CN113376806B - 一种车载定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载定焦镜头，镜头包括4枚镜片和一个平板玻璃，镜片沿光线入射方向依次为负透镜、正透镜、负透镜、负透镜；镜头的焦距为5.4mm，F数为2.1，视场角60°，系统光学总长12.88mm；该镜头工作在可见光波段，主要可以用作车载镜头，监控驾驶员的驾驶行为，适时提醒驾驶员避免分心驾驶；该镜头设计过程中充分考虑成本因素，仅采用4枚光学镜片，其中1枚非球面镜片，3枚球面镜片；镜头设计过程中对各种像差均进行了严格的校正和控制，最终镜头具有成本低廉、像质优异、相对孔径大、小型化的优点。

Description

一种车载定焦镜头
技术领域
本发明涉及光学设计技术领域，特别涉及一种车载定焦镜头。
背景技术
在长时间的连续驾驶可能导致驾驶员注意力下降，反应变慢，甚至出现分心驾驶，严重威胁行车安全。因此一般要求驾驶员连续驾驶几个小时后必须要停车休息一段时间，以保证充足的精力。但是在很多情况下，司机往往会为了提高运输效率，减少自己的休息时间，然而却没有意识到自己已经是疲劳驾驶，从而导致严重的行车隐患。如果能通过光学镜头对驾驶员的驾驶行为进行实时监控，并根据其驾驶状态适时提出停车休息的建议，将对驾驶安全具有重要的意义。
许多光学镜头的对准平面可能在几米之外，不适合在汽车内应用。一般的光学镜头可能还存在体积较大的问题，不便安装在车内，而且还可能会导致驾驶员产生自己被盯着的感觉，引起驾驶员的不适。一般光学镜头性能方面也难以匹配前述应用场景的使用要求，而且还存在价格较高的问题。为了促进辅助驾驶技术的发展，实时监控和分析驾驶员的驾驶行为和状态，需要针对该特定场景的应用需求进行专门的光学系统设计，镜头体积要足够小，成本要足够低，物距、视场角、F数等也要根据应用场景而设定。
发明内容
在本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可以应用于汽车内驾驶员驾驶行为和驾驶状态监控的光学镜头设计方案。本发明实施例提供一种车载定焦镜头，镜头设计过程中充分考虑了监控驾驶员驾驶行为的应用场景，据此设定物距、视场角、F数等基本光学参数，并对各种像差均进行了严格的校正和控制，最终镜头具有成本低廉、像质优异、相对孔径大、小型化等优点。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现。
本发明实施例中提供一种车载定焦镜头，其包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一负透镜、第一正透镜、第二负透镜和第三负透镜；所述第一负透镜的材料为HZLAF68B，4.6mm<通光口径<4.8mm，2.4mm<厚度<2.5mm；所述第一正透镜的材料为HZLAF68B，4.0mm<通光口径<4.2mm，1.0mm<厚度<1.1mm；所述第二负透镜的材料为HZF88，4.5mm<通光口径<4.7mm，0.6mm<厚度<0.7mm；所述第三负透镜的材料为MTAFD305，4.8mm<通光口径<5.0mm，1.1mm<厚度<1.2mm。前述四种光学玻璃通过材料搭配实现良好的色差和像差校正效果。
可选地，所述第一负透镜的通光口径为4.71mm，厚度为2.42mm；所述第一正透镜的通光口径为4.09mm，厚度为1.05mm；所述第二负透镜的通光口径为4.66mm，厚度为0.66mm；所述第三负透镜的通光口径为4.99mm，厚度为1.18mm。
可选地，所述第三负透镜为非球面镜片，其他三枚镜片为球面镜片。
可选地，所述4枚镜片全部均为单透镜，不存在胶合透镜。
可选地，所述第三负透镜与像面之间设置一片材料为HK9L、厚度为0.7mm的平板玻璃。
可选地，车载定焦镜头的物距为680mm。
可选地，车载定焦镜头的外形尺寸为φ4.99×12.88mm。
可选地，车载定焦镜头的光学系统焦距为5.4mm，F数为2.1。
可选地，车载定焦镜头的全视场60°。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
1.所述车载定焦镜头，由四枚镜片组成，一枚非球面镜片，三枚球面镜片，无胶合镜片，结构简单、成本低。
2.所述车载定焦镜头，光学外形尺寸为φ4.99×12.88mm，具有小型化和轻量化的优点，焦距5.4mm，物距680mm，适合于监控驾驶员驾驶行为的应用场景。
3.所述车载定焦镜头，F数2.1，镜头集光能力强，保证车内环境的清晰成像，全视场60°，大视场角能够确保完美捕获驾驶员的所有驾驶行为。
附图说明
图1为本发明的车载定焦镜头的光学系统结构图；
图2为本发明的车载定焦镜头的点列图；
图3为本发明的车载定焦镜头的光学调制传递函数；
附图标记：1-第一负透镜；2-第一正透镜；3-第二负透镜；4-第三负透镜；5-平板玻璃。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参看图1，为本发明的光学系统结构图，该车载定焦镜头包括4枚透镜，4枚透镜以负正负负的形式排列，4枚透镜包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一负透镜1、第一正透镜2、第二负透镜3、第三负透镜4。所述第一负透镜1的材料为HZLAF68B，4.6mm<通光口径<4.8mm，2.4mm<厚度<2.5mm；所述第一正透镜2的材料为HZLAF68B，4.0mm<通光口径<4.2mm，1.0mm<厚度<1.1mm；所述第二负透镜3的材料为HZF88，4.5mm<通光口径<4.7mm，0.6mm<厚度<0.7mm；所述第三负透镜4的材料为MTAFD305，4.8mm<通光口径<5.0mm，1.1mm<厚度<1.2mm。
在其中一个实施例中，所述第一负透镜1的通光口径为4.71mm，厚度为2.42mm；所述第一正透镜2的通光口径为4.09mm，厚度为1.05mm；所述第二负透镜3的通光口径为4.66mm，厚度为0.66mm；所述第三负透镜4的通光口径为4.99mm，厚度为1.18mm；以此使得光学系统焦距为5.4mm，F数为2.1，全视场60°，外形尺寸为φ4.99×12.88mm，镜头具有成本低廉、像质优异、相对孔径大、小型化的优点。
在其中一个实施例中，所述第三负透镜为非球面镜片，其他3枚镜片为球面镜片，所述4枚镜片全部为单透镜，不存在胶合透镜，所述第三负透镜与像面之间设置一片材料为HK9L、厚度为0.7mm的平板玻璃，以模拟芯片的前保护玻璃，保证光路实际应用时具有良好的性能。
在其中一个实施例中，所述车载定焦镜头的物距为680mm，适用于监控驾驶员驾驶行为的应用场景。
请参看图2，为本发明的光学系统的点列图，可以看出0.8视场以内的范围点列斑RMS均小于6.5μm，1.0边缘视场的点列斑RMS小于12μm，表明整体而言光学系统的像差得到了良好的校正，并且光学系统中观看权重更大的靠近中心视场的区域像差校正效果优于边缘视场。
请参看图3，为本发明的光学系统的光学调制传递函数，可以看出在180cycles/mm以内的空间频率范围内，各个视场的光学调制传递函数均高于0.2，说明光学系统具有良好的成像质量。
以下，示出车载定焦镜头的镜头数据。表1示出了光学系统中各个透镜的表面类型及表面参数。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
本发明实施例中所采用的非球面面型公式如下：
Figure 56591DEST_PATH_IMAGE003
其中，z为非球面沿光轴方向在半径为r的位置时，距离非球面顶点的矢高；c为非球面的近轴曲率，k为圆锥系数；Ai为非球面第i阶的修正系数。
表2示出了本实施例中各个非球面的高次项系数。
表2
S8 2.98e-03 3.31e-03 1.41e-04 7.08e-06 -5.49e-07 3.61e-08
S9 -5.06e-04 8.19e-04 5.12e-04 -8.42e-05 3.65e-06 4.51e-08
本发明所述车载定焦镜头，焦距为5.4mm，F数为2.1，视场角为60°，光学尺寸为φ4.99×12.88mm；该镜头主要为监控驾驶员驾驶行为的车载应用场景而设计，也可用于相似的非车载场景；该镜头设计过程中充分考虑了成本因素，采用3球面镜片1非球面镜片的方案，对各种像差均进行了校正和平衡，镜头具有成本低廉、像质优异、相对孔径大、小型化等优点。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种车载定焦镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一负透镜、第一正透镜、第二负透镜和第三负透镜；
所述第一负透镜的材料为HZLAF68B，4.6mm<通光口径<4.8mm，2.4mm<厚度<2.5mm；
所述第一正透镜的材料为HZLAF68B，4.0mm<通光口径<4.2mm，1.0mm<厚度<1.1mm；
所述第二负透镜的材料为HZF88，4.5mm<通光口径<4.7mm，0.6mm<厚度<0.7mm；
所述第三负透镜的材料为MTAFD305，4.8mm<通光口径<5.0mm，1.1mm<厚度<1.2mm。
2.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：
所述第一负透镜的通光口径为4.71mm，厚度为2.42mm；
所述第一正透镜的通光口径为4.09mm，厚度为1.05mm；
所述第二负透镜的通光口径为4.66mm，厚度为0.66mm；
所述第三负透镜的通光口径为4.99mm，厚度为1.18mm。
3.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：所述第三负透镜为非球面镜片，其他三枚镜片为球面镜片。
4.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：全部4枚镜片均为单透镜，不存在胶合透镜。
5.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：所述第三负透镜与像面之间设置一片材料为HK9L、厚度为0.7mm的平板玻璃。
6.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：物距为680mm。
7.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：车载定焦镜头的外形尺寸为φ4.99×12.88mm。
8.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：车载定焦镜头的光学系统焦距为5.4mm，F数为2.1。
9.如权利要求1所述的车载定焦镜头，其特征在于：车载定焦镜头的全视场60°。
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