CN110955031B - 一种2.8mm广角光学系统及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种2.8mm广角光学系统，其特征在于：包括沿着光轴由物侧至像侧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、第五透镜以及第六透镜，六片透镜的材质均为玻璃。本发明设计合理，光圈大、成像质量高，能达到两百万像素摄像水准；总长短、后焦长；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2.8mm广角光学系统及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种2.8mm广角光学系统及其成像方法。
背景技术
行车记录仪又名“汽车黑匣子”，用于记录行车事故中驾驶者的操作和汽车运行情况，它即可作为事故分析依据，同时也是考核驾驶者违规操作的重要监督手段。行车记录仪的使用能够大幅度降低事故率，提高事故处理效率。
随着高级辅助驾驶系统(ADAS)的发展，市场对行车记录仪的要求也越来越高。小型化、智能化、高清广角、高集成、低成本是现今行车记录仪产品的发展趋势。
鉴于行车记录仪的发展趋势，本发明旨在提供一种2.8mm广角车载光学镜头，不仅具有高清的成像画质，同时也能满足广角大光圈、小型化的要求，此外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
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的2.8mm广角光学系统及其成像方法。
本发明的技术方案是，一种2.8mm广角光学系统，包括沿着光轴由物侧至像侧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、第五透镜以及第六透镜，六片透镜的材质均为玻璃。
进一步的，第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为双凸正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头，第一透镜像侧面为凹面。
进一步的，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为双凸正透镜，四者构成光焦度为正的后组镜头，第三透镜物侧面为凹面、第五透镜物侧面为凹面。
进一步的，前组镜头中第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.25～1.35mm，第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.40～0.50mm。
进一步的，前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜、焦距分别为f1、f2，前组镜头焦距满足f1、f2与f满足以下比例：
-1.5＜f1/f＜-1，3.5＜f2/f＜4。
进一步的，前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f3、f4、f5、f6，后组镜头焦距满足f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：
3.5＜f3/f＜4,-0.5＜f4/f5＜-0.45，3＜f6/f＜5。
进一步的，第一透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≥50；第二透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第三透镜满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥65；第五透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第六透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
一种2.8mm广角光学系统的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜后成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用6G设计，通过合理的材料选择以及光学设计，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，能达到两百万像素摄像水准。
2、镜头光圈大，F数≥1.9，设计视场较大，角度可达154°。
3、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
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
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。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～4所示，一种2.8mm广角光学系统，包括沿着光轴由物侧至像侧依次间隔设置的第一透镜A1、第二透镜A2、光阑C、第三透镜B1、第四透镜B2、第五透镜B3以及第六透镜B4，六片透镜的材质均为玻璃。
在本实施例中，第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为双凸正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头，第一透镜像侧面为凹面。
在本实施例中，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为双凸正透镜，四者构成光焦度为正的后组镜头，第三透镜物侧面为凹面、第五透镜物侧面为凹面。
在本实施例中，前组镜头中第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.25～1.35mm，第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.40～0.50mm。
在本实施例中，前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜、焦距分别为f1、f2，前组镜头焦距满足f1、f2与f满足以下比例：
-1.5＜f1/f＜-1，3.5＜f2/f＜4。
在本实施例中，前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f3、f4、f5、f6，后组镜头焦距满足f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：
3.5＜f3/f＜4,-0.5＜f4/f5＜-0.45，3＜f6/f＜5。
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f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。
在本实施例中，第一透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≥50；第二透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第三透镜满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥65；第五透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第六透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
一种2.8mm广角光学系统的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜后成像。
具体实施过程：实施例1：前组镜头中所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.29mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.10mm，所述第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为0.099mm，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.47mm；第三透镜与第四透镜之间设置有光阑，第二透镜与光阑的空气间隔为0.32mm，第三透镜与光阑的空气间隔为0.15mm；第五透镜的后侧设置有滤光片D；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。
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Nd以及阿贝数Vd。
表1具体镜片参数表
在本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：EFFL＝2.84mm；(2)光圈F＝1.84；(3)视场角：2w≥154°；(4)光学畸变：＜-74％；(5)成像圆直径大于φ6.4；(6)工作波段：420～650nm；(7)光学总长TTL≤17.5mm，光学后截距BFL≥5.3mm；(8)该镜头适用于两百万像素CCD或CMOS摄像机。
在本实施例中，采用了典型的前负后正的反摄远结构，后组镜头的正光焦度矫正前组镜头的负光焦度像差。六片球面透镜通过合理的材料选取以及光焦度比例分配，矫正大部分高级像差；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，具有高折射率和低色散的第一透镜与具有高折射率和超高色散的第二透镜互补，矫正前组镜头的色差。
在后组镜头中，具有低折射率和低色散的第四透镜与具有高折射率和超高色散的第五透镜互补，有效矫正成像系统的整体色差，第四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，第六透镜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，能达到两百万像素解析力需求。
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160pl/mm处，0.8视场MTF值大于0.3，在空间频率80pl/mm处，中心视场MTF值大于0.7，可以达到两百万高清的解像力需求。
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3μm，在85℃时，中心视场的离焦量为-3μm，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。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种2.8mm广角光学系统，其特征在于：包括沿着光轴由物侧至像侧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、第五透镜以及第六透镜，六片透镜的材质均为玻璃；第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为双凸正透镜，二者构成光焦度为负的前组镜头，第一透镜像侧面为凹面；第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第四透镜与第五透镜密接构成透镜胶合组，第六透镜为双凸正透镜，四者构成光焦度为正的后组镜头，第三透镜物侧面为凹面、第五透镜物侧面为凹面；前组镜头中第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.25～1.35mm，第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为0.05～0.15mm，前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.40～0.50mm；前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜焦距分别为f1、f2、f3，前组镜头焦距满足f1、f2与f满足以下比例：
-1.5＜f1/f＜-1，3.5＜f2/f＜4；
前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距为f，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f3、f4、f5、f6，后组镜头焦距满足f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：
3.5＜f3/f＜4,-0.5＜f4/f5＜-0.45，3＜f6/f＜5；
第一透镜满足关系式：Nd≥1.6，Vd≥50；第二透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第三透镜满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥65；第五透镜满足关系式：Nd≥1.9，Vd≤20；第六透镜满足关系式：Nd≥1.8，Vd≤45；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
2.一种采用如权利要求1所述的2.8mm广角光学系统的成像方法，其特征在于，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜后成像。
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