CN111175944B - 一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车 - Google Patents

一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车，涉及光学技术领域。本发明包括：从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜；所述光学系统满足以下条件式：|nd1‑nd2|<0.2；|nd1‑nd3|<0.2；|nd2‑nd3|<0.2；nd4<ndmin；其中，nd1为所述第一透镜的折射率，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率，nd4为所述第四透镜的折射率，ndmin为第一透镜折射率、第二透镜折射率与第三透镜折射率中最小的折射率。

Description

一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车。
背景技术
随着5G技术和人工智能技术的发展，无人驾驶汽车逐渐进入人们的视野，各大公司无人车的研发和试验也在紧锣密鼓地进行中。高级驾驶辅助系统 (Advanced DriverAssistance System)，简称ADAS，是利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。
光学镜头是ADAS系统中最重要的传感器之一，光学镜头的性能会直接影响系统对障碍物及环境信息的识别和判断，因此随着自动驾驶等级的提高，对驾驶辅助系统要求也越来越高，其光学镜头的各项性能都需要全面的升级换代。
目前，市场上现有的驾驶员监控系统往往品质参差不齐，光学系统性能不佳，解像力仅有30万像素，光学镜头的稳定性不高，继而降低了无人驾驶汽车的识别效率。
发明内容
本发明将解决现有的技术问题，提供一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车，实现了优化了镜头的折射率，有利于实现提高光学镜头的解像力，调高了成像质量，减小了色散。
本发明提供的技术方案如下：
一种光学系统，包括：从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜；所述光学系统满足以下条件式：|nd1-nd2|<0.2；|nd1-nd3|<0.2； |nd2-nd3|<0.2；nd4<ndmin；其中，nd1为所述第一透镜的折射率，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率，nd4为所述第四透镜的折射率，ndmin为第一透镜折射率、第二透镜折射率与第三透镜折射率中最小的折射率。
优选地，所述光学系统满足以下条件式：1.90<nd1<2.10；1.90<nd2<2.10； 1.90<nd3<2.10；1.80<nd4<2.00。
优选地，所述光学系统满足以下条件式：nd1＝nd2＝nd3。
优选地，所述第二透镜满足以下条件式：0.8<|R1/R2|<1.2；其中，R1为第二透镜远离像侧表面的曲率半径，R2为第二透镜靠近像侧表面的曲率半径。
优选地，所述第二透镜与第三透镜满足以下条件式：1<|R1/R2|<3；其中， R1为第三透镜远离像侧表面的曲率半径，R2为第二透镜靠近像侧表面的曲率半径。
优选地，所述第三透镜与第四透镜满足以下条件式：-1<f3/f4<-2；f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。
优选地，所述第一透镜与第二透镜满足以下条件式：f1/f2<0.6；其中，f1 为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距。
优选地，所述第一透镜和/或所述第四透镜为非球面透镜。
本发明的目的之一还在于提供一种高级驾驶辅助系统，所述高级驾驶辅助系统设置有一种光学系统。
本发明的目的之一还在于提供一种无人驾驶汽车，所述无人驾驶汽车上安装有高级驾驶辅助系统。
与现有技术相比，本发明提供的一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车具有以下有益效果：
1、实现了优化了镜头的折射率，有利于实现提高光学镜头的解像力，调高了成像质量，减小了色散。
2、优化了成像的质量，减小了成像的色散，也实现了色差的校正，提高了镜头的解像力。
3、通过非球面透镜的设置，调整了镜头边缘光线的像差，使得镜头角度扩大时，大角度仍然有较高的性能表现，增加了镜头的成像效果。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种光学系统、高级驾驶辅助系统和无人驾驶汽车的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种光学系统的结构示意图；
图2是本发明一种光学系统相对于d线的各像差图；
图3是本发明另一种光学系统的结构示意图；
图4是本发明另一种光学系统相对于d线的各像差图；
图5是本发明又一种光学系统的结构示意图；
图6是本发明又一种光学系统相对于d线的各像差图；
图7是本发明再一种光学系统的结构示意图；
图8是本发明再一种光学系统相对于d线的各像差图。
附图标号说明：L1.第一透镜，L2.第二透镜，L3.第三透镜，L4.第四透镜， L5.滤光片，L6.保护玻璃。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
实施例一：如图1所示，一种光学系统，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜L1，具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有负光焦度的第四透镜L4，滤光片L5和保护玻璃L6。
光学系统满足以下条件式：
|nd1-nd2|<0.2……(1)；
|nd1-nd3|<0.2……(2)；
|nd2-nd3|<0.2……(3)；
nd4<ndmin……(4)；
其中，nd1为所述第一透镜L1的折射率，nd2为所述第二透镜L2的折射率， nd3为所述第三透镜L3的折射率，nd4为所述第四透镜L4的折射率，ndmin为第一透镜L1折射率、第二透镜L2折射率与第三透镜L3折射率中最小的折射率。
本实施例中，通过(1)～(3)式的设置，实现了优化了镜头的折射率，有利于实现提高光学镜头的解像力，调高了成像质量，减小了色散；再通过(4) 式的设置，进一步优化了成像的质量，减小了成像的色散，也实现了色差的校正，提高了镜头的解像力。
优选地，所述光学系统满足以下条件式：
1.90<nd1<2.10……(5)；
1.90<nd2<2.10……(6)；
1.90<nd3<2.10……(7)；
1.70<nd4<1.90……(8)。
通过设成不成为条件式(5)～(8)的下限以下，有利于倍率色差及轴上色差的校正；通过设成不成为条件式(5)～(8)的上限以上，有利于兼顾色差校正及折射率这两者。
优选地，光学系统满足以下条件式：
nd1＝nd2＝nd3……(9)。
通过设成条件式(9)设置，有利于色差校正与系统总光焦度间的平衡，并利于第四透镜的补正选择。
根据上述实施例的改进，本实施例中，第二透镜L2满足以下条件式：
0.8<|L2R1/L2R2|<1.2……(10)；
其中，L2R1为第二透镜L2远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2 靠近像侧表面的曲率半径。
通过以避免成为条件式的下限以下，能够抑制像散变得不足(校正不足)，有利于实现广角化并使镜头全长缩短化；通过以避免成为条件式的上限以上，能够维持成避免像散变得过度(校正过度)，并抑制畸变为正(枕型)的情况，有利于实现较小的F值和广角化。
优选地，第二透镜L2与第三透镜L3满足以下条件式：
1<|L3R1/L2R2|<3……(11)；
其中，L3R1为第三透镜L3远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2 靠近像侧表面的曲率半径。
通过以避免成为条件式(11)的设置，前透镜组能够充分地校正离轴色差。
根据上述实施例的改进，本实施例中，第三透镜L3与第四透镜L4满足以下条件式：
-1<f3/f4<-2……(12)；
f3为第三透镜L3的焦距，f4为第四透镜L4的焦距。
通过设成不成为条件式(12)的下限以下，第四透镜L4的光焦度不会变得过弱；通过设成不成为条件式(12)的上限以上，第四透镜L4的光焦度不会变得过强，第四透镜L4校正畸变像差变得容易，并为系统总光焦度提供补正。
优选地，第一透镜L1与第二透镜L2满足以下条件式：
f1/f2<0.6……(13)；
其中，f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距。
通过设成不成为条件式(13)的上限以上，视场角FOV不会变得过小。
优选地，所述第一透镜L1和/或所述第四透镜L4为非球面透镜。
通过非球面透镜的设置，调整了镜头边缘光线的像差，使得镜头角度扩大时，大角度仍然有较高的性能表现，增加了镜头的成像效果。
实施例二：如图1和图2所示，一种光学系统，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜L1，具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有负光焦度的第四透镜L4，滤光片L5和保护玻璃L6。
将本实施例的光学系统的基本透镜数据示于表1中，在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径；在中心肉厚栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
本实施例中，光学镜头的EFL＝5.60mm，FNO＝2.48，TTL＝9.79mm。
【表1】
Figure BDA0002390312750000061
Figure BDA0002390312750000071
nd1＝2.15；nd2＝2.10；nd3＝2.05；nd4＝1.90；nd1为所述第一透镜L1的折射率，nd2为所述第二透镜L2的折射率，nd3为所述第三透镜L3的折射率，nd4为所述第四透镜L4的折射率。
L2R1＝-3.991mm，L2R2＝-4.201mm，L2R1/L2R2＝0.95，L2R1为第二透镜 L2远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
L3R1＝11.763mm，L2R2＝-4.201mm，L3R1/L2R2＝-2.80，L3R1为第三透镜L3远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
f3＝4.85mm，f4＝-3.55mm，f3/f4＝-1.37，f3为第三透镜L3的焦距，f4为第四透镜L4的焦距。
f1＝6.13mm，f2＝43.72mm，f1/f2＝0.14，f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距。
实施例三：如图3和图4所示，一种光学系统，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜L1，具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有负光焦度的第四透镜L4，滤光片L5和保护玻璃L6。
将本实施例的光学系统的基本透镜数据示于表2中，在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心肉厚栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
本实施例中，光学镜头的EFL＝6.00mm，FNO＝2.99，TTL＝9.7mm。
【表2】
Figure BDA0002390312750000081
nd1＝nd2＝nd3＝2.08；nd4＝1.82；nd1为所述第一透镜L1的折射率，nd2为所述第二透镜L2的折射率，nd3为所述第三透镜L3的折射率，nd4为所述第四透镜 L4的折射率。
L2R1＝3.852mm，L2R2＝3.729mm，L2R1/L2R2＝1.03，L2R1为第二透镜 L2远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
L3R1＝7.459mm，L2R2＝3.729mm，L3R1/L2R2＝2，L3R1为第三透镜L3 远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
f3＝4.35mm，f4＝-4.35mm，f3/f4＝-1，f3为第三透镜L3的焦距，f4为第四透镜L4的焦距。
f1＝12.12mm，f2＝24.25mm，f1/f2＝0.5，f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距。
实施例四：如图5和图6所示，一种光学系统，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜L1，具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有负光焦度的第四透镜L4，滤光片L5和保护玻璃L6。。
将本实施例的光学系统的基本透镜数据示于表3中，在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心肉厚栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
本实施例中，光学镜头的EFL＝7.53mm，FNO＝3.66，TTL＝12.56mm。
【表3】
Figure BDA0002390312750000091
具体地，nd1＝nd2＝nd3＝2；nd4＝1.98；nd1为第一透镜L1的折射率，nd2为第二透镜L2的折射率，nd3为第三透镜L3的折射率，nd4为第四透镜L4的折射率。
L2R1＝4.124mm，L2R2＝3.586mm，L2R1/L2R2＝1.15，L2R1为第二透镜L2 远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
L3R1＝7.026mm，L2R2＝3.586mm，L3R1/L2R2＝1.96，L3R1为第三透镜L3 远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
f3＝4.35mm，f4＝-4.09mm，f3/f4＝-1.065，f3为第三透镜L3的焦距，f4为第四透镜L4的焦距。
f1＝14.44mm，f2＝28.89mm，f1/f2＝0.5，f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距。
实施例五：如图7和图8所示，一种光学系统，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜L1，具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3和具有负光焦度的第四透镜L4。
将本实施例的光学系统的基本透镜数据示于表4中，将非球面系数示于表5 中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心肉厚栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
在表5中，K为圆锥系数，e为科学计数号，例如e-005表示10-5。
本实施例中，光学镜头的EFL＝4.00mm，FNO＝2.49，TTL＝8.16mm。
【表4】
Figure BDA0002390312750000101
Figure BDA0002390312750000111
【表5】
面编号 1 2 8 9
Y曲率 0.165001 0.046991 -0.21758 0.12667
Y半径 6.060574 21.28088 -4.59601 7.894535
二次曲面常数(K) 0 0 0.520825 -2.87936
4阶系数(A) -0.00154 -0.00043 0.001684 0.014082
6阶系数(B) -0.00022 -0.00042 0.000437 -0.0003
8阶系数(C) -9.36E-05 -0.0001 -0.00011 0.00026
10阶系数(D) -1.18E-05 -5.73E-06 -5.46E-06 -5.88E-05
12阶系数(E) -5.73E-07 2.71E-06 3.49E-06 -1.83E-06
14阶系数(F) 5.26E-07 8.98E-08 5.04E-07 1.62E-06
16阶系数(G) 0 0 -1.39E-07 -1.94E-07
具体地，nd1＝nd2＝nd3＝2.08；nd4＝1.96；其中，nd1为第一透镜L1的折射率，nd2为第二透镜L2的折射率，nd3为第三透镜L3的折射率，nd4为第四透镜L4的折射率。
L2R1＝-2.783mm，L2R2＝-3.215mm，L2R1/L2R2＝0.866；其中，L2R1为第二透镜L2远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
L3R1＝3.852mm，L2R2＝-3.215mm，L3R1/L2R2＝1.2，L3R1为第三透镜L3 远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜L2靠近像侧表面的曲率半径。
f3＝3.16mm，f4＝-3.10mm，f3/f4＝-1，f3为第三透镜L3的焦距，f4为第四透镜L4的焦距。
f1＝8.03mm，f2＝43.26mm，f1/f2＝0.17，f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距。
第一透镜L1和第四透镜L4为非球面透镜，通过非球面透镜的设置，调整了镜头边缘光线的像差，使得镜头角度扩大时，大角度仍然有较高的性能表现，增加了镜头的成像效果。
实施例六：如图1至图8所示，一种高级驾驶辅助系统，高级驾驶辅助系统设置有如上述任意一种实施例所描述的一种光学系统。
实施例七：一种无人驾驶汽车，无人驾驶汽车上安装有如实施例六所描述的高级驾驶辅助系统。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光学系统，其特征在于，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜；
所述光学系统满足以下条件式：
|nd1-nd2|<0.2；
|nd1-nd3|<0.2；
|nd2-nd3|<0.2；
nd4<ndmin；
所述光学系统满足以下条件式：
1.90<nd1<2.10；
1.90<nd2<2.10；
1.90<nd3<2.10；
1.80<nd4<2.00；
所述光学系统还满足以下条件式：
nd1＝nd2＝nd3；
所述光学系统还满足以下条件式：
f1＝12.12mm，f2＝24.25mm，f3＝4.35mm，f4＝-4.35mm；
L2R1＝3.852mm，L2R2＝3.729mm，L3R1＝7.459mm；
其中，nd1为所述第一透镜的折射率，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率，nd4为所述第四透镜的折射率，ndmin为第一透镜折射率、第二透镜折射率与第三透镜折射率中最小的折射率，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，L2R1为第二透镜远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜靠近像侧表面的曲率半径，L3R1为第三透镜远离像侧表面的曲率半径。
2.一种光学系统，其特征在于，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜；
所述光学系统满足以下条件式：
|nd1-nd2|<0.2；
|nd1-nd3|<0.2；
|nd2-nd3|<0.2；
nd4<ndmin；
所述光学系统满足以下条件式：
1.90<nd1<2.10；
1.90<nd2<2.10；
1.90<nd3<2.10；
1.80<nd4<2.00；
所述光学系统还满足以下条件式：
nd1＝nd2＝nd3；
所述光学系统还满足以下条件式：
f1＝14.44mm，f2＝28.89mm，f3＝4.35mm，f4＝-4.09mm；
L2R1＝4.124mm，L2R2＝3.586mm，L3R1＝7.026mm；
其中，nd1为所述第一透镜的折射率，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率，nd4为所述第四透镜的折射率，ndmin为第一透镜折射率、第二透镜折射率与第三透镜折射率中最小的折射率，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，L2R1为第二透镜远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜靠近像侧表面的曲率半径，L3R1为第三透镜远离像侧表面的曲率半径。
3.一种光学系统，其特征在于，包括：
从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜；
所述光学系统满足以下条件式：
|nd1-nd2|<0.2；
|nd1-nd3|<0.2；
|nd2-nd3|<0.2；
nd4<ndmin；
所述光学系统满足以下条件式：
1.90<nd1<2.10；
1.90<nd2<2.10；
1.90<nd3<2.10；
1.80<nd4<2.00；
所述光学系统还满足以下条件式：
nd1＝nd2＝nd3；
所述光学系统还满足以下条件式：
f1＝8.03mm，f2＝43.26mm，f3＝3.16mm，f4＝-3.10mm；
L2R1＝-2.783mm，L2R2＝-3.215mm，L3R1＝3.852mm；
其中，nd1为所述第一透镜的折射率，nd2为所述第二透镜的折射率，nd3为所述第三透镜的折射率，nd4为所述第四透镜的折射率，ndmin为第一透镜折射率、第二透镜折射率与第三透镜折射率中最小的折射率，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，L2R1为第二透镜远离像侧表面的曲率半径，L2R2为第二透镜靠近像侧表面的曲率半径，L3R1为第三透镜远离像侧表面的曲率半径。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种光学系统，其特征在于：
所述第一透镜和/或所述第四透镜为非球面透镜。
5.一种高级驾驶辅助系统，其特征在于：所述高级驾驶辅助系统设置有如权利要求1-3中任意一项所述的一种光学系统。
6.一种无人驾驶汽车，其特征在于，所述无人驾驶汽车上安装有如权利要求5所述的高级驾驶辅助系统。
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