CN113009672A - 一种可切换的汽车后视光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可切换的汽车后视光学系统，属于光学技术领域。本可切换的汽车后视光学系统，包括第一镜头，第二镜头和图像传感器，所述图像传感器的中心位于所述第一镜头的主光轴上；所述光学系统还包括用于设置于所述图像传感器与所述第一镜头之间的反射模块，当所述反射模块处于第一预设状态时，所述反射模块用于与将所述第二镜头的光线反射至所述图像传感器上，且经过所述反射模块反射后的所述第二镜头光线的主光轴与所述第一镜头的主光轴重合；当所述第一镜头与所述图像传感器之间不存在所述反射模块时，所述图像传感器用于接收所述第一镜头的光线。本发明具有低成本且可切换的优点。

Description

一种可切换的汽车后视光学系统
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种可切换的汽车后视光学系统。
背景技术
随着汽车数量的日益增长以及无人驾驶技术的发展，通过各种车载光学镜头来辅助人类驾驶和AI自动驾驶已经成为一种普遍的趋势。
对于车载光学镜头，目前通常是一个镜头配备一个图像传感器，因此每个图像传感器上只能以单一的视场角成像。对于一个镜头，不同的视场角大小有着不同的成像特征，适用于不同的场景，以车后方的后视视像头为例：大的视场角对应更广的视野，能够看到车后方从近段到远处更多的物体，然而每个物体都会很小，细节信息无法呈现出来，适用于行驶中实时监控后方来车情况；小的视场角对应的是更狭窄的视野，只能看到很小角度范围内的少量物体，同时每个物体都会相应地在屏幕上放大，呈现出更多地细节，适用于倒车时高精度地分析后方地面上是否有障碍物。因此，目前完善车载后视镜头需要至少配备两个镜头，一个小视场角来接收细节信息，一个广角镜头来接收整体环境信息。
但是两套以上的图像传感器、图像处理器，会使探测模块的成本变得昂贵，且会多占用空间，不利于其普及到中低端汽车领域。
发明内容
本发明的第一个发明目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可切换的汽车后视光学系统，本发明所要解决的技术问题是如何降低生产成本，从而提供一种低成本可切换双视场的成像方案。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可切换的汽车后视光学系统，包括第一镜头，第二镜头和图像传感器，所述图像传感器的中心位于所述第一镜头的主光轴上；所述光学系统还包括用于设置于所述图像传感器与所述第一镜头之间的反射模块，当所述反射模块处于第一预设状态时，所述反射模块用于与将所述第二镜头的光线反射至所述图像传感器上，且经过所述反射模块反射后的所述第二镜头光线的主光轴与所述第一镜头的主光轴重合；当所述第一镜头与所述图像传感器之间不存在所述反射模块时，所述图像传感器用于接收所述第一镜头的光线。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，所述反射模块沿垂直于所述第一镜头的主光轴的方向移动。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，当所述反射模块处于第一预设状态时，所述第一镜头内设有第一可变光阑，所述第一可变光阑关闭；和/或当所述反射模块处于第一预设状态时，所述反射模块与所述第一镜头中最靠近所述反射模块的透镜之间的光线均投射于所述反射模块上。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，当所述第一镜头与所述图像传感器之间不存在所述反射模块时，所述第二镜头内设有第二可变光阑，所述第二可变光阑关闭。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，当所述反射模块处于第二预设状态时，所述反射模块与所述第一镜头的光线分离，所述反射模块与所述第二镜头中最靠近所述反射模块的透镜之间的光线均投射于所述反射模块上。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，所述第二镜头的光学后焦大于所述第一镜头的光学后焦。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，所述第二镜头满足以下条件式：0.6＜|BFL2/TTL2|＜0.65；其中，BFL2为所述第二镜头的光学后焦，所述TTL2为所述第二镜头的光学总长。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，所述反射模块包括偶数枚反射镜。
在上述的可切换的汽车后视光学系统中，当所述反射模块内存在两枚反射镜时，所述反射模块内的两枚反射镜满足以下条件式：β＝α/2；其中，β为所述两枚反射镜之间的夹角，α为所述第一镜头的主光轴与所述第二镜头的主光轴之间的夹角。
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种成像装置，本发明所要解决的技术问题是如何降低生产成本，从而提供一种低成本的成像装置。
本发明的第二个发明目的可通过下列技术方案来实现：一种成像装置，包括：如权利要求1至9中任何一项所述的可切换的汽车后视光学系统；及成像元件，被配置为接收由所述可切换的汽车后视光学系统形成的图像。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、两个不同视场角的镜头共用一个图像传感器，通过反射镜模组的切换状态来决定用哪个镜头成像；共用传感器可以有效降低成本，减小对空间和重量的占用。
2、反射镜模组采用偶数片反射镜，反射前后的物像成一致像；避免了因镜像成像而引入额外的图像后期处理工作，提高效率。
3、图像传感器、两个镜头位置固定，通过反射镜模组的移动来切换成像的镜头；固定图像传感器和镜头位置可以有效减少误差的引入，提高良品率；同时固定大视场角镜头水平向后可以尽量广地观察后方状况，固定小视场角镜头与水平呈20°夹角向下摆放可以更有效地观察后方路面障碍物状况。
附图说明
图1是本发明的广角镜头的彗差图；
图2是本发明的广角镜头的系统结构示意图；
图3是本发明的广角镜头的各像差图；
图4、5是本发明的广角镜头成像时的组态图；
图6是本发明的长焦镜头的彗差图；
图7是本发明的长焦镜头的系统结构示意图；
图8是本发明的长焦镜头的各像差图；
图9、10是本发明的长焦镜头成像时的组态图。
图中，11、第一球面镜片；12、第二球面镜片；13、第三球面镜片；14、第四球面镜片；15、第五球面镜片；16、第六球面镜片；17、第七球面镜片；18、第八球面镜片；19、第九球面镜片；110、第十球面镜片；111、光阑；21、第一球面镜片；22、第二球面镜片；23、第三球面镜片；24、第四球面镜片；25、第五球面镜片；26、第六球面镜片；27、第七球面镜片；28、第八球面镜片；29、第九球面镜片；210、光阑。
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。
如图1-10所示，一种可切换的汽车后视光学系统，包括第一镜头，第二镜头和图像传感器，图像传感器的中心位于第一镜头的主光轴上；光学系统还包括用于设置于图像传感器与第一镜头之间的反射模块，当反射模块处于第一预设状态时，反射模块用于与将第二镜头的光线反射至图像传感器上，且经过反射模块反射后的第二镜头光线的主光轴与第一镜头的主光轴重合；当第一镜头与图像传感器之间不存在反射模块时，图像传感器用于接收第一镜头的光线。
反射模块沿垂直于第一镜头的主光轴的方向移动。
当反射模块处于第一预设状态时，第一镜头内设有第一可变光阑，第一可变光阑关闭；和/或当反射模块处于第一预设状态时，反射模块与第一镜头中最靠近反射模块的透镜之间的光线均投射于反射模块上。
当第一镜头与图像传感器之间不存在反射模块时，第二镜头内设有第二可变光阑，第二可变光阑关闭。
当反射模块处于第二预设状态时，反射模块与第一镜头的光线分离，反射模块与所述第二镜头中最靠近反射模块的透镜之间的光线均投射于反射模块上。
第二镜头的光学后焦大于第一镜头的光学后焦。
第二镜头满足以下条件式：0.6＜|BFL2/TTL2|＜0.65；其中，BFL2为第二镜头的光学后焦，TTL2为第二镜头的光学总长。
反射模块包括偶数枚反射镜。
当反射模块内存在两枚反射镜时，反射模块内的两枚反射镜满足以下条件式：β＝α/2；其中，β为两枚反射镜之间的夹角，α为第一镜头的主光轴与第二镜头的主光轴之间的夹角。
一种成像装置，包括：如上一方案提出的可切换的汽车后视光学系统；及成像元件，被配置为接收由可切换的汽车后视光学系统形成的图像。
如图1-5所示，第一镜组L1：一种适用于该技术方案的具体广角镜头，从物侧到像侧依次为：第一球面镜片11、第二球面镜片12、第三球面镜片13、第四球面镜片14、第一胶合镜片、第二胶合镜片、第九球面镜片19、第十球面镜片110；其中第一胶合镜片由第五球面镜片15、第六球面镜片16组成；第二胶合镜片由第七球面镜片17、第八球面镜片18组成；第六球面镜片16与第七球面镜片17之间设置有光阑111；镜头整体的焦距F＝2.8mm。
Figure BDA0002948966060000061
示例1：
长焦镜头满足以下条件式：0.65<|BFL/OAL|<0.68……(1)；其中OAL为镜头总体长度,BFL为该镜头的光学后焦。
该条件式限制了镜头总体长度和后焦距的关系，使得后焦与镜头总体长度的比值在一个合适的范围内。若高于该条件式的上限，会使得光学后焦占镜头的总长过长，影响成像质量；若低于该条件式的下限，就会导致后焦过短，没有办法留出足够的空间来放置反射镜模组。
如图6-10所示，第二镜组L2：一种适用于该技术方案的具体长焦镜头，从物侧到像侧依次为：第一球面镜片21、第二球面镜片22、第一胶合镜片、第五球面镜片25、第二胶合镜片、第九球面镜片29；其中第一胶合镜片由第三球面镜片23、第四球面镜片24组成；第二胶合镜片由第六球面镜片26、第七球面镜片27、第八球面镜片28组成；所述的第五球面镜片25与第六球面镜片26之间设置有光阑210；镜头整体的焦距F＝11mm。
Figure BDA0002948966060000071
Figure BDA0002948966060000081
示例2：
广角镜头满足以下条件式：8.8<|D11/D17|<9……(2)；其中，D11为第一球面镜片21的口径，D17为第七球面镜片27的口径。
该条件式保证了第一球面镜片21的口径与第七球面镜片27的口径的比值，在两个镜头后端之间不干涉的前提下，保证广角镜头有足够的口径来满足足够的成像角度范围。
发明点1：两个不同视场角的镜头共用一个图像传感器，通过可移动反射镜模组的切换状态来决定用哪个镜头成像。优点1：共用传感器可以有效降低成本，减小对空间和重量的占用。
发明点2：反射镜模组采用偶数片反射镜，反射前后的物像成一致像。优点2：避免了因镜像成像而引入额外的图像后期处理工作，提高效率。
发明点3：广镜头水平固定，长焦镜头与水平呈20°夹角向下水平固定，图像传感器竖直固定，通过反射镜模组的移动来切换成像的镜头。优点3：固定图像传感器和广角镜头位置可以有效减少误差的引入，提高良品率；同时固定大视场角镜头水平向后可以尽量广地观察后方状况，固定小视场角镜头与水平呈20°向下的角度摆放可以更有效地观察后方路面障碍物状况。
发明点4：在镜头与水平呈20°向下的角度摆放且使用两面反射镜进行成像的前提下，两面反射镜的放置角度关系为：q＝y+10°，其中y为第一面反射镜法线与水平线的夹角，q为第二面反射镜法线与水平线的夹角。优点4：满足该关系式可以保证成像到像面上，同时又有一个自由度的调节自由，便于针对不同的后焦镜头进行一定范围内的适配。
发明点5：长焦镜头满足条件式：0.65<|BFL/OAL|<0.6，其中OAL为镜头总体长度,BFL为该镜头的光学后焦。优点5：该条件式限制了镜头总体长度和后焦距的关系，使得后焦与镜头总体长度的比值在一个合适的范围内。若高于该条件式的上限，会使得光学后焦占镜头的总长过长，影响成像质量；若低于该条件式的下限，就会导致后焦过短，没有办法留出足够的空间来放置反射镜模组。
发明点6：长焦镜头满足条件式：20mm<|BFL2|，BFL为该长焦镜头的光学后焦。优点6：该条件式保证后焦足够，可以办法留出足够的空间来放置反射镜模组以实现切换功能。
发明点7：广角镜头满足条件式：8.8<|D11/D17|<9，其中，D11为第一球面镜片11的口径，DG7为第七球面镜片17的口径。优点7：该条件式保证了第一球面镜片11的口径与第七球面镜片17的口径的比值，在两个镜头后端之间不干涉的前提下，保证广角镜头有足够的口径来满足足够的成像角度范围。
发明点8：广角镜头满足条件式：D11>15mm，其中，D11为第一球面镜片11的口径。优点8：该条件式保证了广角镜头有足够的口径来实现广角成像。
发明点9：广角镜头满足条件式：D17<2.8mm，其中，D17为第七球面镜片17的口径。优点9：该条件式保证广角镜头后端口径较小，两个镜头后端之间不干涉。
发明点10：广角镜头与长焦镜头之间满足条件式：tan(20°)<|OALL1/OALL2|，其中，OALL1为广角镜头总体长度，OALL2为长焦镜头总体长度。优点10：该条件式保证了广角镜头视野不会被长焦镜头遮挡而产生盲区。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了11、第一球面镜片；12、第二球面镜片；13、第三球面镜片；14、第四球面镜片；15、第五球面镜片；16、第六球面镜片；17、第七球面镜片；18、第八球面镜片；19、第九球面镜片；110、第十球面镜片；111、光阑；21、第一球面镜片；22、第二球面镜片；23、第三球面镜片；24、第四球面镜片；25、第五球面镜片；26、第六球面镜片；27、第七球面镜片；28、第八球面镜片；29、第九球面镜片；210、光阑等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，包括第一镜头，第二镜头和图像传感器，所述图像传感器的中心位于所述第一镜头的主光轴上；所述光学系统还包括用于设置于所述图像传感器与所述第一镜头之间的反射模块，当所述反射模块处于第一预设状态时，所述反射模块用于与将所述第二镜头的光线反射至所述图像传感器上，且经过所述反射模块反射后的所述第二镜头光线的主光轴与所述第一镜头的主光轴重合；当所述第一镜头与所述图像传感器之间不存在所述反射模块时，所述图像传感器用于接收所述第一镜头的光线。
2.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，所述反射模块沿垂直于所述第一镜头的主光轴的方向移动。
3.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，当所述反射模块处于第一预设状态时，所述第一镜头内设有第一可变光阑，所述第一可变光阑关闭；和/或当所述反射模块处于第一预设状态时，所述反射模块与所述第一镜头中最靠近所述反射模块的透镜之间的光线均投射于所述反射模块上。
4.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，当所述第一镜头与所述图像传感器之间不存在所述反射模块时，所述第二镜头内设有第二可变光阑，所述第二可变光阑关闭。
5.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，当所述反射模块处于第二预设状态时，所述反射模块与所述第一镜头的光线分离，所述反射模块与所述第二镜头中最靠近所述反射模块的透镜之间的光线均投射于所述反射模块上。
6.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，所述第二镜头的光学后焦大于所述第一镜头的光学后焦。
7.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，所述第二镜头满足以下条件式：0.6＜|BFL2/TTL2|＜0.65；其中，BFL2为所述第二镜头的光学后焦，所述TTL2为所述第二镜头的光学总长。
8.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，所述反射模块包括偶数枚反射镜。
9.根据权利要求1所述的一种可切换的汽车后视光学系统，其特征在于，当所述反射模块内存在两枚反射镜时，所述反射模块内的两枚反射镜满足以下条件式：β＝α/2；其中，β为所述两枚反射镜之间的夹角，α为所述第一镜头的主光轴与所述第二镜头的主光轴之间的夹角。
10.一种成像装置，包括：如权利要求1至9中任何一项所述的可切换的汽车后视光学系统；及成像元件，被配置为接收由所述可切换的汽车后视光学系统形成的图像。
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