CN110568595B - 一种小畸变红外光学镜头及辅助驾驶监控仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种小畸变红外光学镜头，包括前透镜群组、光阑以及后透镜群组，且沿着由物方至像方方向依序进行布置。前透镜群组包括由物方至像方依序布置的第一透镜和第二透镜；其中，第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为平面；第二透镜具的物面侧以及像面侧均为凹面；后透镜群组包括第三透镜，其物面侧以及像面侧均为凸面；同时，光学镜头的成像参数需满足以下关系：5＜F＜6；2.5＜FNO＜3；40°＜FOV＜47°；9.5＜TTL＜10。这样一来，用来构成光学镜头的镜片数量较少，从而有效地简化了其设计结构，降低了制造以及装配困难度。另外，在实际运行过程中，其成像具有较小的光学畸变以及图像变形，确保成像品质。

Description

一种小畸变红外光学镜头及辅助驾驶监控仪
技术领域
本发明涉及辅助安全驾驶监控系统制造技术领域，尤其是一种小畸变红外光学镜头及包含它的辅助驾驶监控仪。
背景技术
随着智能安全辅助驾驶系统的快速发展和广泛应用，对车载内部状况以及司机面部表情细节状态的监控镜头的要求不断提高。当危险临近时，出于即时、准确地向驾驶员发出安全驾驶提醒、反馈方面考虑，需要镜头具有较好的成像精度，即要求其成像具有小视场、小畸变、高信赖性等特性。在现有技术中，市面上已经出了多种型号的基于司机状态监控的镜头，然而光学畸变较大，导致成像图形变形大，从而影响智能安全辅助驾驶系统对司机面部表情的判断结果。另外，镜头一般采用5-6片镜片来满足成像质量的要求，不仅重量、体积较大，且其内部结构复杂，不利于制造、成型，再者，在实际应用过程中，镜头的故障率较高，且不便于进行返修。因而，亟待技术人员解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种解像力高，成像质量高，且结构设计简单，总长度较小，易于制造成型的小畸变红外光学镜头。
为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种小畸变红外光学镜头，包括前透镜群组、光阑以及后透镜群组，且沿着由物方至像方方向依序进行布置。前透镜群组包括由物方至像方依序布置的第一透镜和第二透镜；其中，第一透镜具有正的光焦度，其物面侧为凸面，像面侧为平面；第二透镜具有负的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凹面；后透镜群组包括第三透镜，具有正的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凸面；同时，满足如下关系：5＜F＜6；2.5＜FNO＜3；40°＜FOV＜47°；9.5＜TTL＜10；其中，F表示光学镜头的有效焦距；FNO表示光学镜头的光圈数；FOV表示光学镜头的总视场角；TTL表示光学镜头的总长。
作为上述技术方案的进一步改进，第一透镜、第二透镜以及第三透镜均为玻璃透镜。
作为上述技术方案的更进一步改进，第二透镜以及第三透镜的物面侧以及像面侧均优选为球面。第一透镜的物面侧优选为球面
当然，作为上述技术方案的改型设计，第二透镜以及第三透镜的物面侧以及像面侧亦可以优选为非球面。第一透镜的物面侧亦可以优选为非球面。
作为上述技术方案的进一步改进，第一透镜还满足以下条件：1.8＜Nd1＜2.2，22＜Vd1＜27，其中，Nd1表示第一透镜的光折射率，Vd1表示第一透镜的阿贝常数；第二透镜还满足以下条件：1.45＜Nd2＜1.5，65＜Vd2＜72，其中，Nd2表示第二透镜的光折射率，Vd2表示第二透镜的阿贝常数；第三透镜还满足以下条件：1.8＜Nd3＜2.2，20＜Vd3＜30，其中，Nd3表示第三透镜的光折射率，Vd3表示第三透镜的阿贝常数。
作为上述技术方案的进一步改进，第一透镜还满足以下条件：4.2＜r1＜4.8，其中，r1表示第一透镜物面侧的曲率半径；第二透镜还满足以下条件：-10＜r2＜-9，2.4＜r3＜3，其中，r2表示第二透镜物面侧的曲率半径；r3表示第二透镜像面侧的曲率半径；第三透镜还满足以下条件：16＜r4＜18，-6＜r5＜-5，其中，r4表示第三透镜物面侧的曲率半径；r5表示第三透镜像面侧的曲率半径。
作为上述技术方案的进一步改进，小畸变红外光学镜头的成像光学波长为940nm。
作为上述技术方案的更进一步改进，上述后透镜群组还包括I R滤波片，其布置于第三透镜远离物方的一侧。
作为上述技术方案的更进一步改进，上述后透镜群组还包括保护镜片，其布置于IR滤波片远离物方的一侧。
另外，本发明还公开了一种辅助驾驶监控仪，其包括镜头以及套设于该镜头外围的镜筒。镜头选用如上所述的小畸变红外光学镜头。
相较于传统设计结构的光学镜头，在本发明所公开的技术方案中，其镜片数量相对较少，从而有效地简化了其设计结构，降低了制造以及装配困难度。另外，通过控制光学镜头的有效焦距、光圈数以及总视场角等参数，使其在成像过程中具有相对较小的光学畸变以及图像变形，确保成像品质，利于后续对其成像细节的识别与判定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明中小畸变红外光学镜头的结构示意图。
图2是本发明中小畸变红外光学镜头的MTF曲线图。
图3是本发明中小畸变红外光学镜头的场区、畸变曲线图。
图4是本发明中小畸变红外光学镜头标准实验室温度下的离焦曲线图。
1-前透镜群组；11-第一透镜；12-第二透镜；2-光阑；3-后透镜群组；31-第三透镜；32-IR滤波片；33-保护镜片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明，图1示出了本发明中小畸变红外光学镜头的结构示意图，其主要由前透镜群组1、光阑2以及后透镜群3组等几部分构成，且沿着由由物方至像方方向依序进行布置。前透镜群组1包括由物方至像方方向依序布置的第一透镜11和第二透镜12；其中，第一透镜11具有正的光焦度，其物面侧为凸面，像面侧为平面；第二透镜12具有负的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凹面；后透镜群组3包括第三透镜31，具有正的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凸面。这样一来，相较于传统设计结构的光学镜头，在本发明所公开的技术方案中，其镜片数量相对较少，从而可以有效地简化了其设计结构，降低制造以及装配困难度。
在此需要说明的，上述成型后的光学镜头需满足如下关系：5＜F＜6；2.5＜FNO＜3；40°＜FOV＜47°；9.5＜TTL＜10；其中，F表示光学镜头的有效焦距；FNO表示光学镜头的光圈数；FOV表示光学镜头的总视场角；TTL表示光学镜头的总长。如此一来，通过控制光学镜头的有效焦距、光圈数以及总视场角等参数，使其在成像过程中具有相对较小的光学畸变以及图像变形，确保成像品质，利于后续对其成像细节的识别与判定，为智能安全辅助驾驶系统提供良好采像辅助。
出于降低成型困难度、易于控制成型质量以及提高成像清晰度方面考虑，上述第一透镜11、第二透镜12以及第三透镜31均可优选为玻璃透镜。
作为上述光学镜头的进一步优化，上述第二透镜12以及第三透镜31的物面侧以及像面侧均优选为非球面。第一透镜11的物面侧优选为非球面。通过采用非球面的镜片设计，从而有效地修正了成型影像，解决视界歪曲等问题，同时，使镜片更轻、更薄、更平。另外，非球面镜片具有优异的抗冲击性能，确保其使用寿命。
当然，根据实际应有场景，上述第二透镜12以及第三透镜31的物面侧以及像面侧还可以为非球面设计。第一透镜11的物面侧可以为非球面设计，从而有效地降低了透镜的采购成本。
根据实际实验数据，当第一透镜11、第二透镜12以及第三透镜31的参数满足以下条件时可取得较好成型效果，具体如下：第一透镜11宜于满足以下条件：1.8＜Nd1＜2.2，22＜Vd1＜27，其中，Nd1表示第一透镜11的光折射率，Vd1表示第一透镜11的阿贝常数；第二透镜12宜于满足以下条件：1.45＜Nd2＜1.5，65＜Vd2＜72，其中，Nd2表示第二透镜12的光折射率，Vd2表示第二透镜12的阿贝常数；第三透镜31宜于满足以下条件：1.8＜Nd3＜2.2，20＜Vd3＜30，其中，Nd3表示第三透镜31的光折射率，Vd3表示第三透镜31的阿贝常数。
另外，出于利于成型、制造方面考虑，在第一透镜11、第二透镜12以及第三透镜31的实际成型过程中，还需对各自的曲率半径进行控制，具体如下：第一透镜11还满足以下条件：4.2＜r1＜4.8，其中，r1表示第一透镜11物面侧的曲率半径；第二透镜12还满足以下条件：-10＜r2＜-9，2.4＜r3＜3，其中，r2表示第二透镜12物面侧的曲率半径；r3表示第二透镜12像面侧的曲率半径；第三透镜31还满足以下条件：16＜r4＜18，-6＜r5＜-5，其中，r4表示第三透镜31物面侧的曲率半径；r5表示第三透镜31像面侧的曲率半径。
一般来说，上述小畸变红外光学镜头的成像光学波长优选为940nm。如此一来，从而可以在最大程度上过滤自然光中的红外线，确保光学镜头可以算出正确色彩，具有较高的成像质量。
再者，还可以在I R滤波片32远离物方的一侧布置有保护镜片33。
基于如上所述的小畸变红外光学镜头，本发明还公开了一种辅助驾驶监控仪，其包括如上所述的镜头以及套设于该镜头外围的镜筒。
下面通过一组实施例对光学镜头的技术效果进行验证，本实施例所设计的参数如下表种所示：
表1
通过MTF曲线图、场区曲线图、畸变曲线图、标准实验室温度(23℃)下的离焦曲线图对其特性进行表征，具体如下，图2示出了本发明中小畸变红外光学镜头的MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像力水平，物距在无穷远处，其中，横坐标代表空间频率，单位为mm，纵坐标代表对比度，TSD i ff.Limit代表衍射极限所能达到的分辨率对比度，TSO.00(deg)代表0°视场角度T子午方向S弧矢方向所能达到的分辨率对比度。图3示出了本发明中小畸变红外光学镜头的场区、畸变曲线图，场曲的单位是mm，畸变的单位是％，图3中左侧曲线图，横坐标是离焦量，纵坐标是归一化视场，右侧曲线图，横坐标是畸变百分比，纵坐标是归一化视场。图4示出了本发明中小畸变红外光学镜头标准实验室温度下的离焦曲线图示，单位mm，其中，横坐标代表离焦量，TS0.00(deg)代表0°视场角度T子午方向S弧矢方向所能达到的分辨率对比度。可知，本发明所公开的光学镜头具有小畸变特性，足以满足图像清晰度要求，且具有良好的成像稳定性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种小畸变红外光学镜头，包括前透镜群组、光阑以及后透镜群组，且沿着由物方至像方方向依序进行布置，其特征在于，所述前透镜群组包括由物方至像方依序布置的第一透镜和第二透镜；其中，所述第一透镜具有正的光焦度，其物面侧为凸面，像面侧为平面；所述第二透镜具有负的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凹面；所述后透镜群组包括第三透镜，具有正的光焦度，其物面侧以及像面侧均为凸面；同时，满足如下关系：5＜F＜6；2.5＜FNO＜3；40°＜FOV＜47°；9.5＜TTL＜10；其中，F表示光学镜头的有效焦距；FNO表示光学镜头的光圈数；FOV表示光学镜头的总视场角；TTL表示光学镜头的总长；
所述第一透镜还满足以下条件：4.2＜r1＜4.8，其中，r1表示所述第一透镜物面侧的曲率半径；所述第二透镜还满足以下条件：-10＜r2＜-9，2.4＜r3＜3，其中，r2表示所述第二透镜物面侧的曲率半径；r3表示所述第二透镜像面侧的曲率半径；所述第三透镜还满足以下条件：16＜r4＜18，-6＜r5＜-5，其中，r4表示所述第三透镜物面侧的曲率半径；r5表示所述第三透镜像面侧的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜均为玻璃透镜。
3.根据权利要求2所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述第二透镜以及所述第三透镜的物面侧以及像面侧均为球面；所述第一透镜的物面侧为球面。
4.根据权利要求2所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述第二透镜以及所述第三透镜的物面侧以及像面侧均为非球面；所述第一透镜的物面侧为非球面。
5.根据权利要求1所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述第一透镜还满足以下条件：1.8＜Nd1＜2.2，22＜Vd1＜27，其中，Nd1表示所述第一透镜的光折射率，所述Vd1表示所述第一透镜的阿贝常数；所述第二透镜还满足以下条件：1.45＜Nd2＜1.5，65＜Vd2＜72，其中，Nd2表示所述第二透镜的光折射率，所述Vd2表示所述第二透镜的阿贝常数；所述第三透镜还满足以下条件：1.8＜Nd3＜2.2，20＜Vd3＜30，其中，Nd3表示所述第三透镜的光折射率，所述Vd3表示所述第三透镜的阿贝常数。
6.根据权利要求1所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，其成像光学波长为940nm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述后透镜群组还包括IR滤波片，其布置于所述第三透镜远离物方的一侧。
8.根据权利要求7所述的小畸变红外光学镜头，其特征在于，所述后透镜群组还包括保护镜片，其布置于所述IR滤波片远离物方的一侧。
9.一种辅助驾驶监控仪，包括镜头以及套设于所述镜头外围的镜筒，其特征在于，所述镜头为如权利要求1-8中任一项所述的小畸变红外光学镜头。
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