CN110646920B - 一种长焦距车载光学镜头及其工作方法 - Google Patents

一种长焦距车载光学镜头及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种长焦距车载光学镜头及其工作方法，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、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，六片透镜的材质均为玻璃；所述第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为双凸正透镜，第三透镜为双凹负透镜，所述第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月正透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为弯月负透镜。本发明设计合理，具有大光圈，整体通光量大；焦距长，适用于远距离监控；总长短，有利于小型化；成像质量高、靶面大，能达到五百万像素摄像水准；具有温度补偿功能，在‑40℃~85℃的温度范围内保持成像清晰。

Description

一种长焦距车载光学镜头及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种长焦距车载光学镜头及其工作方法。
背景技术：
高级辅助驾驶系统(ADAS)是一种主动安全控制系统，利用安装在车上的传感器，在汽车行驶过程中随时感应周围的环境和收集数据，进行静动态物体的辨识、侦测与追踪，并结合导航仪地图数据，进行系统的运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。随着智能汽车行业的发展，近年来ADAS市场增长迅速，在许多中低端车型上也有应用。
前视车载镜头是ADAS使用频率最高的镜头，用于捕捉汽车前方视野信息。前视车载镜头主要面临两个个问题：1.一般车上安装有多颗前视镜头，而现今市面上的前视车载镜头大多为全玻璃设计，总长较长，普遍达30mm，不利于小型化；2.车内工作环境复杂，需要镜头能在较大温度范围内保证成像质量。
鉴于现有的应用范围，本发明旨在提供一种长焦距车载光学镜头，不仅具有高清的成像画质，可用于车载前视远距离监控，同时具有良好高低温温度补偿功能，以满足更高的汽车传感需求。
发明内容：
本发明的技术方案是：一种长焦距车载光学镜头，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为双凸正透镜，第三透镜为双凹负透镜，第二透镜与第三透镜密接构成透镜胶合组，第一透镜、第二透镜和第三透镜三者构成光焦度为正的前组镜头，所述第一透镜凹面朝向光阑；所述第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月正透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为弯月负透镜，第四透镜、第五透镜和第六透镜三者构成光焦度为负的后组镜头，所述第五透镜、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0.4mm，所述第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为4.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为3.5mm。
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、第三透镜焦距分别为/>、/>、/>，前组镜头焦距满足/>、/>、/>与/>满足以下比例：/>。
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，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为/>、/>、/>，后组镜头焦距满足/>、/>、/>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：/>，/>；所述的第六透镜满足关系式：/>，/>；其中/>为折射率，/>为阿贝常数。
进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为球面透镜，其材质均为玻璃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.镜头光圈大，光圈值达到F2.0，焦距长，可用于远距离监控。
2.采用6G设计，通过合理设计透镜的间距、分配各个镜片的光焦度、选择各个镜片的材料，有效校正整个光学系统的高级像差、色差。镜头成像质量高、靶面大，能达到五百万像素摄像水准。
3.相比于市面上大多数的前视镜头，本发明镜头总长短，有利于镜头的小型化。
4.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成像面不变。
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，A3-第三透镜，B1-第四透镜，B2-第五透镜，B3-第六透镜，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为弯月正透镜，第二透镜A2为双凸正透镜，第三透镜A3为双凹负透镜，第二透镜A2与第三透镜A3密接构成透镜胶合组，三者构成光焦度为正的前组镜头。
本实施例中，所述第四透镜B1为双凸正透镜，第五透镜B2为弯月正透镜，第六透镜B3为弯月负透镜，三者构成光焦度为负的后组镜头。
本实施例中，所述第一透镜A1凹面朝向光阑C、第五透镜B2凹面、第六透镜B3凹面朝向光阑C。
即第一透镜的朝向物方和像方的光学面均凸向物方；所述第二透镜的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；所述第三透镜的朝向物方的光学面凸向像方，朝向像方的光学面凸向物方；所述第四透镜的朝向物方的光学面凸向物方，朝向像方的光学面凸向像方；第五透镜的朝向物方和像方的光学面均凸向像方；第六透镜的朝向物方和像方的光学面均凸向像方。
一种实施例中，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.43mm或0.4mm，所述第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为4.26mm或4.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为3.48mm或3.5mm。
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、第二透镜、第三透镜焦距分别为/>、/>、/>，前组镜头焦距满足/>、/>、/>与/>满足以下比例：/>。
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，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为/>、/>、/>，后组镜头焦距满足/>、/>、/>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420～850nm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：/>，/>；所述的第六透镜满足关系式：/>，/>；其中/>为折射率，/>为阿贝常数。
本实施例中，所述第三透镜A3与第四透镜B1之间设置有光阑C，所述第三透镜A3与光阑C的空气间隔为0.87mm，所述第四透镜B1与光阑C的空气间隔为2.63mm。
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、第二透镜A2、第三透镜A3、第四透镜B1、第五透镜B2、第六透镜B3为球面透镜，其材质均为玻璃。
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/>。
表1、具体镜片参数表
本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：
（1）焦距：EFFL=25mm；（2）光圈F=2.0；（3）视场角：2w≥15°；（4）光学畸变：＜-1.6%；（5）成像圆直径大于φ7；（6）工作波段：420～650nm；（7）光学总长TTL≤25mm，光学后截距BFL≥5.8mm；（8）该镜头适用于五百万像素CCD或CMOS摄像机。
在本发明实施例中，采用了典型的前正后负的摄远结构，后组镜头的负光焦度矫正前组镜头的正光焦度像差。六片球面透镜通过合理的折射率和光焦度比例分配以及材料选取，矫正所有高级孔径球差，整个光学系统的彗差极小；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。
在前组镜头中，具有中等折射率和超低色散的第二透镜A2镜与具有高折射率和超超高色散的第三透镜A3互补，矫正前组镜头的色差与像散，第二透镜具有负折射率温度系数，提供了补偿系统高低温特性的功能。
在后组镜头中，具有高折射率和超高色散的第四透B2镜与具有中等折射率和超低色散的第六透镜B3互补，有效矫正成像系统的整体色差，配合前组镜头减小整个系统的场曲。
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；同时系统光圈较大，成像质量优良，能达到五百万像素解析力需求。
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120pl/mm处，其MTF值大于0.5，在空间频率60pl/mm处，其MTF值大于0.75，可以达到五百万高清的解像力需求。
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-6μm，在85℃时，中心视场的离焦量为6μm，具有非常优良的高低温特性，像质表现完全满足车载镜头在高低温环境下的使用要求。
本发明设计合理，具有大光圈，整体通光量大；焦距长，适用于远距离监控；总长短，有利于小型化；成像质量高、靶面大，能达到五百万像素摄像水准；具有温度补偿功能，在-40℃~85℃的温度范围内保持成像清晰
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 (3)

1.一种长焦距车载光学镜头，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、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为双凸正透镜，第三透镜为双凹负透镜，第二透镜与第三透镜密接构成透镜胶合组，第一透镜、第二透镜和第三透镜三者构成光焦度为正的前组镜头，所述第一透镜凹面朝向光阑；所述第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月正透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为弯月负透镜，第四透镜、第五透镜和第六透镜三者构成光焦度为负的后组镜头，所述第五透镜、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0.4mm，所述第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为4.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为3.5mm；所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜焦距分别为f1、f2、f3，前组镜头焦距满足f1、f2、f3与f满足以下比例：
0.5＜f1/f＜1，-2.5＜f2/f3＜-1.5；
所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f4、f5、f6，后组镜头焦距满足f4、f5、f6与f满足以下比例：
0.5＜f4/f5＜1.5，-0.5＜f6/f＜-1；
所述的第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50；所述的第二透镜满足关系式：Nd≤1.5，Vd≥65；所述的第三透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤35；所述的第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤35；所述的第五透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≥50；所述的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、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为球面透镜，其材质均为玻璃；所述各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率Nd如下：
；
所述长焦距车载光学镜头光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：EFFL＝25mm；(2)光圈F＝2.0；(3)视场角：2w≥15°；(4)光学畸变：＜-1.6％；(5)成像圆直径大于φ7；(6)工作波段：420～650nm；(7)光学总长TTL≤25mm，光学后截距BFL≥5.8mm；(8)该镜头适用于五百万像素CCD或CMOS摄像机。
2.一种长焦距车载光学镜头的工作方法，其特征在于：其中长焦距车载光学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、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为双凸正透镜，第三透镜为双凹负透镜，第二透镜与第三透镜密接构成透镜胶合组，第一透镜、第二透镜和第三透镜三者构成光焦度为正的前组镜头，所述第一透镜凹面朝向光阑；所述第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月正透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为弯月负透镜，第四透镜、第五透镜和第六透镜三者构成光焦度为负的后组镜头，所述第五透镜、第六透镜凹面朝向光阑；工作时，入射光线从物方依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，而后从像方输出，实现(1)焦距：EFFL＝25mm；(2)光圈F＝2.0；(3)视场角：2w≥15°；(4)光学畸变：＜-1.6％；(5)成像圆直径大于φ7；(6)工作波段：420～650nm；(7)光学总长TTL≤25mm，光学后截距BFL≥5.8mm；
所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.4mm，所述第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为4.3mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为3.5mm；所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜焦距分别为f1、f2、f3，前组镜头焦距满足f1、f2、f3与f满足以下比例：
0.5＜f1/f＜1，-2.5＜f2/f3＜-1.5；
所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f4、f5、f6，后组镜头焦距满足f4、f5、f6与f满足以下比例：
0.5＜f4/f5＜1.5，-0.5＜f6/f＜-1；
所述的第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50；所述的第二透镜满足关系式：Nd≤1.5，Vd≥65；所述的第三透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤35；所述的第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤35；所述的第五透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≥50；所述的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、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为球面透镜，其材质均为玻璃；所述各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率Nd如下：
。
3.根据权利要求2所述一种长焦距车载光学镜头的工作方法，其特征在于：所述前、后组镜头采用前正后负的摄远结构，后组镜头的负光焦度矫正前组镜头的正光焦度像差，六片球面透镜通过折射率和光焦度比例分配矫正孔径球差，以使光学系统的彗差极小；在前组镜头中，具有中等折射率和超低色散的第二透镜与具有高折射率和超高色散的第三透镜互补，矫正前组镜头的色差与像散，第二透镜具有负折射率温度系数，提供了补偿系统高低温特性的功能；在后组镜头中，具有高折射率和超高色散的第四透镜与具有中等折射率和超低色散的第六透镜互补，有效矫正成像系统的整体色差，配合前组镜头减小整个系统的场曲。
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