往右入射方向依次设置的前组镜片A、光阑C和后组镜片B，滤光片D，所诉前组镜片A包括从左往右依次设置的平凹负透镜A1、平凸正透镜A2；所述后组镜片B包括从左往右依次设置的弯月正透镜B1，由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组，其中平凸正透镜A2的凸面朝向光阑C、弯月正透镜B1的凹面朝向光阑C。
2.根据权利要求1所述的小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：所述前组镜片A和后组镜片B之间的空气间隔为1.1mm。
3.根据权利要求1所述的小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：所述平凹负透镜A1与平凸正透镜A2之间的空气间隔为0.7mm；所述由弯月正透镜B1与由双凸正透镜B2和弯月负透镜B3密接构成的胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
4.根据权利要求1所述的小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：所述的平凹负透镜A1满足关系式：Nd≤1.6，Vd≥50；所述的平凸正透镜A2满足关系式：Nd≥1.8，Vd≥40；所述的双凸正透镜B2满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥60；所述的弯月负透镜B3满足关系式：Nd≥1.8，Vd≥25，其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
5.根据权利要求1所述的小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：
所述的平凹负透镜A1的焦距F1满足如下关系式：-1.2≤F1/F≤-0.8；
所述的平凸正透镜A2的焦距F2满足如下关系式：0.8≤F2/F≤1.2；
所述的弯月正透镜B1的焦距F3满足如下关系式：-1.0≤F3/F≤-1.4；
所述的双凸正透镜B2的焦距F4满足如下关系式：0.5≤F4/F≤1；
所述的弯月负透镜B3的焦距F5满足如下关系式：-1.5≤F5/F≤-1；
所述的双凸正透镜B2和弯月负透镜B3的焦距值F4和F5满足如下关系式：-1.8≤F5/F4≤-1.2，其中F为镜头的总焦距值。
6.一种小型日夜两用车载光学系统的工作方法，包括利用如权利要求1～5任一所述的小型日夜两用车载光学系统，其特征在于：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能收敛大视角光线的入射角，其中前组A中的平凹负透镜A1采用低折射率材料制成，前组A中的平凸正透镜A2采用高折射率材料制成，平凹负透镜A1和凸正透镜A2配合能有效减小系统的像场曲；后组B中的双凸正透镜B2采用同时具有超低色散和负折射率温度系数这两大特性的材料制成，超低色散的性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，而负折射率温度系数的性能能够有效补偿系统的高低温焦面漂移。
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