一种车载镜头光学系统的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种车载镜头光学系统。

背景技术：

近年来，包含例如电荷耦合装置(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器的固态芯片在成像装置中的应用越来越广泛，而且随着半导体制造工艺的日益成熟，芯片的像素尺寸逐渐减小，紧凑型、高分辨率的光学系统需求逐渐增加。

广角镜头在汽车上的使用，可以帮助驾驶员确认车辆周围是否存在障碍物并及时了解障碍物的相对方位与距离，更进一步提高行驶及停泊安全性。一般车载镜头的监控角度在60°～90°，需要更大监控角度时则需要使用多个广角镜头进行组合，增加了成本；一般车载镜头的光学系统需要使用到五个或更多的镜头，以满足高分辨率的需求，却无法达到紧凑轻便的需求；一般车载镜头的光学系统需要使用到多个玻璃镜片以确保必须的光学性能，增加了镜头的制造成本。

本发明就是基于这种情况作出的。

技术实现要素：

本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单的车载镜头光学系统，该车载镜头光学系统具有相对较短的镜头总长和超大视角，可达210°或者更大，可实现更大范围的无死角监控，确保监控的可靠性、完整性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种车载镜头光学系统，其特征在于：从物侧至像侧依次设置有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和滤光片，所述的第三透镜和第四透镜之间设有孔径光阑，所述的第一透镜具有负光焦度，且所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面，所述第二透镜具有负光焦度，且所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜具有正光焦度，且所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜具有正光焦度，且所述第四透镜为双凸透镜。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜为玻璃材料，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜为塑胶材料。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述的第一透镜的材折射率为1.7725，所述第二透镜的材料折射率为1.531，所述第三透镜的材料折射率为1.634，所述第四透镜的材料折射率为1.531。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜的为球面透镜，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜为非球面透镜。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜的材料为h-laf50b。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述的第三透镜的材料为ep-5000。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述的车载镜头光学系统满足关系式：22＜vd3＜26，其中vd3为第三透镜的阿贝数。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为2.09mm，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为0.842mm，所述第三透镜与第四透镜的空气间隔为1.336mm。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：满足关系式：-13＜(r2-r3)/(r2+r3)＜-6，其中r2为第一透镜的像侧面的有效半径，r3为第二透镜的物侧面的有效半径。

如上所述的一种车载镜头光学系统，其特征在于：所述的第二透镜、第三透镜和第四透镜的非球面的表面形状满足以下方程：在公式中，z表示透镜表面各点的z坐标值，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α6分别表示各径向坐标所对应的系数。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明使用了一个由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成的负透镜组作为该光学系统的前半部分，主要用于扩大该光学系统的视场角，对整个光学系统产生足够的桶形畸变，可以保证边缘视场也能具体成像，并且前负透镜组也可以保证像面照度的均匀分布，负透镜组中使用了具有正光焦度的第三透镜可以矫正该光学系统的像差和场曲；在该光学系统的后半部分，在孔径光阑之后使用一个具有正光焦度的第四透镜，可以进一步矫正前负透镜组产生的像差，同时使光束再次汇聚，可以缩短镜头总长，使光学系统更紧凑，使得该光学系统具有相对较短的镜头总长和超大视角，可达210°或者更大，实现更大范围的无死角监控，确保监控的可靠性、完整性。

2、该车载镜头光学系统使用的第一透镜为玻璃镜片，第二透镜、第三透镜和第四透镜为塑胶镜片，与全玻璃镜片构成的光学系统相比，大大降低了成本也减轻了镜头的重量，满足轻便化的趋势。

3、该车载镜头光学系统中第二透镜、第三透镜和第四透镜为非球面透镜，运用多个非球面镜片，光学系统的各种像差得到充分校正，在结构紧凑、大广角、重量轻的前提下，可以提供高分辨率，使用所述光学系统的汽车装置可以得到较好的性能。

4、vd3为第三透镜的阿贝数(abbenumber)，并且该光学系统满足关系式：22＜vd3＜26，即要求第三透镜使用的是折射率相对较高的材料，可以减小镜头光学系统产生的色差，且折射率高，光线更加汇聚，可以减小镜头的尺寸。

5、r2为第一透镜的像侧面的有效半径，r3为第二透镜的物侧面的有效半径，且该光学系统满足关系式：-13＜(r2-r3)/(r2+r3)＜-6，可以校正该光学系统的像差，并且保证从第一透镜出射的光线入射到第二透镜的第一个面时，入射角不会太大，从而降低该光学系统的公差敏感度，若超过上限值，该光学系统的像差无法得到充分的校正；若低于下限值，从第一透镜出射的光线入射到第二透镜的第一个面时的入射角会过大，就会增加该光学系统的敏感度。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传递函数曲线图；

图3是本发明的畸变曲线图；

图4是本发明的垂轴像差曲线图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明中所涉及的透镜的物侧面指透镜朝向物侧的表面，像侧面指透镜朝向像侧的表面。

如图1至图4所示的一种车载镜头光学系统，从物侧至像侧依次设置有第一透镜g01、第二透镜p01、第三透镜p02、第四透镜p03和滤光片p04，所述的第三透镜p02和第四透镜p03之间设有孔径光阑l01，所述的第一透镜g01具有负光焦度，且所述第一透镜g01的物侧面s1为凸面，所述第一透镜g01的像侧面s2为凹面，所述第二透镜p01具有负光焦度，且所述第二透镜p01为双凹透镜，所述第三透镜p02具有正光焦度，且所述第三透镜p02为双凸透镜，所述第四透镜p03具有正光焦度，且所述第四透镜p03为双凸透镜。

使用了一个由第一透镜g01、第二透镜p01和第三透镜p02组成的负透镜组作为该光学系统的前半部分，主要用于扩大该光学系统的视场角，对整个光学系统产生足够的桶形畸变，可以保证边缘视场也能具体成像，并且该负透镜组也可以保证像面照度的均匀分布，负透镜组中使用了具有正光焦度的第三透镜p02可以矫正该光学系统的像差和场曲；在该光学系统的后半部分，在孔径光阑l01之后使用一个具有正光焦度的第四透镜p03，可以进一步矫正前负透镜组产生的像差，同时使光束再次汇聚，可以缩短镜头总长，使光学系统更紧凑，使得该光学系统具有相对较短的镜头总长和超大视角，可达210°或者更大，实现更大范围的无死角监控，确保监控的可靠性、完整性。

所述第一透镜g01为玻璃材料，所述第二透镜p01、第三透镜p02和第四透镜p03为塑胶材料，使用一个玻璃镜片，3个塑胶镜片，与全玻璃镜片构成的光学系统相比，大大降低了成本也减轻了镜头的重量，满足轻便化的趋势。

所述的第一透镜g01的材折射率为1.7725，所述第二透镜p01的材料折射率为1.531，所述第三透镜p02的材料折射率为1.634，所述第四透镜p03的材料折射率为1.531。

所述第一透镜g01的为球面透镜，能够更好的扩大该光学系统的视场角，所述第二透镜p01、第三透镜p02和第四透镜p03为非球面透镜，运用多个非球面镜片，光学系统的各种像差得到充分校正，在结构紧凑、大广角、重量轻的前提下，可以提供高分辨率，使用所述光学系统的汽车装置可以得到较好的性能。

所述第一透镜g01的材料为h-laf50b。

所述的第三透镜p02的材料为ep-5000。

所述的车载镜头光学系统满足关系式：22＜vd3＜26，其中vd3为第三透镜p02的阿贝数，即要求第三透镜p02使用的是折射率相对较高的材料，可以减小镜头光学系统产生的色差，且折射率高，光线更加汇聚，可以减小镜头的尺寸。

所述第一透镜g01与第二透镜p01之间的空气间隔为2.09mm，所述第二透镜p01与第三透镜p02之间的空气间隔为0.842mm，所述第三透镜p02与第四透镜p03的空气间隔为1.336mm。

该车载镜头光学系统满足关系式：-13＜(r2-r3)/(r2+r3)＜-6，其中r2为第一透镜g01的像侧面s2的有效半径，r3为第二透镜p01的物侧面s3的有效半径，可以校正该光学系统的像差，并且保证从第一透镜g01出射的光线入射到第二透镜p01的第一个面时，入射角不会太大，从而降低该光学系统的公差敏感度，若超过上限值，该光学系统的像差无法得到充分的校正；若低于下限值，从第一透镜g01出射的光线入射到第二透镜p01的第一个面时的入射角会过大，就会增加该光学系统的敏感度。

所述的第二透镜p01、第三透镜p02和第四透镜p03的非球面的表面形状满足以下方程：在公式中，z表示透镜表面各点的z坐标值，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α6分别表示各径向坐标所对应的系数。

下面是本发明一种车载镜头光学系统的参数设计案例：

表1为本发明一种车载镜头光学系统的结构参数表

表1

表2为第一透镜g01的球面失高sag与半径r的比值范围和第二透镜p01的非球面失高sag与半径r的比值范围

表2

表3为第三透镜p02和第四透镜p03的各非球面失高与半径r的比值范围

表3