CN117270161A - 一种小体积低成本的车载oms镜头及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镜头技术领域，尤其涉及一种小体积低成本的车载OMS镜头及其成像方法，镜头的光学系统由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为弯月凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凹负透镜，第六透镜为双凸正透镜，第七透镜为弯月凸正透镜，其中第五透镜和第六透镜形成胶合透镜组，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜。该镜头能够在实现更大的视场角清晰成像的同时，具有较小的体积以及较低的成本。

Description

一种小体积低成本的车载OMS镜头及其成像方法
技术领域
本发明涉及镜头技术领域，尤其涉及一种小体积低成本的车载OMS镜头及其成像方法。
背景技术
智能座舱又称为智能汽车乘员监测系统(OMS)，这是出于驾驶汽车除了需保证驾驶员安全外，也要对车内乘客的安全和乘车体验等方面予以保证的考虑。除了舱内的安全问题，乘客的用车体验也是智能座舱存在的意义之一。摒弃繁琐机械按键座舱控制，转变为结合计算机视觉的人机交互控制，乘客只需做出相应的手势动作，座舱系统便能通过传感器识别出乘客的意图，开启相应的功能，使得乘客的用车体验大大提升。
目前市场为适应复杂的驾驶环境以及OMS所需求的较大视场角与较高的光学性能，如较高的解像力等，因而多采用全玻璃结构且体积偏大，不利于系统的集成以及成本的减低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小体积低成本的车载OMS镜头及其成像方法，该镜头能够在实现更大的视场角清晰成像的同时，具有较小的体积以及较低的成本。
本发明的技术方案在于：一种小体积低成本的车载OMS镜头，镜头的光学系统由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为弯月凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凹负透镜，第六透镜为双凸正透镜，第七透镜为弯月凸正透镜，其中第五透镜和第六透镜形成胶合透镜组，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜。
进一步地，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
进一步地，所述第一透镜、第四透镜均为玻璃球面透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及七透镜为塑胶非球面透镜。
进一步地，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：1.5~2.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第三透镜与第四透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第四透镜与光阑的空气间隔为：0.0~-0.5mm；光阑与第五透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm。
进一步地，光学系统的焦距为，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，其中/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>与/>满足以下比例：-3.0</>//><-2.0，-3.0</>//><-2.0，4.0</>//><5.0，1.0<//><2.0，-1.0</>//><0.0，1.0</>//><2.0，62.0</>//><63.0。
进一步地，第一透镜满足关系式：2.0≤≤2.5，/>≤50.0；第二透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第三透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第四透镜满足关系式：2.0≤/>≤2.5，/>≤50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第七透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，≥50.0；其中/>为折射率，/>为阿贝常数。
进一步地，非球面透镜的非球面曲线方程表达式为：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；均为高次项系数。
进一步地，光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤8；光学系统的F数≤2.4。
进一步地，光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足：H/f≥1.0。
一种小体积低成本的车载OMS镜头的成像方法，包括小体积低成本的车载OMS镜头，光线自左向右进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及依次设置于第七透镜后的第一等效玻璃平板、第二等效玻璃平板后在成像面进行成像。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1、该镜头对物体的成像角度大于180度，同时具较高的成像清晰度、较低的公差敏感度和较好的高低温稳定性等优点同时，能够更加全面地对车内乘客进行观察；
2、通过合理的搭配各光学透镜，使得系统结构更加紧凑合理以缩小体积，同时公差敏感度低易于装配，更适合大规模高良率生产；
3、采用两块玻璃镜片搭配五片塑胶透镜使用，在适应环境的同时降低了成本；
4、能够在高温和低温时对焦面位移做出较好的补偿，具备复杂环境适应性；
5、校正了各轴向色差、垂轴色差以及高阶色差，保证成像系统在大角度时也能具有较高的成像质量。
附图说明
图1是本发明的光学结构示意图；
图2是本发明的全工作波段轴向色差图；
图3是本发明的全工作波段垂轴色差图；
图4是本发明的全工作波段场曲畸变图；
图中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；STO-光阑；；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；L8-第一等效玻璃平板；L9-第二等效玻璃平板；IMA-成像面。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图4
一种小体积低成本的车载OMS镜头，镜头的光学系统由从物方到像方依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑STO、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7组成。在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为弯月凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凹负透镜，第六透镜为双凸正透镜，第七透镜为弯月凸正透镜，其中第五透镜和第六透镜形成消色差双胶合透镜组，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜。由于第一透镜、第二透镜均为具有负光焦度的透镜，它能够调整大角度光线，其中塑胶非球面透镜同时具有减小光学系统畸变的作用。通过合理的透镜搭配，使得光学系统实现超了广角、大孔径、日夜共焦、低温飘设计，同时对轴上、轴外像差进行了良好的校正，具有较好的成像质量，
本实施例中，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第一透镜、第四透镜均为玻璃球面透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及七透镜为塑胶非球面透镜。
本实施例中，位于第七透镜与成像面之间还依次设置有第一等效玻璃平板L8、第二等效玻璃平板L9。
本实施例中，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：1.5~2.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第三透镜与第四透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第四透镜与光阑的空气间隔为：0.0~-0.5mm；光阑与第五透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm。在满足成像要求的情况下，减小各镜片间的距离，有利于镜头的光学总长。
本实施例中，光学系统的焦距为，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，其中/>、/>、/>、/>、、/>、/>与/>满足以下比例：-3.0</>//><-2.0，-3.0</>//><-2.0，4.0</>//><5.0，1.0<//><2.0，-1.0</>//><0.0，1.0</>//><2.0，62.0</>//><63.0。
本实施例中，第一透镜满足关系式：2.0≤≤2.5，/>≤50.0；第二透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第三透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第四透镜满足关系式：2.0≤/>≤2.5，/>≤50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第七透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，≥50.0；其中/>为折射率，/>为阿贝常数。
本实施例中，光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤8。
本实施例中，光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足：H/f≥1.0。
本实施例中，光学系统实现的技术指标如下：
（1）焦距：1.0≤EFFL≤2.0mm；
（2）光圈F≤2.4；
（3）视场角：2w≥180°；
（4）工作波段：可见光波段和850nm波段。
本实施例中，为实现上述设计参数，光学系统所采用的具体设计见下表：
。
本实施例中，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜的非球面曲线方程表达式为：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；均为高次项系数。
本实施例中，光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：
。
本实施例中，光学系统通过合理分配各透镜的材料、光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上距离等，在满足镜头成像性能要求的同时，满足小体积、低成本的要求。
上述小体积低成本的车载OMS镜头的成像方法，光线自左向右进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及依次设置于第七透镜后的第一等效玻璃平板、第二等效玻璃平板后在成像面进行成像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的小体积低成本的车载OMS镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，镜头的光学系统由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为弯月凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凹负透镜，第六透镜为双凸正透镜，第七透镜为弯月凸正透镜，其中第五透镜和第六透镜形成胶合透镜组，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
3.根据权利要求1或2所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，所述第一透镜、第四透镜均为玻璃球面透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜以及七透镜为塑胶非球面透镜。
4.根据权利要求1或2所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：1.5~2.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第三透镜与第四透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第四透镜与光阑的空气间隔为：0.0~-0.5mm；光阑与第五透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.0~0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，光学系统的焦距为，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，其中/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>与/>满足以下比例：-3.0</>//><-2.0，-3.0</>//><-2.0，4.0</>//><5.0，1.0</>//><2.0，-1.0</>//><0.0，1.0<//><2.0，62.0</>//><63.0。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，第一透镜满足关系式：2.0≤≤2.5，/>≤50.0；第二透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第三透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第四透镜满足关系式：2.0≤/>≤2.5，/>≤50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤/>≤2.0，/>≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；第七透镜满足关系式：1.5≤/>≤1.8，/>≥50.0；其中/>为折射率，/>为阿贝常数。
7.根据权利要求1所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，非球面透镜的非球面曲线方程表达式为：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；均为高次项系数。
8.根据权利要求1所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤8；光学系统的F数≤2.4。
9.根据权利要求1、2或8所述的一种小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足：H/f≥1.0。
10.一种小体积低成本的车载OMS镜头的成像方法，包括权利要1、2、5、7或8所述的小体积低成本的车载OMS镜头，其特征在于，光线自左向右进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及依次设置于第七透镜后的第一等效玻璃平板、第二等效玻璃平板后在成像面进行成像。
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