CN117518409A - 一种前视窄角摄像头及其成像方法 - Google Patents

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何文波
黄灯辉
江伟
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Abstract

本发明涉及一种前视窄角摄像头，光学镜头从物方到像方依次由第一透镜、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。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为玻璃球面透镜。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，在实现清晰成像的同时，采用全玻璃球面镜片，系统具有极高的环境稳定性的同时成本较低。

Description

一种前视窄角摄像头及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种前视窄角摄像头及其成像方法，涉及镜头技术领域。
背景技术
在车辆行车过程中，感知系统会通过传感器实时采集周边环境的信息，相当于自动驾驶汽车的“眼睛”，可以帮助汽车实现类似于人类驾驶员一样效果的观察能力。在自动驾驶车辆中，感知系统主要由摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器构成。目前车上搭载的车载摄像头根据安装位置主要分为前视摄像头、环视摄像头、后视摄像头、侧视摄像头以及内置摄像头五种类别。
前视摄像头：主要安装在前挡风玻璃上，用于实现行车的视觉感知及识别功能，根据功能又可以分为前视主摄像头、前视窄角摄像头和前视广角摄像头。前视窄角摄像头：该摄像头的主要作用是进行红绿灯、行人等目标的识别，一般选用窄角镜头，可选择30°～40°左右的镜头。作为车载镜头的一种，其所需适应的环境是复杂且多变的，这便要求前视窄角摄像头具有极高的环境稳定性。
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前视窄角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：一种前视窄角摄像头，摄像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；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜为双凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，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，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所有透镜由玻璃材料制成，其中第二、第三透镜为胶合透镜组。
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：1.0<f1/f<2.0，0.0<f2/f<1.0，-1.0<f3/f<0.0，1.0<f4/f<2.0，1.0<f5/f<2.0，1.0<f6/f<2.0，-1.0<f7/f<0.0。
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：1.5≤Nd≤1.8，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：1.2≤Nd≤1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，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，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：0.1～0.5mm；第二透镜与第三透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：1.1～1.5mm；光阑与第四透镜的空气间隔为：3.1～3.5mm；第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为：0.1～0.5mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔为：2.5～3.0mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.5～1.0mm。
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≤2.0。
优选的，光学系统的F数≤1.6。
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。
一种前视窄角摄像头的成像方法，按以下步骤进行：光线依次经第一透镜、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30度，同时具有较高的成像清晰度、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前及远处景象进行监控；
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、采用全玻璃球面结构，具有高的稳定性同时成本较低，同时在高温和低温时对焦面位移做出较好的补偿，使系统具有较高的复杂环境适应性；
4、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：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；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1～4所示，本实施例提供了一种前视窄角摄像头，摄像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；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜为双凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，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，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所有透镜由玻璃材料制成，其中第二、第三透镜为胶合透镜组。在实现清晰成像的同时，由于采用全玻璃球面镜片结构，系统具有极高的环境稳定性。
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：1.0<f1/f<2.0，0.0<f2/f<1.0，-1.0<f3/f<0.0，1.0<f4/f<2.0，1.0<f5/f<2.0，1.0<f6/f<2.0，-1.0<f7/f<0.0。
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：1.5≤Nd≤1.8，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：1.2≤Nd≤1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，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，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：0.1～0.5mm；第二透镜与第三透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：1.1～1.5mm；光阑与第四透镜的空气间隔为：3.1～3.5mm；第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为：0.1～0.5mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔为：2.5～3.0mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.5～1.0mm。
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≤2.0。
在本发明实施例中，光学系统的F数≤1.6。
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，光学系统的光阑位于第三透镜后。
在本发明实施例中，所述第七透镜的后侧设置有滤光片。
一种前视窄角摄像头的成像方法，按以下步骤进行：光线依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜后成像。
在本发明实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为玻璃球面透镜。通过合理的透镜搭配，使得光学系统实现小体积、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同时又高的环境稳定性，如图2至图4所示。
本实施例光学系统实现的技术指标如下：
(1)焦距：15.0≤EFFL≤16.0mm；
(2)光圈F≤1.6；
(3)视场角：2w≥30°；
(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，在实现清晰成像的同时，采用全玻璃球面镜片，系统具有极高的环境稳定性。
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 (9)

1.一种前视窄角摄像头，其特征在于：摄像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；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为双凸正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜为双凹负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜为弯月凸正透镜，其物侧面为凸面，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，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所有透镜由玻璃材料制成，其中第二、第三透镜为胶合透镜组。
2.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，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：1.0<f1/f<2.0，0.0<f2/f<1.0，
-1.0<f3/f<0.0，1.0<f4/f<2.0，1.0<f5/f<2.0，1.0<f6/f<2.0，-1.0<f7/f<0.0。
3.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，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：1.5≤Nd≤1.8，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：1.2≤Nd≤1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：1.5≤Nd≤1.8，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所述的前视窄角摄像头，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：0.1～0.5mm；第二透镜与第三透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第三透镜与光阑的空气间隔为：1.1～1.5mm；光阑与第四透镜的空气间隔为：3.1～3.5mm；第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为：0.1～0.5mm；第五透镜与第六透镜的空气间隔为：2.5～3.0mm；第六透镜与第七透镜的空气间隔为：0.5～1.0mm。
5.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，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≤2.0。
6.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，其特征在于：光学系统的F数≤1.6。
7.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，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。
8.根据权利要求1所述的前视窄角摄像头，其特征在于：所述第七透镜的后侧设置有滤光片。
9.一种如权利要求1-8任一所述的前视窄角摄像头的成像方法，其特征在于，按以下步骤进行：光线依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜后成像。
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