CN115291365A - 一种大光圈的光学系统及车载摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镜头光学技术领域，具体是一种大光圈的光学系统及车载摄像装置，光学系统从物面到像面依次为负光焦度的凸凹型第一镜片，负光焦度的双凹型第二镜片，正光焦度的双凸型第三镜片，正光焦度的凹凸型第四镜片，负光焦度的弯月型第五镜片，正光焦度的双凸型第六镜片，正光焦度的弯月型第七镜片，本发明的光学系统可实现体积小型化，光圈值较小，且清晰度满足三百万像素，画面更明亮，细节更清晰，应用该光学系统的摄像装置便于安装于狭小空间内,节省主机空间。

Description

一种大光圈的光学系统及车载摄像装置

技术领域

本发明涉及镜头光学技术领域，具体是一种大光圈的光学系统及车载摄像装置。

背景技术

随着汽车驾驶安全的重视及普及，汽车存在驾驶员无法观测的盲点或者无法同时兼顾观测到各个方向，在行车中难免会出现一些事故，因此，通过对如何提高汽车安全驾驶技术的开发普及，通过在车身上安装小型摄像头，代替人眼观测汽车的各个方向，摄像头画面通过计算中心处理后，可为驾驶员提供警示信号，驾驶员可以及时排除可能存在的安全风险。

同时，技术的发展，对于摄像头视野范围，体积及摄像头的光学性能等要求越来越高，因此，光学系统或模组需具备较大的视场角和更高清的像素。而现有的光学系统或模组，存在镜片过多、结构复杂、导致加工相对复杂，并且光圈过小或像素过低使摄像头存在成像素质差的问题，不能够为驾驶员提供更清晰的成像，不利于提高驾驶安全性，且不符合市场发展需求。

因此，需要一种体积小、具有较大视场角及能够提供清晰成像的光学系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种光学系统，具有较大视场角，体积小，具备大光圈，成像清晰且弱光环境下成像清晰。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光学系统，包括：从物面到像面依次设置有物面侧为凸面且负光焦度的第一镜片，负光焦度的第二镜片，正光焦度的第三镜片，光阑，正光焦度的第四镜片，负光焦度的第五镜片，正光焦度的第六镜片，正光焦度的第七镜片；

所述光学系统满足以下条件：

19mm≤ttl≤22mm

ttl/f≤6.5

其中，f为光学系统的焦距值，ttl为光学系统的光学总长。

可选的，本发明一实施例中，所述第二镜片与所述第三镜片胶合构成第一组合透镜。

可选的，本发明一实施例中，所述第三镜片的像面侧为凸面，

所述第三镜片满足以下条件：

0.5≤|f3/f|≤3

其中，f3为第三镜片的焦距值。

一实施例中，第三镜片的像面侧为平面

可选的，本发明一实施例中，所述第一透镜满足以下条件：

1.65≤Nd≤1.8

38≤Vd≤62

其中，Nd值为镜片的折射率，Vd值为镜片的阿贝数。

可选的，本发明一实施例中，所述第四镜片与所述第五镜片胶合构成第二组合透镜。

可选的，本发明一实施例中，所述第四透镜的物面侧为凸面，

所述第四镜片满足以下条件：

0.5≤|f4/f|≤3

其中，f4为第四镜片的焦距值。

一实施例中，所述第四透镜的物面侧为平面。

可选的，本发明一实施例中，所述第五镜片为弯月型镜片，所述第五镜片的物面侧为凹面，像面侧为凸面，所述第五镜片满足以下条件：

0.5≤|f5/f|≤3

其中，f5为第五镜片的焦距。

可选的，本发明一实施例中，所述第七镜片为弯月型镜片，所述第七镜片的物面侧为凸面，像面侧为凹面，所述第七镜片满足以下条件：

5≤|f7/f|≤10

其中，f7为镜片的焦距。

可选的，本发明一实施例中，所述光学系统还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片设于所述第七镜片与像面之间，用于过滤红外波段，避免图像发红发蒙。

一种车载摄像装置，包括光学镜头，所述光学镜头为上述的光学系统。

本发明有益效果

本发明提供一种光学系统，由七个镜片组成，各透镜采用轻薄化设计，使镜头整体重量轻量化，且光学系统总长较短，通过各镜片的搭配，实现光圈值F≤1.8，成像效果更好，可成像波长范围较大，在弱光环境下也能提供良好成像，通过对六个透镜进行参数设定及形状的设计，使镜头整体体积小，并且镜头的相对照度大，应用该光学系统镜头的车载摄像模组，画面成像好，用户体验感更好。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例1镜片结构示意图；

图2为本发明实施例1镜片组各透镜基本参数列表示意图；

图3为本发明实施例1镜头MTF曲线图；

图4为本发明实施例1镜头点列图；

图5为本发明实施例1镜头场曲畸变示意图；

图6为本发明实施例1镜头相对照度图；

附图标记：第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3、光阑4、第四镜片5、第五镜片6、第六镜片7、第七镜片8、红外截止滤光片9、像面10。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

基于现有车载摄像头的发展需求，设计了一种车载用的光学系统，具体方案如下：

如图1所示，一种光学系统，包括：从物面到像面10依次设置有负光焦度的第一镜片1，负光焦度的第二镜片2，正光焦度的第三镜片3，光阑4，正光焦度的第四镜片5，负光焦度的第五镜片6，正光焦度的第六镜片7，正光焦度的第七镜片8；

光阑4位于系统中部，有利于矫正场曲和像散，需要说明的是，在本实施例中的光阑4为孔径光阑4，用于对轴上物点光束的口径进行限制。

需要说明的是：

第一镜片1的物面侧为凸面，第一镜片1的像面侧为凹面；

第二镜片2的物面侧为凹面，第二镜片2的像面侧为凹面；

第三镜片3的物面侧为凸面，第三镜片3的像面侧为凸面；

第四镜片5的物面侧为凹面，第四镜片5的像面侧为凸面；

第五镜片6的物面侧为凹面，第五镜片6的像面侧为凸面；

第六镜片7的物面侧为凸面，第六镜片7的像面侧为凸面；

第七镜片8的物面侧为凸面，第七镜片8的像面侧为凹面；

所有镜片均为玻璃材质的球面透镜，第五镜片6与第七镜片8为弯月型透镜，玻璃透镜的镜头成像效果清晰，相比其他材质更耐刮、耐磨、镜片薄、价格相对较低，更容易实现镜头小型化。

光学系统满足以下条件：

19mm≤ttl≤22mm

ttl/f≤6.5

其中，f为光学系统的焦距值，ttl为光学系统的光学总长，光学系统总长短，有助于镜头实现体积小型化。

所有镜片满足以下条件：

第一镜片1:1.65≤Nd≤1.8，38≤Vd≤62；

第二镜片2:1.4≤Nd≤1.65，60≤Vd≤85；

第三镜片3:1.8≤Nd≤2，15≤Vd≤35；

第四镜片5:1.55≤Nd≤1.65，50≤Vd≤75；

第五镜片6:1.75≤Nd≤2，15≤Vd≤35；

第六镜片7:1.75≤Nd≤2，30≤Vd≤55；

第七镜片8:1.75≤Nd≤2，30≤Vd≤55；

其中，“所有镜片”指光学系统中的所有透镜，即第一镜片1至第七镜片8，Nd为镜片的折射率，Vd为镜片的阿贝数。

第一镜片1满足以下条件：

1≤|f1/f|≤3

其中，f1为第一镜片1的焦距值，镜头的第一片镜片采用高折射率材料，有利于缩小头部直径。

第二镜片2满足以下条件：

1≤|f2/f|≤3

其中，f2为第二镜片2的焦距值。

第二镜片2与第三镜片3胶合构成第一组合透镜，具体为第二镜片2的像面10侧与第三镜片3的物面侧进行胶合。

第三镜片3的像面10侧为凸面，

第三镜片3满足以下条件：

0.5≤|f3/f|≤3

其中，f3为第三镜片3的焦距值。

第二、第三透镜胶合在一起，降低了该镜片的公差敏感度，提升了良率。

一实施例中，第三镜片3的像面10侧为平面，在该实施例中，第三镜片3的焦距值同样满足上述的条件。

第一透镜满足以下条件：

1.65≤Nd≤1.8

38≤Vd≤62

其中，Nd值为镜片的折射率，Vd值为镜片的阿贝数。

第四镜片5与第五镜片6胶合构成第二组合透镜，具体为第四镜片5的像面10侧与第五镜片6的物面侧胶合。

第一组合透镜与第二组合透镜的设置主要用于消除像差。

需要说明的是，第二镜片2与第三镜片3为胶合在一起的第一组合透镜，因此，第二镜片2的后表面与第三镜片3的前表面为同一表面，同理，第四镜片5的后表面与第五镜片6的前表面为同一表面。

第四镜片5的物面侧为凸面，

第四镜片5满足以下条件：

0.5≤|f4/f|≤3

其中，f4为第四镜片5的焦距值。

一实施例中，第四镜片5的物面侧为平面，在该实施例中，第四透镜的焦距值满足上述的条件。

第五镜片6为弯月型镜片，第五镜片6的物面侧为凹面，像面10侧为凸面，第五镜片6满足以下条件：

0.5≤|f5/f|≤3

其中，f5为第五镜片6的焦距。

第二、四透镜d线的折射率Nd和Abbe数Vd满足：Nd≥1.4，Vd≥50，所述的第三、第五透镜d线的折射率Nd和Abbe数Vd满足：Nd≥1.75，Vd≤35有利于校正轴外色差，从而提高系统分辨率。

镜头的第一，四，五透镜承担系统较大光焦度，有助于轴外视场的像差矫正，从而实现系统全视场范围内都有优良的分辨率。

第六镜片7满足以下条件：

1≤|f6/f|≤6

其中，f6为第六镜片7的焦距值。

第七镜片8为弯月型镜片，第七镜片8的物面侧为凸面，像面10侧为凹面，第七镜片8满足以下条件：

5≤|f7/f|≤10

其中，f7为镜片的焦距。

在本实施例中，镜头焦距值f为3.41mm，第一镜片1焦距值f1为-5.62，第二镜片2焦距值f2为-5.85，第三镜片3焦距值f3为3.86，第四镜片5焦距值f4为4.12，第五镜片6焦距值f5为-5.86，第六镜片7焦距值f6为8，第七镜,8焦距值f7为28.92，光学总长ttl为20.67mm，f1/f为-1.64809，f2/f为1.71554，f3/f为1.13196，f4/f为1.20821，f5/f为-1.71848，f6/f为3.71554，f7/f为8.48093，ttl/f为6.06。

本方案的光学系统还包括红外截止滤光片9，红外截止滤光片9设于第七透镜与像面10之间，用于过滤红外波段，避免不必要的热度灼伤镜头，在本实施例中，红外截止滤光片9设于第七镜片8与像面10之间，本实施例中，红外截止滤光片9为双平面玻璃片，在红外截止滤光片9的前表面与后表面分别镀一层红外截止膜，双面镀膜时，可见光透过率相比单面镀膜的透光率更高。

在一实施例中，红外截止滤光片9取消原双平面玻璃片的设置，改为直接在第七镜片8的像面10侧镀一层红外截止膜，同样可以起到原红外截止滤光片9的作用，并且由于取消双平面玻璃片的设置，进一步减少了光学系统的总长。

本光学系统的可适用成像光谱波长范围为400nm-650nm，光圈值F≤1.8，在低照度情况下成像良好，如：隧道或夜晚环境等。

在本实施例中，光学系统各透镜的各项基本参数如图2列表所示：

S1和S2分别为第一镜片1的前表面和后表面；

S3和S4分别为第二镜片2的前表面和后表面；

S4和S5分别为第三镜片3的前表面和后表面；

S6为孔径光阑44；

S7和S8分别为第四镜片5的前表面和后表面；

S8和S9分别为第五镜片6的前表面和后表面；

S10和S11分别为第六镜片7的前表面和后表面；

S12和S13分别为第七镜片8的前表面和后表面；

S14和S15分别为红外截止滤光片9的前表面和后表面；

其中，前表面为镜片的朝向物象一侧的表面，后表面为镜片朝向像面10一侧的表面。

参考图3可知本实施例的光学系统对对比度的还原情况，其中，横坐标为镜头边缘与镜头中心的距离，单位为线对/毫米，即为lp/mm，纵坐标为对比度优劣，实线表示子午方向的MTF，虚线表示弧矢方向的MTF，本实施例的光学系统在空间频率为167lp/mm时，全视场MTF值大于或等于0.2，在空间频率为84lp/mm处，全视场MTF值大于或等于0.35，可满足三百万像素分辨率要求。

参考图4可知本实施例的光学系统的像差，图4为镜头在40μm*40μm的IMA面上成像，图4中包括11个不同视场角的点列图，从图4中可知67.3°视场的均方根半径值RMS为6.904，几何半径值GEO为25.965，本实施例的光学系统像质良好，无明显紫边，均方根半径值RMS小于十微米，几何半径值GEO小于三十微米，满足三百万芯片需求。

参考图5可知本实施例的光学系统的场曲畸变，图5中左图为场曲图示，有图为畸变图示，其中，左图横坐标0轴为理想像面，0轴左右表示实际光线偏离理想像面程度,单位为毫米,纵坐标为视场角值，虚线代表弧矢方向的场曲,实线代表子午方向的场曲,从左图可知，虚线与实线均呈波浪状，虚线在-0.1轴线与0.04轴线上弯曲变化，实线在0.02轴线与0.04轴线之间弯曲变化，虚线与实现的场曲绝对值均小于0.05，右图可知光学系统在67.3°半视场角时，畸变为-54％，后期应用于摄像模组时，畸变可通过的反畸变算法进行修正，减少成像畸变。

参考图6可知本实施例的光学系统的相对照度，其中，横坐标为镜头视场角，纵坐标为中心光量为100％时周边的明亮度，经测试得出本实施例的光学系统在半视场角为67.3°时，相对照度≥55％。

本实施例的光学系统，采用七个透镜构成镜片组，结构上相对简单，各透镜采用玻璃透镜且均为球面透镜，成像清晰且成本相对较低，通过七个透镜的组合搭配，镜头具备大光圈的特性，使镜头的近景成像效果好，应用该光学系统的车载摄像模组，体积小型化，可用于车侧的盲点监控或车辆变道等，协助驾驶员驾驶，确保安全。

一实施例中公开了一种车载摄像装置，包括光学镜头，光学镜头为实施例1的光学系统，车载摄像装置主要安装于车辆侧面，具体地，摄像模组安装于车辆B柱或车辆后视镜底部，主要用于车辆的盲点检测，检测车辆侧面的车辆及自行车等，驾驶员可以根据车载摄像装置成像更好地调整车辆位置或避免车辆行驶撞击到人或物，减少事故发生。

实施例2

在本实施例中，光学系统与实施例1的光学系统在结构上同样由七个镜片组成，且光焦度相同的情况下，各镜片形状如下：

第一镜片1的物面侧为凸面，第一镜片1的像面10侧为凹面；

第二镜片2的物面侧为凹面，第二镜片2的像面10侧为凹面；

第三镜片3的物面侧为凸面，第三镜片3的像面10侧为平面；

第四镜片5的物面侧为凹面，第四镜片5的像面10侧为平面；

第五镜片6的物面侧为凹面，第五镜片6的像面10侧为凸面；

第六镜片7的物面侧为凸面，第六镜片7的像面10侧为凸面；

第七镜片8的物面侧为凸面，第七镜片8的像面10侧为凹面；

实施例3

在本实施例中，光学系统与实施例1的光学系统在结构上同样由七个镜片组成，且光焦度相同的情况下，各镜片形状如下：

第一镜片1的物面侧为凸面，第一镜片1的像面10侧为凹面；

第二镜片2的物面侧为凹面，第二镜片2的像面10侧为凹面；

第三镜片3的物面侧为凸面，第三镜片3的像面10侧为凸面；

第四镜片5的物面侧为凹面，第四镜片5的像面10侧为平面；

第五镜片6的物面侧为凹面，第五镜片6的像面10侧为凸面；

第六镜片7的物面侧为凸面，第六镜片7的像面10侧为凸面；

第七镜片8的物面侧为凸面，第七镜片8的像面10侧为凹面；

实施例4

在本实施例中，光学系统与实施例1的光学系统在结构上同样由七个镜片组成，且光焦度相同的情况下，各镜片形状如下：

第一镜片1的物面侧为凸面，第一镜片1的像面10侧为凹面；

第二镜片2的物面侧为凹面，第二镜片2的像面10侧为凹面；

第三镜片3的物面侧为凸面，第三镜片3的像面10侧为平面；

第四镜片5的物面侧为凹面，第四镜片5的像面10侧为凸面；

第五镜片6的物面侧为凹面，第五镜片6的像面10侧为凸面；

第六镜片7的物面侧为凸面，第六镜片7的像面10侧为凸面；

第七镜片8的物面侧为凸面，第七镜片8的像面10侧为凹面；

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种大光圈的光学系统，其特征在于，包括：从物面到像面依次设置有物面侧为凸面且负光焦度的第一镜片，负光焦度的第二镜片，正光焦度的第三镜片，光阑，正光焦度的第四镜片，

负光焦度的第五镜片，正光焦度的第六镜片，正光焦度的第七镜片；

所述光学系统满足以下条件：

19mm≤ttl≤22mm

ttl/f≤6.5

其中，f为光学系统的焦距值，ttl为光学系统的光学总长。

2.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第二镜片与所述第三镜片胶合构成第一组合透镜。

3.根据权利要求2所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第三镜片像面侧为凸面或平面的任意一种，

所述第三镜片满足以下条件：

0.5≤|f3/f|≤3

其中，f3为第三镜片的焦距值。

4.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第一透镜满足以下条件：

1.65≤Nd≤1.8

38≤Vd≤62

其中，Nd值为镜片的折射率，Vd值为镜片的阿贝数。

5.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第四镜片与所述第五镜片胶合构成第二组合透镜。

6.根据权利要求5所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第四透镜的物面侧为凸面或平面的任意一种，

所述第四镜片满足以下条件：

0.5≤|f4/f|≤3

其中，f4为第四镜片的焦距值。

7.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第五镜片为弯月型镜片，所述第五镜片的物面侧为凹面，

像面侧为凸面，所述第五镜片满足以下条件：

0.5≤|f5/f|≤3

其中，f5为第五镜片的焦距。

8.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述第七镜片为弯月型镜片，所述第七镜片的物面侧为凸面，

像面侧为凹面，所述第七镜片满足以下条件：

5≤|f7/f|≤10

其中，f7为镜片的焦距。

9.根据权利要求1所述的一种大光圈的光学系统，其特征在于，

所述光学系统还包括红外截止滤光片，所述红外截止滤光片设于所述第七镜片与像面之间。

10.一种车载摄像装置，其特征在于，包括光学镜头，所述光学镜头为权利要求1-9所述的光学系统。

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