CN210376850U - 一种日夜两用车载光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种日夜两用车载光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜，第一透镜为双凹负透镜A，所述第二透镜为双凸正透镜A，第一透镜与第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，第三透镜为双凸正透镜B，第四透镜为双凹负透镜B，第五透镜为双凸正透镜C，第三透镜、第四透镜及第五透镜构成光焦度为正的后组镜头，前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.2mm。本实用新型设计合理，结构简单，采用2G3P结构，相比于全玻璃设计，系统的整体可靠性更高，不仅具有日夜共焦功能，且在‑40℃~85℃的温度范围内最佳成像面不变。

Description

一种日夜两用车载光学系统

技术领域

本实用新型涉及一种日夜两用车载光学系统。

背景技术

在车载镜头中，车内监控镜头应用广泛，随着智能汽车行业的发展，要求车内监控系统能提供车包括人脸监测、人脸识别、手势识别等等功能，相应的对车载监控镜头的要求也越来越高。车内监控镜头主要面临以下几个问题：

1、车内光线环境早晚差异较大，白日时段要求在可见光波段成像良好，而在黑夜时段需要考虑光学系统对近红外波段的成像质量，因此车内监控需要提供日夜共焦功能，但是现在市面上用于车内监测的小型镜头方案许多没有日夜共焦性能。

2、目前市面上用于车内监测的小型镜头方案普遍采用非球面塑胶镜头，塑胶镜片膨胀系数大，高温容易发生变形，会导致高温图像模糊。

实用新型内容

本实用新型对上述问题进行了改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种日夜两用车载光学系统，总体成像质量提高；夜晚进光量足，能适应车内光线不足的环境，实现了良好的日夜共焦，且保证了-40℃~+85℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。

本实用新型的具体实施方案是：提供一种日夜两用车载光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第一透镜为双凹负透镜A，所述第二透镜为双凸正透镜A，第一透镜与第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，所述第三透镜为双凸正透镜B，第四透镜为双凹负透镜B，第五透镜为双凸正透镜C，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜构成光焦度为正的后组镜头，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.2mm，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.4mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.5mm，所述第二透镜与光阑之间的空气间隔为0.1mm。

进一步的，所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距设为f，所述第一透镜、第二透镜及第三透镜的焦距分别依次设为f₁、f₂及f₃，其比例满足：-1.5＜f₁ /f＜-0.5，0.5＜f₂ /f＜1.5，0.5＜f₃ /f＜1.5。

进一步的，所述第四透镜及第五透镜的焦距分别设为f₄、f₅，其比例满足：-1＜f₄ /f＜0，1＜f₅ /f＜2。

进一步的，所述第一透镜满足关系式： N_d≧1.5，V_d≧55；

所述的第二透镜满足关系式：N_d≧1.7，V_d≦45；

所述的第三透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

所述的第四透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≦25；

所述的第五透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

进一步的，所述第一透镜及第二透镜还为球面透镜，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜为非球面透镜。

进一步的，所述第一透镜及第二透镜均采用玻璃材质制成，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜均采用塑胶材质制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本装置结构简单，设计合理，采用2G3P的设计结构，相比于全玻璃设计，具有更小的体型与质量；系统整体可靠性更高，镜组的装配敏感度低、良率高，有较大的成本优势，有利于大规模生产，通光口径较大，增加了边缘进光量，总体成像质量提高，夜晚进光量足，能适应车内光线不足的环境，通过超高色散与低色散玻玻璃之间合理的搭配，有效减少了近红外波段色差，实现了良好的日夜共焦，同时，本实用新型具有良好的高低温特性，在按照本实用新型所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本实用新型的镜头保证了-40℃~+85℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光学结构示意图；

图2是本实用新型实施例的可见光MTF曲线图；

图3是本实用新型实施例的850nm MTF曲线图；

图4是本实用新型实施例的在低温-40℃下离焦曲线图；

图5是本实用新型实施例的在高温+85℃下离焦曲线图；

图中：1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-光阑，7-滤光片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例1：如图1所示，本实施例中，提供一种日夜两用车载光学系统，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜1、第二透镜2、光阑6、第三透镜3、第四透镜4以及第五透镜5，所述第一透镜为双凹负透镜A，所述第二透镜为双凸正透镜A，第一透镜1与第二透镜2构成光焦度为负的前组镜头，所述第三透镜为双凸正透镜B，第四透镜为双凹负透镜B，第五透镜为双凸正透镜C，所述第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5构成光焦度为正的后组镜头，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.2mm，所述第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔为1.4mm，所述第三透镜3与第四透镜4之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜4与第五透镜5之间的空气间隔为0.5mm，所述第二透镜2与光阑6之间的空气间隔为0.1mm。

本实施例中，所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距设为f，所述第一透镜、第二透镜及第三透镜的焦距分别依次设为f₁、f₂及f₃，其比例满足：-1.5＜f₁ /f＜-0.5，0.5＜f₂ /f＜1.5，0.5＜f₃ /f＜1.5。

本实施例中，所述第四透镜及第五透镜的焦距分别设为f₄、f₅，其比例满足：-1＜f₄ /f＜0，1＜f₅ /f＜2。

通过对本实用新型形成的光学系统的光焦度按照以上比例进行合理分配，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的焦距相对于系统焦距f成一定比例，使本实用新型形成的光学系统在420～650nm的波长范围的像差得到合理的校正和平衡。

本实施例中，所述第一透镜满足关系式： N_d≧1.5，V_d≧55；

所述的第二透镜满足关系式：N_d≧1.7，V_d≦45；

所述的第三透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

所述的第四透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≦25；

所述的第五透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

本实施例中，所述第一透镜及第二透镜还为球面透镜，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜为非球面透镜。

本实施例中，所述第一透镜及第二透镜均采用玻璃材质制成，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜均采用塑胶材质制成。

本实施例中，所述第五透镜的后侧设置有滤光片7。

本实施例中，光线依次由前往后入射并依次穿过第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜后进行成像。

实施例2： 在实施例1的基础上，本实施例中，由第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜构成的光学元件参数表（曲率半径R、厚度d、折射率N_d以及阿贝常数V_d），如下表1所示：

表1

上表中，第一透镜~第五透镜均为双面，第一透镜内第一行参数描述沿光线成像路径第一透镜的第一面，第一透镜内的第二行参数描述沿光线成像路径第一透镜的第二面，剩余第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜项的参数依此类推。

本实施例中，采用第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜作为示例，通过合理分配第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上空气间隔等，保证镜头的小畸变与高照度，同时校正各类像差，提高镜头的解析度与成像品质。各非球面面型Z_h由以下公式限定：

其中，Z_h为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的矢高；

c为非球面的近轴曲率，c=1/R (即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥常数； A、B、C、D、E均为高次项系数。

本实施例中，下表2出示了可用于本实施例中各非球面透镜（第三透镜、第四透镜及第五透镜）表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D、E：

表2

本实施例中，由图2可以看出，该光学系统在可见光波段的MTF表现良好，在空间频率50pl/mm处，其MTF值大于0.5，在空间频率100pl/mm处，其MTF值大于0.3，可以达到百万像素的高清解像力需求。

如图3所示，可以看出该光学系统在近红外波段的MTF表现良好，在空间频率80pl/mm处，其MTF值大于0.3，系统具有良好的日夜共焦性能。

如图4~5所示，该光学系统在-40℃时，中心视场的离焦量为6μm；在85℃时，中心视场的离焦量为-8μm，离焦量均在可接受范围，像质表现完全满足车载镜头在高低温环境下的使用要求。

实施例3：在实施例1的基础上，本实施例中，前组镜头及后组镜头构成的光学结构达到了以下光学指标：

（1）焦距：EFFL=4.4mm；

（2）光圈F=2.0；

（3）视场角：2w≥80°；

（4）光学畸变：＜-10%；

（5）成像圆直径大于φ4.8；

（6）工作波段：420～650&850±10nm；

（7）光学总长TTL≤13.1mm，光学后截距BFL≥5.0mm；

（8）该镜头适用于百万像素CCD或CMOS摄像机。

本实施例中，第一玻璃是具有中等折射率的双凹负透镜，保证系统具有较大视场，第一玻璃可以采用低色散玻璃；

第二玻璃采用超高色散玻璃，负责调整整个光学系统的高低温特性；

本实用新型设计采用了典型的前负后正的反摄远结构，前组镜头的负光焦度矫正后组镜头的正光焦度像差。

在本实施例中，后组镜头内的非球面透镜矫正所有高级像差及球差，通过合理的折射率和光焦度比例分配，保证前组镜头的镜片与后组镜头的镜片的入射角大小的均衡性，减小了光学系统的像面弯曲；后组镜头中，第四透镜具有中等折射率和超高色散，有效矫正成像系统的色差和像散，通过前组镜头、光阑及后组镜头组成的光学系统，采用多片非球面透镜，像质好，成本低；系统设计光圈较大，能保证大视场角的进光量，边缘成像清晰，同时具有良好的高低温特性与日夜共焦功能。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，包括沿光线入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第一透镜为双凹负透镜A，所述第二透镜为双凸正透镜A，第一透镜与第二透镜构成光焦度为负的前组镜头，所述第三透镜为双凸正透镜B，第四透镜为双凹负透镜B，第五透镜为双凸正透镜C，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜构成光焦度为正的后组镜头，所述前组镜头与后组镜头之间的空气间隔为0.2mm，所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为1.4mm，所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.5mm，所述第二透镜与光阑之间的空气间隔为0.1mm。

2.根据权利要求1所述的一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，所述前组镜头与后组镜头组成的光学系统的焦距设为f，所述第一透镜、第二透镜及第三透镜的焦距分别依次设为f₁、f₂及f₃，其比例满足：-1.5＜f₁ /f＜-0.5，0.5＜f₂ /f＜1.5，0.5＜f₃ /f＜1.5。

3.根据权利要求1所述的一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，所述第四透镜及第五透镜的焦距分别设为f₄、f₅，其比例满足：-1＜f₄ /f＜0，1＜f₅ /f＜2。

4.根据权利要求1~3任一所述的一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，所述第一透镜满足关系式： N_d≧1.5，V_d≧55；

所述的第二透镜满足关系式：N_d≧1.7，V_d≦45；

所述的第三透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

所述的第四透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≦25；

所述的第五透镜满足关系式：N_d≧1.5，V_d≧50；

其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

5.根据权利要求1~3任一所述的一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，所述第一透镜及第二透镜还为球面透镜，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜为非球面透镜。

6.根据权利要求1~3任一所述的一种日夜两用车载光学系统，其特征在于，所述第一透镜及第二透镜均采用玻璃材质制成，所述第三透镜、第四透镜及第五透镜均采用塑胶材质制成。

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