CN112788204A - 透镜组、摄像模块以及成像*** - Google Patents

透镜组、摄像模块以及成像*** Download PDF

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Abstract

本申请公开了透镜组、摄像模块以及成像***。根据示例性实施方式的透镜组用于与图像传感器耦接，并且穿过透镜组的来自外部的光在图像传感器上形成影像，其中，透镜组包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，从而使在图像传感器上形成的影像具有第一成像区和第二成像区，第一成像区和第二成像区具有彼此不同的缩放倍率。根据示例性实施方式的摄像模块包括如上所述的透镜组。成像***包括具有透镜组的摄像模块以及显示模块。

Description

透镜组、摄像模块以及成像***
技术领域
本申请涉及光学镜头领域，更具体地，涉及适用于车辆后视镜头的摄像模块以及包括该摄像模块的车辆成像***。
背景技术
目前，随着辅助驾驶技术的日趋成熟，用于辅助泊车等的车辆辅助驾驶功能开始普及。为了获取车辆周围的路况、行人等信息，需要使用诸如后视镜头、环视镜头等的光学镜头来捕获一定范围内的地面及地面上的物体的图像信息。特别地，泊车辅助功能需要着重关注稍远处的物体或行人的情况，以免发生不期望的碰撞。因此，芯片上的对应成像部分的图像清晰度和缩放比例是很重要的。
然而，传统的光学透镜在成像时具有近大远小的特点。而车载后视镜头通常倾斜向下安装，如图1示意性示出了车载后视镜头的应用场景。将传统的光学透镜应用于泊车辅助功能的后视镜头中，会使得所捕获的图像具有这样的特征：靠近车辆的地面会被放大，占据成像面上的很大一部分区域，而稍远处的物体或行人则会被压缩。这样的图像极不利于驾驶人对稍远处的物体或行人进行有效识别。
但是，传统的光学透镜的镜面具有旋转对称的结构，其理想状态下的像高角度曲线如图2所示，可见成像面是对称的。此外，图3示意性示出了应用旋转对称透镜的镜头的理想成像区域的示意图。不难看出，使用传统光学透镜的镜头，其在成像面所成的像具有对称属性，因此并不具备对上述情况的校正能力。
针对上述情况，有必要开发一种可以对视野进行针对性放大或压缩的后视镜头，以提高驾驶人对稍远处的物体或行人的有效识别，进而避免在泊车过程中发生不期望的碰撞。
发明内容
本申请提供的技术方案至少部分地解决了以上所述的技术问题。
根据本申请的一个方面提供了一种用于车辆辅助驾驶的成像***，所述成像***包括具有一个或多个透镜的摄像模块和显示模块，其中，所述摄像模块还包括图像传感器，用于接收穿过所述一个或多个透镜的来自外部的光，所述光在所述图像传感器上形成影像，所述图像传感器配置成将所述影像转换成电信号，以及其中，所述显示模块从所述图像传感器接收所述电信号，并基于所述电信号显示图像。其中，所述一个或多个透镜包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，从而使在所述图像传感器上形成的所述影像具有第一成像区和第二成像区，所述第一成像区和所述第二成像区具有彼此不同的缩放倍率。
在一个示例性实施方式中，所述自由曲面透镜在与其光轴垂直的第一方向上对称，并在与所述光轴和所述第一方向垂直的第二方向上不对称。
在一个示例性实施方式中，所述自由曲面透镜的光学系数被选择为使得在所述第一成像区中的像被放大，并且在所述第二成像区中的像被缩小。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区的面积大于所述第二成像区的面积。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区的面积小于所述第二成像区的面积。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区的面积与所述第二成像区的面积相等。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区和所述第二成像区在与所述一个或多个透镜的光轴垂直的第一方向上分布。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区和第二放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区，其中，所述第一放大区、所述第一缩小区和所述第二放大区在与所述一个或多个透镜的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区和第二缩小区，其中，所述第一缩小区、所述第一放大区和所述第二缩小区在与所述一个或多个透镜的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区和第二放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区和第二缩小区，其中，所述第一放大区、所述第一缩小区、所述第二放大区和所述第二缩小区在与所述一个或多个透镜的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括至少两个放大区，以及所述第二成像区包括至少两个缩小区，其中，所述至少两个放大区和所述至少两个第二缩小区在与所述一个或多个透镜的光轴垂直的第一方向上交替排列，使得至少两个放大区中的任意两个放大区不相邻且所述至少两个缩小区中的任意两个缩小区不相邻。
在一个示例性实施方式中，所述摄像模块的角分辨率满足：(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99，其中，角分辨率max是所述摄像模块的最大角分辨率，角分辨率min是所述摄像模块的最小角分辨率。
在一个示例性实施方式中，所述成像***还包括控制模块，所述控制模块与所述图像传感器联接，并配置成基于所述影像对目标物体进行识别，在判定所属车辆与识别的目标物体存在碰撞危险时，向所述显示模块发送警报指令。
根据本申请的另一个方面提供了一种透镜组，用于与图像传感器耦接，并且穿过所述透镜组的来自外部的光在所述图像传感器上形成影像，其中，所述透镜组包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，从而使在所述图像传感器上形成的所述影像具有第一成像区和第二成像区，所述第一成像区和所述第二成像区具有彼此不同的缩放倍率。
在一个示例性实施方式中，所述自由曲面透镜在与其光轴垂直的第一方向上对称，并在与所述光轴和所述第一方向垂直的第二方向上不对称。
在一个示例性实施方式中，所述自由曲面透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
在一个示例性实施方式中，所述自由曲面透镜的光学系数被选择为使得在所述第一成像区中的像被放大，并且在所述第二成像区中的像被缩小。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区的面积大于所述第二成像区的面积。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区和所述第二成像区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上分布。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区和第二放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区，其中，所述第一放大区、所述第一缩小区和所述第二放大区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区和第二缩小区，其中，所述第一缩小区、所述第一放大区和所述第二缩小区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括第一放大区和第二放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区和第二缩小区，其中，所述第一放大区、所述第一缩小区、所述第二放大区和所述第二缩小区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在一个示例性实施方式中，所述第一成像区包括至少两个放大区，以及所述第二成像区包括至少两个缩小区，其中，所述至少两个放大区和所述至少两个第二缩小区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上交替排列，使得至少两个放大区中的任意两个放大区不相邻且所述至少两个缩小区中的任意两个缩小区不相邻。
在一个示例性实施方式中，所述透镜组包括至少五个透镜，所述至少五个透镜中最靠近被摄物的透镜为具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。
在一个示例性实施方式中，所述透镜组具有至少一个胶合透镜。
根据本申请的另一个方面提供了一种摄像模块，其包括如上所述的透镜组。
在一个示例性实施方式中，所述摄像模块的角分辨率满足：(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99，其中，角分辨率max是所述摄像模块的最大角分辨率，角分辨率min是所述摄像模块的最小角分辨率。
本申请利用具有非旋转对称镜面的自由曲面镜片，通过调整自由曲面镜片的具体结构来调整成像面上下半区的像高角度曲线，进而实现对不同区域的物体的放大或缩小。将包括非旋转对称镜面的自由曲面镜片的摄像模块应用于车辆辅助驾驶的成像***中，可以选择性地放大特定区域(例如，稍远处的物体或行人)，并压缩其他特定区域(例如，靠近车辆的地面)，从而可以有效地提高驾驶人对稍远处的物体或行人的有效识别、提高***识别的可靠性，进而避免在泊车过程中发生不期望的碰撞。
附图说明
通过阅读参照附图所做出的以下详细描述，本申请的其它特征、目的和有益效果会更明显。不同附图中的相同或相似的元件用相同的附图标记来表示。在附图中：
图1示意性示出了车载后视镜头的应用场景。
图2示意性示出了使用传统光学透镜的摄像模块的像高角度曲线。
图3示意性示出了使用传统光学透镜的摄像模块的理想的成像区域的示意图。
图4示意性示出了根据本申请的成像***的框图。图5A示意性示出了根据示例性实施方式的摄像模块的像高角度曲线图。
图5B示出了根据示例性实施方式的摄像模块的成像区域示意图。图6A示意性示出了使用理想的线性分布镜头的成像效果图。
图6B示意性示出了使用根据本申请的一个实施方式的摄像模块的成像效果图。
图7A示意性示出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的像高角度曲线图。
图7B示出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的成像区域示意图。
图8A示意性示出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的像高角度曲线图。
图8B示出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的成像区域示意图。
图9A示意性示出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的像高角度曲线图。
图9B出了根据另一示例性实施方式的摄像模块的成像区域示意图。
图10A和图10B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的根据实施方式的透镜组的结构图。
图11示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图10A和图10B的透镜组的摄像模块的像高角度曲线图。
图12示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图10A和图10B的透镜组的摄像模块的角分辨率曲线图。
图13A和图13B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的根据另一实施方式的透镜组的结构图。
图14示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图13A和图13B的透镜组的摄像模块的像高角度曲线图。
图15示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图13A和图13B的透镜组的摄像模块的角分辨率曲线图。
图16A和图16B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的根据另一实施方式的透镜组的结构图。
图17示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图16A和图16B的透镜组的摄像模块的像高角度曲线图。
图18示意性示出了理想的线性分布镜头和包括图16A和图16B的透镜组的摄像模块的角分辨率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
应理解的是，在本申请中，当元件或层被描述为在另一元件或层“上”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、直接连接至或联接至另一元件或层，或者可存在介于中间的元件或层。当元件称为“直接位于”另一元件或层“上”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，不存在介于中间的元件或层。在说明书全文中，相同的标号指代相同的元件。如本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一成像区也可被称作第二成像区，类似地，第二成像区也可被称作第一成像区。
诸如“在...之下”、“在...下方”、“下”、“在...之上”、“上”等空间相对用语可在本文中为了描述便利而使用，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一个元件(另外多个元件)或另一个特征(另外多个特征)的关系。应理解的是，除了附图中描绘的方向之外，空间相对用语还意在涵盖装置在使用中或操作中的不同的方向。例如，如果附图中的装置翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性用语“在...下方”可包含在...之上和在...下方两个方向。
本文中使用的用辞仅用于描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本申请。如在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，用语“包括”、“包括有”不排除存在或添加一个或多个其它特征、步骤、元件、部件和/或它们的组合。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以下将参考附图详细描述根据本申请的具体实施方式。
图4示意性示出了根据本申请的成像***10的框图。
参考图4，成像***10可包括摄像模块100和显示模块200。摄像模块100用于捕获被摄物体(例如，车辆后方的行人或物体)的影像。摄像模块100可包括透镜组110，透镜组110具有一个或多个透镜。透镜组110可包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。例如，透镜组110中最靠近物侧的透镜可以是具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。自由曲面透镜的非旋转对称镜面可设置成在与其光轴垂直的第一方向上对称，并在与光轴和第一方向垂直的第二方向上不对称，但本申请不限于此。在可选地实施方式中，自由曲面透镜的非旋转对称镜面也可设置成在与其光轴垂直的第一方向上和在与光轴和第一方向垂直的第二方向上均不对称。
在示例性实施方式中，成像***10可以是用于辅助倒车的后视***，摄像模块100可以是用于捕获车辆后方影像的后视镜头。
在示例性实施方式中，透镜组110可包括七个透镜，该七个透镜中的至少一个透镜可以是具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，但本申请不限于此。例如，透镜组110可包括任意数量的透镜，如五个或六个，通过合理设置各透镜的光学参数，使得透镜组110能够实现对特定区域的有效放大或缩小(相比于理想的线性分布镜头的成像效果而言)，进而能够提高成像***10的识别可靠性，均包括在本申请的范围中。
摄像模块100还可包括图像传感器120，图像传感器120用于接收穿过透镜组110入射的光，经由透镜组110入射的光在图像传感器上形成影像，影像可以被图像传感器120转换成电信号。
由于透镜组110具有自由曲面透镜，从而使得图像传感器120上形成第一成像区和第二成像区，其中，在第一成像区中的影像和在第二成像区中的影像可具有彼此不同的缩放倍率。在示例性实施方式中，自由曲面透镜的光学系数被选择为使得在第一成像区中的像被放大，而在第二成像区中的像被缩小。在应用中，第一成像区可对应于稍远处的物体或行人的影像，而第二成像区可对应于靠近车辆的地面的影像。这样的设置可以有效地提高***识别的可靠性，提高驾驶员对于稍远处的物体或行人的有效识别，从而避免碰撞。
在一些实施方式中，第一成像区的面积可大于第二成像区的面积。在另一些实施方式中，第一成像区的面积也可小于或等于第二成像区的面积。第一成像区的面积和第二成像区的面积可根据具体应用情况，通过调节自由曲面透镜的光学系数而来进行设置。
显示模块200可以与摄像模块100的图像传感器120联接，用于从图像传感器120接收电信号，并基于所接收的电信号显示图像。显示模块200可包括用于向用户显示图像的显示屏，显示屏可例如是液晶显示屏、电泳显示屏和电润湿显示屏等，但本申请不限于此。
在一些示例性实施方式中，成像***10还可包括控制模块300，控制模块300可以与图像传感器120和显示模块200联接。控制模块300可基于图像传感器120所接收的影像对被摄物体进行识别，在判定所属车辆与识别的被摄物体存在碰撞危险时，控制模块300可以向显示模块200发送警报指令。可选地，控制模块300可以与显示模块200集成在一起。
摄像模块
下面将参考附图进一步描述可适用于上述实施方式的摄像模块的具体实施例。
实施例1
以下参考图5A至图6B描述根据本申请实施例1的摄像模块100。
摄像模块100可包括透镜组110，透镜组110具有一个或多个透镜。透镜组110可包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。通过调整自由曲面透镜的结构和光学参数，使得摄像模块100具有如图5A所示的像高角度曲线。
摄像模块100的成像区域如图5B所示。成像区域被划分为成像区Ⅰ和成像区Ⅱ。成像区Ⅰ和成像区Ⅱ在与透镜组110的光轴垂直的第一方向上顺序分布。在成像区Ⅰ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小；而在成像区Ⅱ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大。
在本实施例中，摄像模块100可实现对一个区域(成像区Ⅱ)的放大，同时对另一个区域进行压缩(成像区Ⅰ)。
实施例1的摄像模块100的角分辨率可满足：
(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99。
其中，角分辨率是指成像***或***的一个部件的分辨能力，即，成像***或***元件能有差别地区分开两相邻物体最小间距的能力。角分辨率是像高角度的导数与像素尺寸的乘积，即：
Figure BDA0002265667150000091
图6A示意性示出了使用理想的线性分布镜头的成像效果图。图6B示意性示出了使用实施例1的摄像模块的成像效果图。
参考图6A和图6B，理想的线性分布镜头在成像时具有近大远小的特点，对成像区域不具备针对性的放大或缩小。与使用线性分布镜头所获得的图像相比，使用自由曲面方案的摄像模块所获得的图像可以实现对例如区域A的针对性放大。因此，根据本申请的摄像模块可以提高特定区域的放大率。当将根据本申请的摄像模块应用于泊车辅助等功能中时，可以提高例如稍远处的物体或行人的放大率，从而提高***的识别可靠性。
实施例2
以下参照图7A和图7B描述根据本申请实施例2的摄像模块100。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。
摄像模块100可包括透镜组110，透镜组110具有一个或多个透镜。透镜组110可包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。通过调整自由曲面透镜的结构和光学参数，使得摄像模块100具有如图7A所示的像高角度曲线。
摄像模块100的成像区域如图7B所示。成像区域被划分为成像区Ⅰ、成像区Ⅱ和成像区Ⅲ。在成像区Ⅰ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小；在成像区Ⅱ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大；而在成像区Ⅲ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小。成像区Ⅰ、成像区Ⅱ和成像区Ⅲ在与透镜组110的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在本实施例中，摄像模块100可实现对一个区域(成像区Ⅱ)的放大，同时对两个区域(成像区Ⅰ和成像区Ⅲ)进行压缩。
摄像模块100的角分辨率可满足：
(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99。
实施例3
以下参考图8A和图8B描述根据本申请实施例3的摄像模块100。
摄像模块100可包括透镜组110，透镜组110具有一个或多个透镜。透镜组110可包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。通过调整自由曲面透镜的结构和光学参数，使得摄像模块100具有如图8A所示的像高角度曲线。
摄像模块100的成像区域如图8B所示。成像区域被划分为成像区Ⅰ、成像区Ⅱ和成像区Ⅲ。在成像区Ⅰ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大；在成像区Ⅱ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小；而在成像区Ⅲ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大。成像区Ⅰ、成像区Ⅱ和成像区Ⅲ在与透镜组110的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在本实施例中，摄像模块100可实现对两个区域(成像区Ⅰ和成像区Ⅲ)的放大，同时对一个区域(成像区Ⅱ)进行压缩。
摄像模块100的角分辨率可满足：
(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99。
实施例4
以下参考图9A和图9B描述根据本申请实施例4的摄像模块100。
摄像模块100可包括透镜组110，透镜组110具有一个或多个透镜。透镜组110可包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。通过调整自由曲面透镜的结构和光学参数，使得摄像模块100具有如图9A所示的像高角度曲线。
摄像模块100的成像区域如图9B所示。成像区域被划分为成像区Ⅰ、成像区Ⅱ、成像区Ⅲ和成像区Ⅳ。在成像区Ⅰ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大；在成像区Ⅱ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小；在成像区Ⅲ中，像高角度曲线斜率增加，像被放大；而在成像区Ⅳ中，像高角度曲线斜率降低，像被缩小。成像区Ⅰ、成像区Ⅱ、成像区Ⅲ和成像区Ⅳ在与透镜组110的光轴垂直的第一方向上依序排列。
在本实施例中，摄像模块100可实现对两个区域(成像区Ⅰ和成像区Ⅲ)的放大，同时对一个区域(成像区Ⅱ和成像区Ⅳ)进行压缩。
摄像模块100的角分辨率可满足：
(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99。
需注意，放大区和缩小区的设置并不仅限于以上各实施例。在一些可选地实施方式中，第一成像区可包括至少两个放大区，并且第二成像区可包括至少两个缩小区。至少两个放大区和至少两个第二缩小区在与透镜组的光轴垂直的第一方向上交替排列，使得至少两个放大区中的任意两个放大区不相邻且至少两个缩小区中的任意两个缩小区不相邻。
透镜组
下面将参考附图进一步描述可适用于上述实施方式的透镜组的具体实施例。应理解，通过合理设置具有非旋转对称镜面的自由曲面镜片的光学参数并适应性调整其他透镜的光学参数，装配有以下实施例5至7中的任一实施例所描述的透镜组的摄像模块可表现出以上实施例1至4中任一实施例所描述的成像效果。
实施例5
以下参考图10A至图12描述根据本申请实施例5的透镜组110-1。图10A和图10B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的实施例5的透镜组110-1的结构图。其中，图10A示出了在与由透镜组110-1的光轴(Z轴)和第一轴(X轴)限定的平面垂直的第一方向上观察的透镜组110-1的结构图；图10B示出了在与由光轴(Z轴)和第二轴(Y轴)限定的平面垂直的第二方向上观察的透镜组110-1的结构图。第一轴(X轴)方向、光轴(Z轴)方向以及第二轴(Y轴)方向两两垂直。
参考图10A和图10B，透镜组110-1可包括七个透镜，分别是沿光轴(Z轴)依序布置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7。可选地，透镜组110-1还可包括设置在第四透镜L4与第五透镜L5之间的光阑STO。光阑STO可用于限制光线，以提高光学***的成像清晰度。
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第三透镜L3的物侧面为凹面，像侧面为凸面。第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第五透镜L5的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第六透镜L6的物侧面为凹面，像侧面为凹面。第七透镜L7的物侧面为凸面，像侧面为凸面。可选地，第五透镜L5和第六透镜L6可以形成胶合透镜。
表1示出了实施例5的透镜组110-1的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面编号 曲率半径 厚度/距离 折射率Nd 阿贝数Vd
1 12.4126 0.900216 1.77 49.61
2 4.105061 2.19839
3 7.391853 0.591153 1.51 54.57
4 2.290188 2.505745
5 -3.32184 1.880377 1.59 61.12
6 -31.2268 0.178553
7 5.068945 2.478768 1.74 49.36
8 -18.7405 -0.0235
STO 无穷大 0.142695
10 3.338292 2.439261 1.50 81.59
11 -2.13279 0.619512 1.78 25.72
12 8.152591 0.242686
13 4.973172 1.601856 1.59 61.12
14 -5.1805 0.1
表1
透镜组110-1的总焦距EFL＝1.78mm，透镜组110-1的最大视场角FOV＝97.5°，从第一透镜L1的物侧面的中心到成像面(未示出)在光轴上的距离TTL＝18.31mm，成像面上的像高H＝2.88mm。
在本实施例中，第一透镜L1可以是具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。第一透镜L1可以设置成在第一轴(X轴)方向上对称，并在第二轴(Y轴)方向上不对称。
其中，非旋转对称镜面的面型可使用但不限于以下公式进行限定：
Figure BDA0002265667150000131
其中，Z为自由曲面沿光轴方向在高度为r的位置时，距自由曲面顶点的距离矢高；c为自由曲面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数conic；Ei为XnYm，Ai为XnYm对应的数值。下表2示出了可用于实施例5中的各非旋转对称镜面的高次项系数。
面编号 X<sup>0</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>3</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>3</sup>
1 0.026138 -0.00761 -0.00219 4.6254E-05 0.000394778
2 -0.09147 -0.0088 0.006357 -0.00085481 -0.000549442
面编号 X<sup>0</sup>Y<sup>5</sup> X<sup>6</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>3</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>5</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>7</sup>
1 2.71078E-05 1.22402E-06 -1.53618E-06 -5.73824E-06 4.88177E-07
2 -0.001392029 -1.30E-05 2.59E-05 1.58E-05 4.82E-05
表2
在本实施例中，第三透镜L3、第四透镜L4以及第七透镜L7可以是具有旋转对称镜面的非球面透镜。各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002265667150000132
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径的倒数)；k为圆锥系数conic；A、B、C、D、E均为高次项系数。下表3示出了可用于实施例5中的各非球面透镜表面的圆锥系数K以及各高次项系数A、B、C、D和E。
Figure BDA0002265667150000133
Figure BDA0002265667150000141
表3
在透镜组110-1中应用自由曲面透镜(如，第一透镜L1)，通过合理调整自由曲面的结构和光学系数，可以对特定的成像区域进行放大或缩小(相比于理想的线性分布镜头的成像效果而言)，并可以有效地提高特定区域的成像清晰度。
图11示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例5的透镜组110-1的摄像模块的像高角度曲线图。图12示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例5的透镜组110-1的摄像模块的角分辨率曲线图。
参考图11，理想的线性分布镜头具有斜率恒定不变的像高角度曲线。使用线性分布镜头在成像时具有近大远小的特点，对成像区域不具备针对性的放大或缩小。相比与线性分布镜头，包括实施例5的透镜组110-1的摄像模块在成像区Ⅰ中斜率降低，使得成像区Ⅰ中的像被压缩，并且在成像区Ⅱ中斜率增加，使得成像区Ⅱ中的像被放大。
参考图12，理想的线性分布镜头具有关于纵轴对称的、恒定的角分辨率。相比与线性分布镜头，包括实施例5的透镜组110-1的摄像模块的角分辨率不关于纵轴对称，其角分辨率最大值(角分辨率max)为11.996，角分辨率最小值(角分辨率min)为8.081，满足(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max＝0.327。
实施例6
以下参考图13A至图15描述根据本申请实施例6的透镜组110-2。图13A和图13B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的实施例6的透镜组110-2的结构图。其中，图13A示出了在与由透镜组110-2的光轴(Z轴)和第一轴(X轴)限定的平面垂直的第一方向上观察的透镜组110-2的结构图；图13B示出了在与由光轴(Z轴)和第二轴(Y轴)限定的平面垂直的第二方向上观察的透镜组110-2的结构图。第一轴(X轴)方向、光轴(Z轴)方向以及第二轴(Y轴)方向两两垂直。
参考图13A和图13B，透镜组110-2可包括六个透镜，分别是沿光轴(Z轴)依序布置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6。可选地，透镜组110-2还可包括设置在第三透镜L3与第四透镜L4之间的光阑STO(未示出)。光阑STO可用于限制光线，以提高光学***的成像清晰度。
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜L2的物侧面为凹面，像侧面为凹面。第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凹面。第六透镜L6的物侧面为凸面，像侧面为凸面。可选地，第四透镜L4和第五透镜L5可以形成胶合透镜。
表4示出了实施例6的透镜组110-2的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面编号 曲率半径 厚度/距离 折射率Nd 阿贝数Vd
1 16.09987 1.002159 1.77 49.6
2 4.424192 4.166034
3 -69.6696 0.891153 1.51 57.0
4 1.703737 1.768486
5 4.715727 4.250079 1.90 31.3
6 -52.1502 0.541539
STO 无穷大 -0.17514
8 3.145302 1.489979 1.54 56.1
9 -3.375 0.6 1.64 23.5
10 4.841975 0.220777
11 3.217852 1.879284 1.54 56.1
12 -4.4953 0.1
表4
透镜组110-2的总焦距EFL＝1.96mm，透镜组110-1的最大视场角FOV＝195°，从第一透镜L1的物侧面的中心到成像面(未示出)在光轴上的距离TTL＝19.43mm，成像面上的像高H＝2.88mm。
在本实施例中，第一透镜L1可以是具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。第一透镜L1可以设置成在第一轴(X轴)方向上对称，并在第二轴(Y轴)方向上不对称。各非旋转对称镜面的面型可使用但不限于实施例5中的公式(1)进行限定。下表5示出了可用于实施例6中的各非旋转对称镜面的圆锥系数K以及高次项系数。
面编号 K X<sup>1</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>2</sup> X<sup>3</sup>Y<sup>0</sup>
1 0.147384924 0.080691 -0.010555107 -0.003080755 -0.004554506
2 -0.217068251 0.075741 -0.053730419 -0.04514053 -0.004523278
Figure BDA0002265667150000151
Figure BDA0002265667150000161
面编号 X<sup>3</sup>Y<sup>2</sup> X<sup>1</sup>Y<sup>4</sup> X<sup>6</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>2</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>4</sup>
1 3.05598E-05 4.78E-05 -3.14681E-06 -4.24738E-05 -9.88839E-06
2 -0.000154398 0.00011 -4.49965E-05 -0.000415324 -0.000190816
面编号 X<sup>0</sup>Y<sup>6</sup> X<sup>7</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>5</sup>Y<sup>2</sup> X<sup>3</sup>Y<sup>4</sup> X<sup>1</sup>Y<sup>6</sup>
1 -3.55559E-08 -1.8E-07 -5.46698E-07 -2.78013E-07 -2.49225E-07
2 1.42465E-05 -4.8E-06 -9.38305E-06 -2.19038E-05 -1.18365E-05
表5
在本实施例中，第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6可以是具有旋转对称镜面的非球面透镜。各非球面透镜的面型可使用但不限于实施例5中的公式(2)进行限定。下表6示出了可用于实施例6中的各非球面透镜表面的圆锥系数K以及各高次项系数A、B、C、D和E。
面编号 K A B C D E
3 121.1177244 -0.00705 0.000807354 -5.99283E-05 2.62578E-06 -4.81093E-08
4 -1.021798351 -0.00952 0.000904664 7.93159E-07 -4.14268E-06 8.19792E-07
8 -1.402315416 0.006195 -0.000689279 0.001168004 -0.000267341 -3.71957E-05
9 -45.74140153 -0.34365 0.178736846 -0.083647103 0.018881497 -0.001011533
10 -37.53947404 -0.01396 0.014915853 -0.00343264 0.000428026 5.54877E-06
11 -13.85333837 -0.01133 0.001592146 -6.57732E-05 0.000212803 -3.0785E-05
12 0.742919327 0.004226 -0.000685825 0.000431752 -6.8974E-05 1.30483E-05
表6
在透镜组110-2中应用自由曲面透镜(如，第一透镜L1)，通过合理调整自由曲面的结构和光学系数，可以实现对特定的成像区域进行放大或缩小，并可以有效地提高特定区域的成像清晰度。
图14示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例6的透镜组110-2的摄像模块的像高角度曲线图。图15示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例6的透镜组110-2的摄像模块的角分辨率曲线图。
参考图14，理想的线性分布镜头具有斜率恒定不变的像高角度曲线。相比与线性分布镜头，包括实施例6的透镜组110-2的摄像模块在成像区Ⅰ中斜率降低，使得成像区Ⅰ中的像被压缩；在成像区Ⅱ中斜率增加，使得成像区Ⅱ中的像被放大；以及在成像区Ⅲ中斜率降低，使得成像区Ⅲ中的像被压缩。
参考图15，理想的线性分布镜头具有关于纵轴对称的、恒定的角分辨率。相比与线性分布镜头，包括实施例6的透镜组110-2的摄像模块的角分辨率不关于纵轴对称，其角分辨率最大值(角分辨率max)为11.339，角分辨率最小值(角分辨率min)为3.895，满足(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max＝0.657。
实施例7
以下参考图16A至图18描述根据本申请实施例7的透镜组110-3。图16A和图16B分别示意性示出了从第一方向和第二方向观察的实施例7的透镜组110-3的结构图。其中，图16A示出了在与由透镜组110-3的光轴(Z轴)和第一轴(X轴)限定的平面垂直的第一方向上观察的透镜组110-3的结构图；图16B示出了在与由光轴(Z轴)和第二轴(Y轴)限定的平面垂直的第二方向上观察的透镜组110-3的结构图。第一轴(X轴)方向、光轴(Z轴)方向以及第二轴(Y轴)方向两两垂直。
参考图16A和图16B，透镜组110-3可包括五个透镜，分别是沿光轴(Z轴)依序布置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5。可选地，透镜组110-3还可包括设置在第三透镜L3与第四透镜L4之间的光阑STO(未示出)。光阑STO可用于限制光线，以提高光学***的成像清晰度。
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凹面。第五透镜L5的物侧面为凸面，像侧面为凸面。可选地，第四透镜L4和第五透镜L5可以形成胶合透镜。
表7示出了实施例7的透镜组110-3的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面编号 曲率半径 厚度/距离 折射率Nd 阿贝数Vd
1 12.13484 1.219123 1.77 49.6
2 3.156693 1.296049
3 4.671986 0.924609 1.51 56.3
4 1.02523 1.373236
5 3.007588 3.103649 1.58 30.2
6 -2.46798 0.235533
STO Infinity 0.023903
8 -6.17764 0.617891 1.58 30.2
9 0.76586 1.825402 1.54 56.0
10 -1.62038 0.187
表5
透镜组110-3的总焦距EFL＝1.34mm，透镜组110-1的最大视场角FOV＝60°，从第一透镜L1的物侧面的中心到成像面(未示出)在光轴上的距离TTL＝13.27mm，成像面上的像高H＝1.789mm。
在本实施例中，第一透镜L1可以是具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜。第一透镜L1可以设置成在第一轴(X轴)方向上对称，并在第二轴(Y轴)方向上不对称。各非旋转对称镜面的面型可使用但不限于实施例5中的公式(1)进行限定。下表8示出了可用于实施例7中的各非旋转对称镜面的圆锥系数K以及高次项系数。
面编号 K X<sup>0</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>2</sup>
1 0.511247039 0.104484 0.004881141 0.003382697
2 -0.03693151 -0.05744 -0.014895503 -0.016855535
面编号 X<sup>2</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>3</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>2</sup>
1 -0.018343283 -0.01521 4.58645E-06 0.00339128
2 -0.027099576 -0.02101 0.000512196 0.015114437
面编号 X<sup>0</sup>Y<sup>4</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>1</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>3</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>5</sup>
1 0.000250532 0.000449 0.000391984 0.000342481
2 0.004853067 -0.00206 -0.007684383 -0.002320289
面编号 X<sup>6</sup>Y<sup>0</sup> X<sup>4</sup>Y<sup>2</sup> X<sup>2</sup>Y<sup>4</sup> X<sup>0</sup>Y<sup>6</sup>
1 7.47668E-08 -0.00012 -0.000118143 3.07475E-06
2 6.42526E-05 -0.00019 0.000564183 0.000125093
表8
在本实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5可以是具有旋转对称镜面的非球面透镜。各非球面透镜的面型可使用但不限于实施例5中的公式(2)进行限定。下表9示出了可用于实施例7中的各非球面透镜表面的圆锥系数K以及各高次项系数A、B、C、D和E。
面编号 K A B C D E
3 -0.796525516 0.00104 -0.000825184 3.1906E-06 8.72932E-06 -9.73986E-07
4 -1.056710894 0.036496 0.00261949 -0.001112415 -0.000298471 9.94041E-06
5 -1.731307667 0.023773 0.003888712 -0.000736568 0.000323182 -5.66298E-05
6 -21.78908402 -0.14944 0.166892183 -0.281134499 0.274441768 -0.108611636
9 -0.441603511 0.717901 -2.511277803 2.541098753 -1.04619967 -0.122467524
表9
在透镜组110-3中应用自由曲面透镜(如，第一透镜L1)，通过合理调整自由曲面的结构和光学系数，可以实现对特定的成像区域进行放大或缩小，并可以有效地提高特定区域的成像清晰度。
图17示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例7的透镜组110-3的摄像模块的像高角度曲线图。图18示意性示出了理想的线性分布镜头和包括实施例7的透镜组110-3的摄像模块的角分辨率曲线图。
参考图17，理想的线性分布镜头具有斜率恒定不变的像高角度曲线。相比与线性分布镜头，包括实施例7的透镜组110-3的摄像模块在成像区Ⅰ中斜率增加，使得成像区Ⅰ中的像被放大；在成像区Ⅱ中斜率降低，使得成像区Ⅱ中的像被压缩；以及在成像区Ⅲ中斜率增加，使得成像区Ⅲ中的像被放大。
参考图18，理想的线性分布镜头具有关于纵轴对称的、恒定的角分辨率。相比与线性分布镜头，包括实施例7的透镜组110-3的摄像模块的角分辨率不关于纵轴对称，其角分辨率最大值(角分辨率max)为16.487，角分辨率最小值(角分辨率min)为7.112，满足(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max＝0.569。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种透镜组，用于与图像传感器耦接，并且穿过所述透镜组的来自外部的光在所述图像传感器上形成影像，
其特征在于，所述透镜组包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，从而使在所述图像传感器上形成的所述影像具有第一成像区和第二成像区，所述第一成像区和所述第二成像区具有彼此不同的缩放倍率。
2.根据权利要求1所述的透镜组，其中，所述自由曲面透镜在与其光轴垂直的第一方向上对称，并在与所述光轴和所述第一方向垂直的第二方向上不对称。
3.根据权利要求1或2所述的透镜组，其中，所述自由曲面透镜的光学系数被选择为使得在所述第一成像区中的像被放大，并且在所述第二成像区中的像被缩小。
4.根据权利要求3所述的透镜组，其中，所述第一成像区的面积大于所述第二成像区的面积。
5.根据权利要求3所述的透镜组，其中，所述第一成像区和所述第二成像区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上分布。
6.根据权利要求3所述的透镜组，其中，所述第一成像区包括第一放大区和第二放大区，以及所述第二成像区包括第一缩小区，
其中，所述第一放大区、所述第一缩小区和所述第二放大区在与所述透镜组的光轴垂直的第一方向上依序排列。
7.一种摄像模块，包括如权利要求1至6中任一项所述的透镜组。
8.根据权利要求7所述的摄像模块，其中，所述摄像模块的角分辨率满足：
(角分辨率max-角分辨率min)/角分辨率max≤0.99，
其中，角分辨率max是所述摄像模块的最大角分辨率，角分辨率min是所述摄像模块的最小角分辨率。
9.一种用于车辆辅助驾驶的成像***，所述成像***包括具有一个或多个透镜的摄像模块和显示模块，
其中，所述摄像模块还包括图像传感器，用于接收穿过所述一个或多个透镜的来自外部的光，所述光在所述图像传感器上形成影像，所述图像传感器配置成将所述影像转换成电信号，以及
其中，所述显示模块从所述图像传感器接收所述电信号，并基于所述电信号显示图像，
其特征在于，
所述一个或多个透镜包括具有非旋转对称镜面的自由曲面透镜，从而使在所述图像传感器上形成的所述影像具有第一成像区和第二成像区，所述第一成像区和所述第二成像区具有彼此不同的缩放倍率。
10.根据权利要求9所述的成像***，其中，所述成像***还包括控制模块，
所述控制模块与所述图像传感器联接，并配置成基于所述影像对目标物体进行识别，在判定所属车辆与识别的目标物体存在碰撞危险时，向所述显示模块发送警报指令。
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