CN117348204A - 一种8m车载前视主摄像头及其成像方法 - Google Patents

一种8m车载前视主摄像头及其成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种8M车载前视主摄像头，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、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜组成；第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为负透镜，第六透镜为双凸正透镜。在实现行车的视觉感知及识别功能的同时，实现8MP成像，以此可顶替前视广角摄像头与前视窄角摄像头，实现单镜头组成前视摄像模组，大大减低成本以提高市场普及度。通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上距离等，缩小镜头的总长以及各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。

Description

一种8M车载前视主摄像头及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种8M车载前视主摄像头及其成像方法，涉及镜头技术领域。
背景技术
车载前视摄像系统的功能主要有两种：一是用于记录行车轨迹，并在交通事故发生后作为责任判定的重要依据之一；二是用于辅助驾驶，它能防止汽车在行驶过程中发生车道偏离和避免碰撞道路上的行人等，从而有效减少交通事故的发生。因此车载前视摄像系统是高级驾驶辅助系统中重要的硬件终端。市场上传统的车载前视摄像模组可分为三个结构：前视主摄像头、前视广角摄像头、前视窄角摄像头，顾名思义，三个摄像头的采用大大提高了整个摄像模组的成本，不利于市场的普及。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种8M车载前视主摄像头及其成像方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种8M车载前视主摄像头，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、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜组成；其中，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为负透镜，第六透镜为双凸正透镜。
优选的，设定光学系统的焦距为f，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f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：-2.5<f1/f<-1.5，-5.0<f2/f<-3.0，2.0<f3/f<2.5，1.5<f4/f<2.0，-1.5<f5/f<-1.0，1.5<f6/f<3.0，-8.0<f7/f<122.0。
优选的，第一透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第二透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第三透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第四透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第七透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
优选的，透镜由玻璃材料制成，第四透镜、第五透镜为胶合透镜组。
优选的，各镜片之间的轴上距离满足以下关系，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：4.0～5.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.1～0.5mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：2.0～2.5mm；光阑与第四透镜之间的空气间隔为：0.5～1.0mm；第四透镜与第五透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔：0.1～0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.1～1.0mm。
优选的，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≤7.5。
优选的，光学系统的F数≤1.5。
优选的，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。
优选的，所述第七透镜的后侧设置有滤光片。
一种8M车载前视主摄像头的成像方法，按以下步骤进行：镜头的光学系统依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜后成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、该镜头对物体的成像角度大于140度，同时具超高的8M成像清晰度、大的通光口径、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外景象进行监控；
2、通过合理的搭配各光学透镜，使得系统结构紧凑合理，易于装配，公差敏感度低，更适合大规模高良率生产；
3、采用全玻结构，具有较高的稳定性，能适应严苛环境；
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。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例1的光学结构示意图；
图2是本发明实施例1的全工作波段轴向色差图；
图3是本发明实施例1的全工作波段垂轴色差图；
图4是本发明实施例1的全工作波段场曲畸变图；
图5是本发明实施例2的光学结构示意图；
图6是本发明实施例2的全工作波段轴向色差图；
图7是本发明实施例2的全工作波段垂轴色差图；
图8是本发明实施例2的全工作波段场曲畸变图；
图中：STO-光阑；L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；L8-等效玻璃平板；L9-等效玻璃平板；IMA-成像面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1～8所示，本实施例提供了一种8M车载前视主摄像头，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、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜组成；其中，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为负透镜，第六透镜为双凸正透镜。
在实现行车的视觉感知及识别功能的同时，实现8MP成像，以此可顶替前视广角摄像头与前视窄角摄像头，实现单镜头组成前视摄像模组，大大减低成本以提高市场普及度。通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上距离等，缩小镜头的总长以及各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。
在本发明实施例中，设定光学系统的焦距为f，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f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：-2.5<f1/f<-1.5，-5.0<f2/f<-3.0，2.0<f3/f<2.5，1.5<f4/f<2.0，-1.5<f5/f<-1.0，1.5<f6/f<3.0，-8.0<f7/f<122.0。
在本发明实施例中，第一透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第二透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第三透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第四透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第七透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
在本发明实施例中，透镜由玻璃材料制成，第四透镜、第五透镜为胶合透镜组。
在本发明实施例中，各镜片之间的轴上距离满足以下关系，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：4.0～5.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.1～0.5mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：2.0～2.5mm；光阑与第四透镜之间的空气间隔为：0.5～1.0mm；第四透镜与第五透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔：0.1～0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.1～1.0mm。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。
在本发明实施例中，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≤7.5。
在本发明实施例中，光学系统的F数≤1.5。
在本发明实施例中，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。
在本发明实施例中，所述第七透镜的后侧设置有滤光片。
一种8M车载前视主摄像头的成像方法，按以下步骤进行：镜头的光学系统依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜后成像。
具体实施过程：第一种实施方式：
所述光学镜头从物方到像方依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜。其中，第一透镜、第二透镜均为具有负光焦度的玻璃球面透镜，调整大角度光线，第二透镜、第七透镜为玻璃非球面具有减小光学系统畸变的作用。第四透镜、第五透镜组成消色差双胶合透镜。合理的透镜搭配，使得光学系统实现8M、超广角、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，如图2至图4所示。
第一透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第三透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第四透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第五透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第六透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第七透镜为弯月凹正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
本实施例光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：3.0≤EFFL≤4.0mm；
(2)光圈F≤1.5；
(3)视场角：2w≥140°；
(4)工作波段：可见光波段。
为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表：
本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：
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；α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8均为高次项系数。
本实施例光学系统通过合理分配各透镜的光焦度、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8M成像性能要求的同时，缩小镜头的总长以及各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。
第二种实施方式：
所述光学镜头从物方到像方依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜。其中，第一透镜、第二透镜均为具有负光焦度的玻璃球面透镜，调整大角度光线，第二透镜、第三透镜、第六透镜、第七透镜为玻璃非球面具有减小光学系统像差的作用。第四透镜、第五透镜组成消色差双胶合透镜。合理的透镜搭配，使得光学系统实现8M、超广角、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，如图6至图8所示。
第一透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第三透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第四透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第五透镜为双凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第六透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第七透镜为弯月凹负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
本实施例光学系统实现的技术指标如下：
(5)焦距：3.0≤EFFL≤4.0mm；
(6)光圈F≤1.5；
(7)视场角：2w≥140°；
(8)工作波段：可见光波段。
为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表：
本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：
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；α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8均为高次项系数。
本实施例光学系统通过合理分配各透镜的光焦度、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8M成像性能要求的同时，缩小镜头的总长以及各镜片的径向尺寸，做到镜头组小型化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是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单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种8M车载前视主摄像头，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、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜组成；其中，第一透镜为弯月凹负透镜，第二透镜为弯月凹负透镜，第三透镜为双凸正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为负透镜，第六透镜为双凸正透镜。
2.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：设定光学系统的焦距为f，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f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：-2.5<f1/f<-1.5，-5.0<f2/f<-3.0，2.0<f3/f<2.5，1.5<f4/f<2.0，-1.5<f5/f<-1.0，1.5<f6/f<3.0，
-8.0<f7/f<122.0。
3.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：第一透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第二透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第三透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第四透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，Vd≥50.0；第七透镜满足关系式：1.7≤Nd≤2.0，Vd≤50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
4.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：透镜由玻璃材料制成，第四透镜、第五透镜为胶合透镜组。
5.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：各镜片之间的轴上距离满足以下关系，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：4.0～5.0mm；第二透镜与第三透镜的空气间隔为：0.1～0.5mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：2.0～2.5mm；光阑与第四透镜之间的空气间隔为：0.5～1.0mm；第四透镜与第五透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔：0.1～0.5mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.1～1.0mm。
6.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，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≤7.5。
7.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：光学系统的F数≤1.5。
8.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，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。
9.根据权利要求1所述的8M车载前视主摄像头，其特征在于：所述第七透镜的后侧设置有滤光片。
10.一种如权利要求1-9任一所述的8M车载前视主摄像头的成像方法，其特征在于，按以下步骤进行：镜头的光学系统依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜后成像。
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