CN111708157B - 一种鱼眼车载镜头、摄像光学装置及车载照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鱼眼车载镜头、摄像光学装置和车载照相机，其中鱼眼车载镜头包括第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片，第一镜片为负光焦度凸凹球面透镜，第二镜片为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜；第三镜片为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；第四镜片为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；第一镜片为玻璃透镜；第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片沿光线入射方向依次放置，第三镜片和第四镜片间设有光阑，四个镜片的镜面曲率角度均小于60°。本发明成像质量更高、工作性能更加稳定、易实现小型化，使用寿命长、成本低且组装效率及成品合格率高，可实现200°以上的大广角，快速捕捉周边信息增加汽车行驶的安全性。

Description

一种鱼眼车载镜头、摄像光学装置及车载照相机
技术领域
本发明属于光学镜头领域，具体涉及一种鱼眼车载镜头、摄像光学装置及车载照相机。
背景技术
全景环视泊车辅助驾驶***、全景影像停车辅助***、360度鸟瞰全景行车辅助***都离不开鱼眼车载镜头。在汽车周围架设能覆盖车辆周边所有视场范围的四到八个广角摄像头或鱼眼镜头，对同一时刻采集到的多路视频图像处理成一幅车辆周边360度的车身俯视图，最后在中控台的屏幕上显示，让驾驶员清楚查看车辆周边是否存在障碍物并了解障碍物的相对方位与距离，帮助驾驶员轻松停泊车辆。该装置的设置不仅非常直观，而且不存在任何盲点，可辅助驾驶员从容操控车辆泊车入位或通过复杂路面，有效减少刮蹭、碰撞、陷落等事故的发生。
现有技术中采用四枚塑胶非球面镜片的摄影光学***，使用塑胶镜片降低了镜头的耐磨度和耐腐蚀性，不利于提高成像质量和使用寿命，且取入视场角范围仍低于200°，难以实现超大广角化。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中鱼眼车载镜头难以实现大广角化、成像质量低且使用寿命短的问题，提出了一种鱼眼车载镜头、摄像光学装置及车载照相机，通过少数镜片的利用避免降低透光率、通过正负透镜像差的平衡使成像更加清晰且通过正负光焦度分配补偿温度漂移，达到成像质量要求和稳定的工作性能，可实现200°以上大广角信息采集，易实现小型化，使用寿命长、成本低且组装效率及成品合格率高，汽车行驶安全性高。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明提出的一种鱼眼车载镜头，包括第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4：
第一镜片L1，为负光焦度凸凹球面透镜；
第二镜片L2，为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜；
第三镜片L3，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
第四镜片L4，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4沿光线入射方向依次放置；
第一镜片L1为玻璃透镜，满足条件：
1.79<nd<1.84
42<vd<48
50<Fa<75
鱼眼车载镜头，满足条件：
0.29<f2/f1<0.34
0.74<f4/f3<0.86
DFOV≥200°
其中，nd为折射率，vd为阿贝数，Fa为磨耗度，f1为第一镜片L1的焦距值，f2为第二镜片L2的焦距值，f3为第三镜片L3的焦距值，f4为第四镜片L4的焦距值，DFOV为镜头对角斜视场角。
优选地，鱼眼车载镜头还包括光阑，光阑设置在第三镜片L3和第四镜片L4之间。
优选地，第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4的镜面曲率角度均小于60°。
优选地，第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4满足非球面方程：
其中，Z为矢高，c为曲率半径的倒数，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18为非球面高阶系数。
一种摄像光学装置，包括上述任意技术方案所述的鱼眼车载镜头，还包括用于将形成的光学像转换为电信号的摄像元件，鱼眼车载镜头以摄像元件形成被摄对象的光学像进行设置。
一种车载照相机，包括上述的摄像光学装置，并被附加被摄对象的静态或动态图像摄影功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过四个较少镜片的配合避免降低透光率、通过正负透镜像差的平衡使成像质量更加清晰且通过正负光焦度分配补偿温度漂移，达到成像质量要求和稳定的工作性能，可实现200°以上的大广角，易实现小型化，使用寿命长、成本低且组装效率及成品合格率高，汽车行驶安全性高。
附图说明
图1为本发明的透镜结构图；
图2为本发明的实施例一MTF图；
图3为本发明的实施例一像散和畸变图；
图4为本发明的实施例二MTF图；
图5为本发明的实施例二像散和畸变图；
图6为本发明的实施例三MTF图；
图7为本发明的实施例三像散和畸变图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
本申请说明书中所用符号定义如下：nd为折射率；vd为阿贝数；Fa为磨耗度；f1为第一镜片L1的焦距值，单位mm，f2为第二镜片L2的焦距值，单位mm，f3为第三镜片L3的焦距值，单位mm，f4为第四镜片L4的焦距值，单位mm，f为镜头焦距，单位mm；F#为镜头光圈数；TTL为镜头光学总长，单位mm；DFOV为镜头对角斜视场角；由光线入射方向(即由物面至像面方向)依次为各镜片的镜面编号，L1R1为第一镜片L1的第一个面，L1R2为第一镜片L1的第二个面，L2R1为第二镜片L2的第一个面，L2R2为第二镜片L2的第二个面，L3R1为第三镜片L3的第一个面，L3R2为第三镜片L3的第二个面，L4R1为第四镜片L4的第一个面，L4R2为第四镜片L4的第二个面。
实施例1：
如图1-3所示，一种鱼眼车载镜头，包括第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4：
第一镜片L1，为负光焦度凸凹球面透镜；
第二镜片L2，为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜；
第三镜片L3，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
第四镜片L4，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4沿光线入射方向依次放置；
第一镜片L1为玻璃透镜，满足条件：
1.79<nd<1.84
42<vd<48
50<Fa<75
鱼眼车载镜头，满足条件：
0.29<f2/f1<0.34
0.74<f4/f3<0.86
DFOV≥200°
其中，nd为折射率，vd为阿贝数，Fa为磨耗度，f1为第一镜片L1的焦距值，f2为第二镜片L2的焦距值，f3为第三镜片L3的焦距值，f4为第四镜片L4的焦距值，DFOV为镜头对角斜视场角。
其中，光线入射时沿鱼眼车载镜头的四个镜片依次调整光线入射角度，通过少数镜片达到成像质量要求，减少镜片与空气的接触面从而避免透光率降低。第一镜片L1设计成光焦度为负的凸凹镜片，可尽量收纳大角度的光线，扩大视场角，第二镜片L2设计成光焦度为负的凸凹镜片，用于分摊第一镜片L1的光焦度并收敛光线角度，由于第一镜片L1与第二镜片L2是负焦距镜片，第三镜片L3与第四镜片L4设计为两枚正焦距镜片，正负透镜的像差得到优化平衡使成像质量更加清晰，且不同温度下正负透镜的焦点漂移量不同，通过正负光焦度分配及光学设计计算光焦度将温度漂移补偿实现无热化设计，使镜头工作性能更加稳定。非球面镜片的镜面弧度是按照最理想的对焦点计算设计出来，从透镜中心到周边曲率作连续变化，它可以减少镜头的重量和长度，提高镜头成像质量。
其中，第一镜片L1采用球面玻璃透镜，且满足条件1.79<nd<1.84，42<vd<48，50<Fa<75，在视场角度相同的情况下，球面玻璃透镜的高折射率可以缩小镜片尺寸，其折射率性能优于塑胶材料且耐磨性好，如磨耗度在65左右的球面玻璃透镜，可以长时间频繁承受洗车机刷子的刮擦而不影响画面清晰度且温差也不宜使其模糊，产品使用寿命提高，球面镜片设计有助于收纳大广角场景的同时降低开模成本。
其中，第一镜片L1和第二镜片L2在满足条件0.29<f2/f1<0.34的情况下可以更好的分摊第一镜片L1的光焦度并收敛光线角度，减小后面镜片的直径尺寸，而镜片尺寸小，则有利于降低价格成本和镜头重量，更易实现小型化。
其中，由于第一镜片L1与第二镜片L2是负焦距镜片，第三镜片L3与第四镜片L4是两枚正焦距镜片，正负透镜的像差要优化平衡，在满足条件0.74<f4/f3<0.86的情况下，可以有效平衡第一镜片L1与第二镜片L2的像差且光线走向更加平滑顺畅，没有大的拐折点，增大加工和组装公差容忍度，提高组装效率及成品合格率。
其中，200°及其以上大视场角用高折射率镜片可以减小镜片尺寸，进而能使镜头整体尺寸变小，价格成本和镜头重量降低。通过增大视场角，可更加快速、大量捕捉周围环境信息，辅助驾驶人员及时反应、安全驾驶，降低事故发生概率。
本实施例中，鱼眼车载镜头还包括光阑，光阑设置在第三镜片L3和第四镜片L4之间。
其中，光阑设置在第三镜片L3和第四镜片L4之间，用于限制光束或限制成像范围大小。光阑还可设置于其它任意相邻镜片之间。
本实施例中，第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4的镜面曲率角度均小于60°。
其中，第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4的镜面曲率角度均小于60°，有利于镜片加工。在不考虑加工难度及加工成本时，各镜片曲率角度还可为任意角度设置。
本实施例中，第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4满足非球面方程：
其中，Z为矢高，c为曲率半径的倒数，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18为非球面高阶系数。
进一步地，本实施例中各镜面的数据表格如下：
其中，R为曲率半径，单位mm；D为面间隔，单位mm；nd为折射率；vd为阿贝数。
本实施例中各镜面的圆锥二次曲线系数k、非球面高阶系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18如下表格所示：
本实施例中镜头相关参数如下表：
f F# TTL DFOV f1 f2 f3 f4 f2/f1 f4/f3
0.76 2.0 13.3 200° -5.3855 -1.6824 2.22 1.91 0.31 0.86
上述数据说明，四枚镜片可达到200°的鱼眼视场，镜头总长可以控制在13.3mm内，光圈2.0，解析MTF在80lp/mm线对时，可达0.4以上。视场角更大、成像质量高且更易实现小型化，能够更加快速采集周边环境信息，提高汽车行驶时的安全性。
实施例2：
如图4-5所示，本实施例基于实施例1中鱼眼车载镜头的设计，区别在于：
本实施例中各镜面的数据表格如下：
其中，R为曲率半径，单位mm；D为面间隔，单位mm；nd为折射率；vd为阿贝数。
本实施例中各镜面的圆锥二次曲线系数k、非球面高阶系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18如下表格所示：
L2R1 L2R2 L3R1 L3R2 L4R1 L4R2
k -17.263 -0.97 -0.56 -317 -31.7 -2.34
A4 -5.33E-03 -5.36E-03 1.89E-02 -3.56E-02 2.83E-02 -4.41E-02
A6 4.14E-04 -4.07E-02 -1.83E-02 2.67E-02 2.19E-04 1.71E-02
A8 -1.77E-05 1.56E-02 3.04E-03 8.09E-04 -7.54E-03 8.99E-06
A10 -6.4134E-07 -2.36E-03 1.19E-04 -9.10E-03 -5.20E-02 -2.22E-03
A12 9.09568E-08 1.44E-06 -5.19E-05 4.55E-03 9.49E-02 8.53E-04
A14 -1.1689E-08 1.49E-05 -1.63E-05 -8.68E-04 -5.78E-02 -2.87E-04
A16 2.1947E-09 3.93E-06 2.78E-06 4.61E-05 1.22E-02 6.34E-05
A18 2.41587E-11 2.87E-07
本实施例中镜头相关参数如下表：
f F# TTL DFOV f1 f2 f3 f4 f2/f1 f4/f3
0.72 2.0 13.3 200° -5.76 -1.72 2.3 1.8 0.298 0.782
上述数据说明，四枚镜片可达到200°的鱼眼视场，镜头总长可以控制在13.3mm内，光圈2.0，解析MTF在80lp/mm线对时，可达0.4以上。视场角更大、成像质量高且更易实现小型化，能够更加快速采集周边环境信息，提高汽车行驶时的安全性。
实施例3：
如图6-7所示，本实施例基于实施例1中鱼眼车载镜头的设计，区别在于：
本实施例中各镜面的数据表格如下：
其中，R为曲率半径，单位mm；D为面间隔，单位mm；nd为折射率；vd为阿贝数。
本实施例中各镜面的圆锥二次曲线系数k、非球面高阶系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18如下表格所示：
L2R1 L2R2 L3R1 L3R2 L4R1 L4R2
k -17.263 -0.97 -0.56 -317 -31.7 -2.34
A4 -5.33E-03 -5.36E-03 1.89E-02 -3.56E-02 -9.10E-03 -7.30E-02
A6 4.14E-04 -4.07E-02 -1.83E-02 2.67E-02 1.78E-02 2.68E-02
A8 -1.77E-05 1.56E-02 3.04E-03 8.09E-04 -4.19E-03 -4.34E-03
A10 -6.4134E-07 -2.36E-03 1.19E-04 -9.10E-03 -5.55E-02 -7.78E-04
A12 9.09568E-08 1.44E-06 -5.19E-05 4.55E-03 9.39E-02 7.06E-04
A14 -1.1689E-08 1.49E-05 -1.63E-05 -8.68E-04 -5.75E-02 7.06E-04
A16 2.1947E-09 3.93E-06 2.78E-06 4.61E-05 1.25E-02 8.35E-05
A18 2.41587E-11 2.87E-07
本实施例中镜头相关参数如下表：
f F# TTL DFOV f1 f2 f3 f4 f2/f1 f4/f3
0.72 2.0 13.3 200° -5.67255 -1.9152 2.32 1.722 0.337 0.742
上述数据说明，四枚镜片可达到200°的鱼眼视场，镜头总长可以控制在13.3mm内，光圈2.0，解析MTF在80lp/mm线对时，可达0.4以上。视场角更大、成像质量高且更易实现小型化，能够更加快速采集周边环境信息，提高汽车行驶时的安全性。
实施例4：
本实施例提供一种摄像光学装置，该摄像光学装置包括基于上述各实施例的鱼眼车载镜头，还包括用于将形成的光学像转换为电信号的摄像元件，鱼眼车载镜头以摄像元件形成被摄对象的光学像进行设置。
实施例5：
本实施例提供一种车载照相机，该车载照相机基于实施例4的摄像光学装置实现，并被附加被摄对象的静态或动态图像摄影功能。该装置可进行摄影或图像再现，利用摄像元件转换的电信号进行图像显示，以便进行被摄对象的信息采集。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种鱼眼车载镜头，包括第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3和第四镜片L4，其特征在于：
所述第一镜片L1，为负光焦度凸凹球面透镜；
所述第二镜片L2，为负光焦度凸凹塑胶非球面透镜；
所述第三镜片L3，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
所述第四镜片L4，为正光焦度双凸塑胶非球面透镜；
所述第一镜片L1、所述第二镜片L2、所述第三镜片L3和所述第四镜片L4沿光线入射方向依次放置；
所述第一镜片L1为玻璃透镜，满足条件：
1.79<nd<1.84
42<vd<48
50<Fa<75
所述鱼眼车载镜头，满足条件：
0.29<f2/f1<0.34
0.74<f4/f3<0.86
DFOV≥200°
其中，nd为折射率，vd为阿贝数，Fa为磨耗度，f1为所述第一镜片L1的焦距值，f2为所述第二镜片L2的焦距值，f3为所述第三镜片L3的焦距值，f4为所述第四镜片L4的焦距值，DFOV为镜头对角斜视场角；
所述鱼眼车载镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第三镜片L3和所述第四镜片L4之间；
所述第一镜片L1、所述第二镜片L2、所述第三镜片L3和所述第四镜片L4的镜面曲率角度均小于60°。
2.如权利要求1所述的鱼眼车载镜头，其特征在于：所述第二镜片L2、所述第三镜片L3和所述第四镜片L4满足非球面方程：
其中，Z为矢高，c为曲率半径的倒数，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18为非球面高阶系数。
3.一种摄像光学装置，其特征在于：包括如权利要求1至2中任一所述的鱼眼车载镜头，还包括用于将形成的光学像转换为电信号的摄像元件，所述鱼眼车载镜头以所述摄像元件形成被摄对象的光学像进行设置。
4.一种车载照相机，其特征在于：包括如权利要求3所述的摄像光学装置，并被附加所述被摄对象的静态或动态图像摄影功能。
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