CN110346916A - 一种后视光学***及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种后视光学***,沿光线入射方向自左向右依次设置有光焦度为负的前镜组A、光焦度为正的后镜组B及位于前镜组A与后镜组B之间的固定光阑,所述前镜组A包括第一弯月负透镜、第二弯月负透镜和第一双凸正透镜,所述后镜组B包括第三弯月负透镜和第二双凸正透镜;本发明还涉及一种后视光学***的工作方法。本发明结构合理、操作简便,***整体可靠性更高,镜组的装配敏感度低、良率高,同时光学畸变低,解像力高。
Description
技术领域
本发明涉及一种后视光学***及其工作方法。
背景技术
车载后视镜头在车载监控***中具有广泛的应用,为驾驶员提供诸如汽车后视影像、倒车辅助等功能。随着汽车行业的发展,对车载后视镜头的性能提出了更高的要求。现在市面上的后视镜头主要面临的问题有:1.光圈较小导致大视场角的边缘通光量不足,因此边缘成像不够清晰,成像质量差;2.常见的后视镜头一般采用5-6片的全玻璃透镜结构,镜头体型较大,重量较重,无法满足小型化的要求,制造成本较高;3.车载镜头工作环境复杂,特别是工作温度变化较大,要求镜头能在较大的工作温度范围内保证成像质量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供了一种后视光学***及其工作方法,结构合理、操作简便,***整体可靠性更高,镜组的装配敏感度低、良率高,同时光学畸变低,解像力高。
本发明的技术方案是:一种后视光学***,沿光线入射方向自左向右依次设置有光焦度为负的前镜组A、光焦度为正的后镜组B及位于前镜组A与后镜组B之间的固定光阑,所述前镜组A包括第一弯月负透镜、第二弯月负透镜和第一双凸正透镜,所述后镜组B包括第三弯月负透镜和第二双凸正透镜。
进一步的,第三弯月负透镜和第二双凸正透镜组成非球面透镜胶合组。
进一步的,沿光线入射方向,所述前镜组A与后镜组B之间的空气间隔为0.8mm;前镜组A与固定光阑之间的空气间隔为0.3mm;固定光阑与后镜组B之间的空气间隔为0.5mm。
进一步的,沿光线入射方向,所述前镜组A中,第一弯月负透镜与第二弯月负透镜之间的空气间隔为0.4mm;第二弯月负透镜和第一双凸正透镜之间的空气间隔为5.5mm。
进一步的,第一弯月负透镜、第二弯月负透镜为球面透镜,均由玻璃材质制成;第一双凸正透镜、第三弯月负透镜和第二双凸正透镜为非球面透镜,均由塑胶材料制成。
进一步的,在第二双凸正透镜后端设置有成像面,在第二双凸正透镜与成像面之间设置有平板保护玻璃。
进一步的,将光学***的总焦距设定为f,将第一弯月负透镜的镜片焦距设定为f1,将第二弯月负透镜的镜片焦距设定为f2,将第一双凸正透镜的镜片焦距设定为f3,将第三弯月负透镜的镜片焦距设定为f4,将第二双凸正透镜的镜片焦距设定为f5,各镜片焦距关系如下:,。
进一步的,将第一弯月负透镜的折射率设定为Nd1,将第二弯月负透镜的折射率设定为Nd2,将第一双凸正透镜的折射率设定为Nd3,将第三弯月负透镜的折射率设定为Nd4,将第二双凸正透镜的折射率设定为Nd5,各镜片的折射率满足一下关系:Nd1≥1.5;Nd2≥1.5;Nd3≥1.7;Nd4≥1.5;Nd5≥1.5。
进一步的,将第一弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd1,将第二弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd2,将第一双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd3,将第三弯月负透镜阿贝系数设定为Vd4,将第二双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd5,各镜片的阿贝系数满足一下关系:Vd1≥45;Vd2≥50;Vd3≤25;Vd4≤25;Vd5≥50。
本发明提供的另一种技术方案是,一种后视光学***的工作方法,包括所述的后视光学***:当光线入射时,光路顺序进入前镜组A、固定光阑以及后镜组B后进行成像,当光线经过前镜组A时,前镜组A的第一弯月负透镜具有较大的折射率与光焦度,保证***具有较大视场,第二弯月负透镜采用非球面透镜,负责校正整个光学***的畸变,第一双凸正透镜采用高折射率超高色散的玻璃,用于调整整个光学***的高低温特性;当光线经过后镜组B时,具有中等折射率和超高色散的第三弯月负透镜有效矫正成像***的色差和像散。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明采用2G3P的设计结构,相比于全玻璃设计,具有更小的体型与质量;***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;
(2)通光口径较大,保证了边缘进光量,边缘成像质量提高;通过合理分配玻璃镜片与塑胶非球面透镜合理的光焦度,优化设计非球面透镜面型,有效校正整个光学***的高级像差、色差,同时***的光学畸变低,解像力高;
(3)本发明具有良好的高低温特性,在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下,本发明的镜头保证了-40℃~+85℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的光学结构示意图;
图2是本发明实施例的可见光MTF曲线图;
图3是本发明实施例的在低温-40℃下离焦曲线图;
图4是本发明实施例的在高温+85℃下离焦曲线图;
图5是本发明实施例的光学畸变曲线图;
图中:100-前镜组A;110-第一弯月负透镜120-第二弯月负透镜;130-第一双凸正透镜;200-后镜组B;210-第三弯月负透镜;220-第二双凸正透镜;300-固定光阑;400-成像面;500-平板保护玻璃。
具体实施方式
如图1~5所示,一种后视光学***,沿光线入射方向自左向右依次设置有光焦度为负的前镜组A、光焦度为正的后镜组B及位于前镜组A与后镜组B之间的固定光阑,所述前镜组A包括第一弯月负透镜、第二弯月负透镜和第一双凸正透镜,所述后镜组B包括第三弯月负透镜和第二双凸正透镜。前镜组A的负光焦度能矫正后镜组B的正光焦度像差。
本实施例中,第三弯月负透镜和第二双凸正透镜组成非球面透镜胶合组。
本实施例中,沿光线入射方向,所述前镜组A与后镜组B之间的空气间隔为0.8mm;前镜组A与固定光阑之间的空气间隔为0.3mm;固定光阑与后镜组B之间的空气间隔为0.5mm。
本实施例中,沿光线入射方向,所述前镜组A中,第一弯月负透镜与第二弯月负透镜之间的空气间隔为0.4mm;第二弯月负透镜和第一双凸正透镜之间的空气间隔为5.5mm。
本实施例中,第一弯月负透镜、第二弯月负透镜为球面透镜,均由玻璃材质制成;第一双凸正透镜、第三弯月负透镜和第二双凸正透镜为非球面透镜,均由塑胶材料制成。
本实施例中,在第二双凸正透镜后端设置有成像面,在第二双凸正透镜与成像面之间设置有平板保护玻璃。
本实施例中,将光学***的总焦距设定为f,将第一弯月负透镜的镜片焦距设定为f1,将第二弯月负透镜的镜片焦距设定为f2,将第一双凸正透镜的镜片焦距设定为f3,将第三弯月负透镜的镜片焦距设定为f4,将第二双凸正透镜的镜片焦距设定为f5,各镜片焦距关系如下:,。
本实施例中,将第一弯月负透镜的折射率设定为Nd1,将第二弯月负透镜的折射率设定为Nd2,将第一双凸正透镜的折射率设定为Nd3,将第三弯月负透镜的折射率设定为Nd4,将第二双凸正透镜的折射率设定为Nd5,各镜片的折射率满足一下关系:Nd1≥1.5;Nd2≥1.5;Nd3≥1.7;Nd4≥1.5;Nd5≥1.5。
本实施例中,将第一弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd1,将第二弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd2,将第一双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd3,将第三弯月负透镜阿贝系数设定为Vd4,将第二双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd5,各镜片的阿贝系数满足一下关系:Vd1≥45;Vd2≥50;Vd3≤25;Vd4≤25;Vd5≥50。
表1、具体镜片参数如下表
本实施例采用了五片透镜作为示例,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空气间隔等,有效扩大镜头的视场角,缩短镜头总长度,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由以下公式限定:
其中,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;为非球面的近轴曲率,(即,近轴曲率为上表1中曲率半径的倒数);为圆锥常数;A、B、C、D、E均为高次项系数。表2示出了可用于本实施例中各非球面透镜表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D、E。
表2 各非球面透镜参数
本实施例中,此光学***实现的技术指标如下:
(1)焦距:EFFL=1.91mm;(2)光圈F=2.1;(3)视场角:2w≥140°;(4)光学畸变:<-33%;(5)成像圆直径大于φ4.8;(6)工作波段:420~700nm;(7)光学总长TTL≤13.2mm,光学后截距BFL≥2.6mm;(8)该镜头适用于百万像素CCD或CMOS摄像机。
一种后视光学***的工作方法,包括所述的后视光学***:当光线入射时,光路顺序进入前镜组A、固定光阑以及后镜组B后进行成像,当光线经过前镜组A时,前镜组A的第一弯月负透镜具有较大的折射率与光焦度,保证***具有较大视场,第二弯月负透镜采用非球面透镜,负责校正整个光学***的畸变,第一双凸正透镜采用高折射率超高色散的玻璃,用于调整整个光学***的高低温特性;当光线经过后镜组B时,具有中等折射率和超高色散的第三弯月负透镜有效矫正成像***的色差和像散。
在本发明实施例中,四片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,保证前镜组A的镜片与后镜组B的镜片的入射角大小的均衡性,减小了光学***的像面弯曲。
通过以上镜片组成的光学***,光路总长较短,则镜头的体积小,后焦大,可以与多种不同接口的摄像机配合使用;其中第二弯月负透镜、第三弯月负透镜和第二双凸正透镜为塑胶非球面透镜,像质好,成本低;***设计光圈较大,能保证大视场角的进光量,边缘成像清晰。
由图2可以看出,该光学***在可见光波段的MTF表现良好,在空间频率45pl/mm处,其MTF值大于0.5,在空间频率80pl/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。图3和图4为该光学***的分别在-40℃和+85℃下MTF离焦曲线图。由图中可以看出,该光学***在-40℃时,中心视场的离焦量为-7.2μm,在85℃时,中心视场的离焦量为6.6μm。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。图5是该光学***的光学畸变曲线图,由图中可以看出镜头在最大视场角140°处,光学畸变率控制在-33%以内,边缘成像清晰且不失真。
上述操作流程及软硬件配置,仅作为本发明的较佳实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种后视光学***,其特征在于:沿光线入射方向自左向右依次设置有光焦度为负的前镜组A、光焦度为正的后镜组B及位于前镜组A与后镜组B之间的固定光阑,所述前镜组A包括第一弯月负透镜、第二弯月负透镜和第一双凸正透镜,所述后镜组B包括第三弯月负透镜和第二双凸正透镜。
2.根据权利要求1所述的后视光学***,其特征在于:第三弯月负透镜和第二双凸正透镜组成非球面透镜胶合组。
3.根据权利要求2所述的后视光学***,其特征在于:沿光线入射方向,所述前镜组A与后镜组B之间的空气间隔为0.8mm;前镜组A与固定光阑之间的空气间隔为0.3mm;固定光阑与后镜组B之间的空气间隔为0.5mm。
4.根据权利要求3所述的后视光学***,其特征在于:沿光线入射方向,所述前镜组A中,第一弯月负透镜与第二弯月负透镜之间的空气间隔为0.4mm;第二弯月负透镜和第一双凸正透镜之间的空气间隔为5.5mm。
5.根据权利要求4所述的后视光学***,其特征在于:第一弯月负透镜、第二弯月负透镜为球面透镜,均由玻璃材质制成;第一双凸正透镜、第三弯月负透镜和第二双凸正透镜为非球面透镜,均由塑胶材料制成。
6.根据权利要求5所述的后视光学***,其特征在于:在第二双凸正透镜后端设置有成像面,在第二双凸正透镜与成像面之间设置有平板保护玻璃。
7.根据权利要求6所述的后视光学***,其特征在于:将光学***的总焦距设定为f,将第一弯月负透镜的镜片焦距设定为f1,将第二弯月负透镜的镜片焦距设定为f2,将第一双凸正透镜的镜片焦距设定为f3,将第三弯月负透镜的镜片焦距设定为f4,将第二双凸正透镜的镜片焦距设定为f5,各镜片焦距关系如下:,。
8.根据权利要求7所述的后视光学***,其特征在于:将第一弯月负透镜的折射率设定为Nd1,将第二弯月负透镜的折射率设定为Nd2,将第一双凸正透镜的折射率设定为Nd3,将第三弯月负透镜的折射率设定为Nd4,将第二双凸正透镜的折射率设定为Nd5,各镜片的折射率满足一下关系:Nd1≥1.5;Nd2≥1.5;Nd3≥1.7;Nd4≥1.5;Nd5≥1.5。
9.根据权利要求8所述的后视光学***,其特征在于:将第一弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd1,将第二弯月负透镜的阿贝系数设定为Vd2,将第一双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd3,将第三弯月负透镜阿贝系数设定为Vd4,将第二双凸正透镜的阿贝系数设定为Vd5,各镜片的阿贝系数满足一下关系:Vd1≥45;Vd2≥50;Vd3≤25;Vd4≤25;Vd5≥50。
10.一种后视光学***的工作方法,包括如权利要求9所述的后视光学***,其特征在于:当光线入射时,光路顺序进入前镜组A、固定光阑以及后镜组B后进行成像,当光线经过前镜组A时,前镜组A的第一弯月负透镜具有较大的折射率与光焦度,保证***具有较大视场,第二弯月负透镜采用非球面透镜,负责校正整个光学***的畸变,第一双凸正透镜采用高折射率超高色散的玻璃,用于调整整个光学***的高低温特性;当光线经过后镜组B时,具有中等折射率和超高色散的第三弯月负透镜有效矫正成像***的色差和像散。
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