广角多用车载镜头的制作方法

本实用新型涉及一种广角多用车载镜头，应用在车载镜头领域。

背景技术：

得益于近年来汽车辅助驾驶系统的高速发展，镜头在汽车上得到的广泛应用。其中包括车载倒车可视系统、行车记录仪、自动泊车和全景泊车系统、道路寻路系统等。镜头传感器在辅助驾驶系统中起着相当于眼睛的作用，相比于其他传感器而言，镜头传感器最为接近人眼获取周围环境信息的工作模式，其优势在于：1.镜头技术成熟，成本较低；2.可以通过较小的数据量获得最为全面的信息。

车载镜头在汽车上有着广泛的应用空间。目前镜头在汽车上的应用主要有：1.前视镜头，一般安装在汽车前挡风玻璃上部，主要用于探测车辆前方的环境，识别道路、车辆、行人等，广泛应用于自动巡航、前撞预警、行车记录等功能；2.后视镜头，一般安装在汽车尾部，用于探测车辆后方环境，应用于车载倒车可视系统；3.环视镜头，一般至少包括四个镜头，分别安装在车辆的前、后、左、右侧，实现360°环境感知，应用于自动泊车和全景泊车系统。

对车载镜头的独特需求主要有：1.车载镜头的水平视场角要足够大，才能避免行车过程中的视觉盲区；2.车载镜头必须要有夜视功能，以保证夜间可正常使用。此外，由于车载镜头对可靠性的高要求，导致其技术工艺难度大，不同于一般镜头。车载镜头连续工作时间较长且所处环境较为复杂，因此还要求车载镜头具有防水、抗震、耐高温等功能。

现有的广角高清车载镜头虽然能够满足基本的大水平视场角实现车载监视使用的基本需求，如申请号201510556596.8、200910099703.3、201620158537.5等广角车载镜头，但其仍然存在诸多缺陷，如需采用非球面镜片导致工艺复杂且生产成本高、不具备夜视功能、成像质量不佳且不具备防水、抗震、耐高温功能等。因此提供一种无需通过滤光片来补偿后焦即可具备夜视功能、成像质量佳、兼具防水、抗震、耐高温功能的广角多用车载镜头己成为当务之亟。

技术实现要素：

为了克服现有车载镜头需要增加滤光片来补偿后焦才能实现夜视功能且成本高的缺点，本实用新型提供一种广角多用车载镜头，具有无需通过滤光片来补偿后焦即可具备夜视功能、成本低廉的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种广角多用车载镜头，包括从物方开始依次设置的第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件、第四透镜元件、第五透镜元件和第六透镜元件，其中：

所述第一透镜元件为具有负的光焦度并呈向物方一侧外凸的焦距为-7.69至-8.50mm的月牙形透镜；

所述第二透镜元件为具有负的光焦度的焦距为-4.31至-4.77mm的双凹透镜；

所述第三透镜元件为具有正的光焦度的焦距为4.03至4.45mm的双凸透镜；

所述第四透镜元件为具有正的光焦度的焦距为3.76至4.16mm的双凸透镜；

所述第五透镜元件为具有负的光焦度并呈向像方一侧外凸的焦距为-5.20至5.74mm的月牙形透镜；

所述第六透镜元件为具有正的光焦度的焦距为8.65至9.56mm的双凸透镜；

所述第四透镜元件和第五透镜元件密接在一起组成胶合镜片。

本申请的广角多用车载镜头采用双高斯结构，这种结构具有较好的矫正像差能力。第一透镜元件设计成弯月透镜很大程度上增加了镜头的视场角，对边缘光线的收集能力也大大提升。将第二透镜元件和第三透镜元件分别设为单片镜片，可以很好地平衡系统内部的光焦度，降低系统中每个单元匹配的敏感性。该广角多用车载镜头采用六片式透镜元件，结构简单且实用，视场角大，可作为后视镜头和环视镜头使用。且配合各透镜元件设定好的焦距，该广角多用车载镜头适用光谱范围为450-850nm，最大红外离焦量<0.01mm，因此在所述光谱范围内不需要通过不同厚度差的滤光片来补偿后焦，其与红外补光灯搭配后，即无需增设滤光片即可实现日夜共焦，在漆黑的环境中就能得到白天的成像效果。适用性强。另外，由于全部球面镜片，较现有广角多用车载镜头需要部分采用非球面镜片而言，其透镜元件更易于加工，制造成本较低。

所述第一透镜元件的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为39-40；所述第二透镜元件的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为47-48；所述第三透镜元件的折射率Nd为2.0-2.1，阿贝系数Vd为28-29；所述第四透镜元件的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为68-69；所述第五透镜元件的折射率Nd为1.9-2.0，阿贝系数Vd为17-18；所述第六透镜元件的折射率Nd为1.8-1.9，阿贝系数Vd为46-47。

本申请的广角多用车载镜头是一款3MP(分辨率)、广角的镜头，焦距为3.0mm±10％，系统监控视场角能达到160°±10％，相对孔径D/f’为1:2±10％，其适用摄像机的像面＞1/3inch，符合现在普遍使用的摄像机感应芯片靶面尺寸。该镜头能在焦距较小的情况下让视场角达到广角甚至超广角，并且在实现其夜视功能时能通过替换透镜元件的材质来减小红外离焦量。上述参数的各透镜元件配合使用在实现了夜视功能的基础上又大大提升了成像质量，使得0.7视场以内的MTF值(MTF值体现镜头的成像品质高低)在160lp/mm时＞0.3，全视场MTF值在160lp/mm时＞0.18。

所述广角多用车载镜头还包括设置在第三透镜元件和第四透镜元件之间的光阑元件。

光阑元件用于控制成像大小。

所述广角多用车载镜头还包括用于卡装固定各透镜元件的主镜筒、套设在主镜筒靠近物方一侧端部的用于和主镜筒配合固定各透镜元件位置并防止各透镜元件从主镜筒中脱出的前压圈、用于保持所述第二透镜元件与第三透镜元件相对距离的隔圈A、内腔中部用于卡设光阑元件并用于保持所述第三透镜元件与第四透镜元件相对距离的隔圈B以及用于保持所述第五透镜元件与第六透镜元件相对距离的隔圈C。

隔圈A、隔圈B和隔圈C将各透镜元件的相对距离保持住，并通过主镜筒和前压圈配合将各透镜元件牢牢固定在相对位置，防止其跑位。

所述第一透镜元件与第二透镜元件之间的空气间隙为3.2-3.3mm，第二透镜元件与第三透镜元件之间的空气间隙为1.3-1.4mm，第三透镜元件与第四透镜元件之间的空气间隙为2.6-2.7mm，第五透镜元件与第六透镜元件之间的空气间隙为0.5-0.6mm。

空气间隙是指相邻两个镜片中心的最大距离。通过上述各透镜元件相对距离位置的优选限定，进一步提升了成像效果。

所述第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件、第四透镜元件、第五透镜元件、第六透镜元件均采用玻璃材质，所述光阑元件、主镜筒和前压圈均采用金属材质。

车载镜头除了内置车载镜头(行车记录仪)还有外置车载镜头(倒车影像、侧方影像)。在夏季和冬季这两个季节，部分地区车的表面温度最低可达到-20℃，最高可达到60℃。本申请的广角多用车载镜头的各透镜元件全采用玻璃材质，成像质量更清晰，且光阑元件、主镜筒和前压圈均采用金属材质，与各透镜元件配合紧密，不仅结构稳定，具有较高的抗震效果，而且高温下各部件的热膨胀系数较小，高温对镜头的影响较小，使得所述广角多用车载镜头可在-20-80℃下正常工作，在该温度范围中的成像基本不失真，具有更广的应用范围。

所述第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件、第四透镜元件、第五透镜元件、第六透镜元件的表面均覆盖有用于保证各透镜元件在480-850nm的波谱范围内的光有效透过率>99.5％的多层镀膜。

各透镜元件镀上上述的膜后，成像效果更加清晰。

所述隔圈A、隔圈B和隔圈C均为内腔两端口径较内腔中段口径窄的能用于消除杂散光的扣式结构。

所述各隔圈采用扣式结构，可有效遮光，屏蔽了大量杂散光。

所述第一透镜元件与主镜筒的轴向接触面上设有用于提升广角多用车载镜头防水性能的O型橡胶圈。

外置车载镜头的使用环境相对比较复杂，经常会遇到比较潮湿甚至直接接触水的环境，因此，需要在结构上做好防水措施。所述广角多用车载镜头在机械结构上通过设置O型橡胶圈，使得第一透镜元件与主镜筒之间的接触通过挤压O型橡胶圈的方式实现防水密封，提升了广角多用车载镜头的防水性能。

所述广角多用车载镜头使用时接合在摄像机机身前端，所述的摄像机机身内设有摄像机感应芯片，广角多用车载镜头和摄像机机身接合后，该摄像机感应芯片位于广角多用车载镜头的正后方，摄像机感应芯片近广角多用车载镜头的端面位置设有用于避免摄像机感应芯片直接与广角多用车载镜头接触以对摄像机感应芯片起到保护作用的感应芯片保护窗片。

通过设置感应芯片保护窗片可实现对摄像机感应芯片的有效保护。

所述隔圈A、隔圈B和隔圈C的尺寸精度控制在±0.01mm；所述主镜筒和前压圈的尺寸精度均控制在±0.02mm，同轴度控制在±0.02。

上述精度控制能进一步提升和保证所述广角多用车载镜头的成像效果。

所述前压圈与主镜筒的接触面与外部接触的端部处设有用于灌入胶水将两者粘结在一起的点胶槽。

该点胶槽的设置配合上述O型橡胶圈，起到双重防水的作用。

主镜筒靠近像方一侧的外侧壁上设有与摄像机机身相连接用的螺纹(即M12接口)。

该M12接口的设置使得所述广角多用车载镜头能适用于更多的车载摄像领域。

主镜筒靠近像方一侧的端部设有用于放置滤光片的滤光片槽。

滤光片槽的设置使得广角多用车载镜头可增加滤光片，根据具体的需求对后焦进行进一步的条件，满足更多的实用要求。

所述镀膜外还覆盖有耐磨防水膜。

耐磨防水膜能提升广角多用车载镜头的耐磨性及防水性。

所述各透镜元件的玻璃材质为环保玻璃材质。

与现有技术相比，本实用新型申请具有以下优点：

1)本申请的广角多用车载镜头在450-850nm的光谱范围内，最大红外离焦量<0.01mm，在该光谱范围内不需要通过不同厚度差的滤光片来补偿后焦，能同时兼具足够大的水平视场角和夜视功能，并且采用价格低廉的球面镜片，不仅降低了成本且易于加工；

2)通过各透镜元件的优化参数设置，有效地提升了成像质量；

3)耐高低温，适用外界温度环境广，在-20-80℃的范围内成像基本不失真；

4)双重防水功能且防震。

附图说明

图1是本实用新型所述的广角多用车载镜头的镜头光学剖视示意图；

图2是本实用新型所述的广角多用车载镜头与摄像机机身的装配结构剖视示意图；

图3是本实用新型所述的广角多用车载镜头在可见光(白天)环境下的镜头点列图(Spt)；

图4是本实用新型所述的广角多用车载镜头在可见光(白天)环境下的传递函数曲线(Mtf)；

图5是本实用新型所述的广角多用车载镜头在红外光(夜晚)环境下的镜头点列图(Spt)；

图6是本实用新型所述的广角多用车载镜头在红外光(夜晚)环境下的传递函数曲线(Mtf)；

图7是本实用新型所述的广角多用车载镜头在-20℃环境下的镜头点列图(Spt)；

图8是本实用新型所述的广角多用车载镜头在-20℃环境下的传递函数曲线(Mtf)；

图9是本实用新型所述的广角多用车载镜头在20℃环境下的镜头点列图(Spt)；

图10是本实用新型所述的广角多用车载镜头在20℃环境下的传递函数曲线(Mtf)；

图11是本实用新型所述的广角多用车载镜头在80℃环境下的镜头点列图(Spt)；

图12是本实用新型所述的广角多用车载镜头在80℃环境下的传递函数曲线(Mtf)。

标号说明：

第一透镜元件1、第二透镜元件2、第三透镜元件3、第四透镜元件4、第五透镜元件5、第六透镜元件6、光阑元件7、主镜筒8、前压圈9、隔圈A10、隔圈B11、隔圈C12、O型橡胶圈13、摄像机机身14、点胶槽15、螺纹81、滤光片槽82、摄像机感应芯片141、感应芯片保护窗片142。

具体实施方式

原材料信息：

第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件、第四透镜元件、第五透镜元件、第六透镜元件：成都光明玻璃库。

下面结合说明书附图1-12对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1-2所示，本实用新型所述的一种广角多用车载镜头包括从物方开始依次设置的第一透镜元件1、第二透镜元件2、第三透镜元件3、第四透镜元件4、第五透镜元件5和第六透镜元件6，其中：

所述第一透镜元件1为具有负的光焦度并呈向物方一侧外凸的焦距为-7.69至-8.50mm的月牙形透镜；

所述第二透镜元件2为具有负的光焦度的焦距为-4.31至-4.77mm的双凹透镜；

所述第三透镜元件3为具有正的光焦度的焦距为4.03至4.45mm的双凸透镜；

所述第四透镜元件4为具有正的光焦度的焦距为3.76至4.16mm的双凸透镜；

所述第五透镜元件5为具有负的光焦度并呈向像方一侧外凸的焦距为-5.20至5.74mm的月牙形透镜；

所述第六透镜元件6为具有正的光焦度的焦距为8.65至9.56mm的双凸透镜；

所述第四透镜元件4和第五透镜元件5密接在一起组成胶合镜片。

所述第一透镜元件1的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为39-40；所述第二透镜元件2的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为47-48；所述第三透镜元件3的折射率Nd为2.0-2.1，阿贝系数Vd为28-29；所述第四透镜元件4的折射率Nd为1.5-1.6，阿贝系数Vd为68-69；所述第五透镜元件5的折射率Nd为1.9-2.0，阿贝系数Vd为17-18；所述第六透镜元件6的折射率Nd为1.8-1.9，阿贝系数Vd为46-47。

所述广角多用车载镜头还包括设置在第三透镜元件3和第四透镜元件4之间的光阑元件7。

所述广角多用车载镜头还包括用于卡装固定各透镜元件的主镜筒8、套设在主镜筒8靠近物方一侧端部的用于和主镜筒8配合固定各透镜元件位置并防止各透镜元件从主镜筒8中脱出的前压圈9、用于保持所述第二透镜元件2与第三透镜元件3相对距离的隔圈A10、内腔中部用于卡设光阑元件7并用于保持所述第三透镜元件3与第四透镜元件4相对距离的隔圈B11以及用于保持所述第五透镜元件5与第六透镜元件6相对距离的隔圈C12。

所述第一透镜元件1与第二透镜元件2之间的空气间隙为3.2-3.3mm，第二透镜元件2与第三透镜元件3之间的空气间隙为1.3-1.4mm，第三透镜元件3与第四透镜元件4之间的空气间隙为2.6-2.7mm，第五透镜元件5与第六透镜元件6之间的空气间隙为0.5-0.6mm。

所述第一透镜元件1、第二透镜元件2、第三透镜元件3、第四透镜元件4、第五透镜元件5、第六透镜元件6均采用玻璃材质，所述光阑元件7、主镜筒8和前压圈9均采用金属材质。

所述第一透镜元件1、第二透镜元件2、第三透镜元件3、第四透镜元件4、第五透镜元件5、第六透镜元件6的表面均覆盖有用于保证各透镜元件在480-850nm的波谱范围内的光有效透过率>99.5％的多层镀膜。

所述隔圈A10、隔圈B11和隔圈C12均为内腔两端口径较内腔中段口径窄的能用于消除杂散光的扣式结构。

所述第一透镜元件1与主镜筒8的轴向接触面上设有用于提升广角多用车载镜头防水性能的O型橡胶圈13。

所述广角多用车载镜头使用时接合在摄像机机身14前端，所述的摄像机机身14内设有摄像机感应芯片141，广角多用车载镜头和摄像机机身14接合后，该摄像机感应芯片141位于广角多用车载镜头的正后方，摄像机感应芯片141近广角多用车载镜头的端面位置设有用于避免摄像机感应芯片141直接与广角多用车载镜头接触以对摄像机感应芯片141起到保护作用的感应芯片保护窗片142。

所述隔圈A10、隔圈B11和隔圈C12的尺寸精度控制在±0.01mm；所述主镜筒8和前压圈9的尺寸精度均控制在±0.02mm，同轴度控制在±0.02。

上述精度控制能进一步提升和保证所述广角多用车载镜头的成像效果。

所述前压圈9与主镜筒8的接触面与外部接触的端部处设有用于灌入胶水将两者粘结在一起的点胶槽15。

该点胶槽15的设置配合上述O型橡胶圈13，起到双重防水的作用。

主镜筒8靠近像方一侧的外侧壁上设有与摄像机机身14相连接用的螺纹81，即M12接口。

该M12接口的设置使得所述广角多用车载镜头能适用于更多的车载摄像领域。

主镜筒8靠近像方一侧的端部设有用于放置滤光片的滤光片槽82。

滤光片槽82的设置使得广角多用车载镜头可增加滤光片，根据具体的需求对后焦进行进一步的条件，满足更多的实用要求。

所述镀膜外还覆盖有耐磨防水膜。

耐磨防水膜能提升广角多用车载镜头的耐磨性及防水性。

所述各透镜元件的玻璃材质为环保玻璃材质。

实施例1

一种广角多用车载镜头，其第一透镜元件1、第二透镜元件2、第三透镜元件3、光阑元件7、第四透镜元件4、第五透镜元件5以及第六透镜元件6的相对距离以及相关参数如表一所示。

表一

实验数据

一、可见光(白天)和红外光(夜晚)环境下镜头点列图(Spt)和传递函数曲线(Mtf)的绘制，如图3-6所示。其中，镜头点列图(Spt)中依照从左到右、从上到下的顺序依次为0％视场、30％视场、50％视场、70％视场、100％视场时的镜头点列子图；传递函数曲线(Mtf)各线条中有标注的分别为0％视场、25.33％视场、38％视场、53.73％视场、76％视场下的传递函数曲线。

二、各温度(-20℃、20℃、80℃)环境下镜头点列图(Spt)、传递函数曲线(Mtf)的绘制，如图7-12所示。其中，镜头点列图(Spt)中依照从左到右、从上到下的顺序依次为0视场、30％视场、50％视场、70％视场、100％视场时的镜头点列子图；传递函数曲线(Mtf)各线条中有标注的分别为0％视场、25.33％视场、38％视场、53.73％视场、76％视场下的传递函数曲线。

注：

1.镜头点列图(Spt)：物方一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，将这个弥散图形的大小量化成镜头点列图Spt中RMS RADIUS值(可近似代表弥散图形的最大半径)。当镜头spt的RMS RADIUS值<摄像机感应芯片像数点大小时，表示镜头点列图spt的RMS RADIUS值与摄像机感应芯片相匹配，即镜头和摄像机感应芯片相适应。

2.传递函数曲线(Mtf)：指一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。一般而言，高频传递函数反映了物体细节传递能力，低频传递函数反映物体轮廓传递能力，中频传递函数反映对物体层次的传递能力。在设计中MTF曲线在低频、中频、高频都尽量设计高点，曲线平滑下降，说明输出的成像效果好。横座标为系统的分辨率，其单位为：线对/mm。纵座标越高，“对比度”越高，成像越清晰。

三、结论：

从图3-6可以看出，如果匹配摄像机sensor靶面为1/2.7”(现有市面普遍使用的摄像机感应芯片的靶面长宽比为4:3、16:9)，摄像机分辨率3MP,镜头在设计中需达到以下标准：70％视场spt中的RMS RADIUS值<2.65um(设计中可见光波段和近红外波段均符合要求符合要求)，70％视场的传递函数MTF在160lp/mm处的值>0.25(设计中可见光波段和近红外波段均符合要求符合要求)。本申请的广角多用车载镜头的相关数值均达标，即可以与现有市面常用摄像机感应芯片匹配。

从图7-12可以看出，从低温-20℃到高温80℃环境下，本申请的广角多用车载镜头70％视场内的Spt中的RMS RADIUS值以及MTF值的浮动在20％以内，其图像仍可以正常输出，不失真，镜头可以正常工作。

与背景技术所述3个对比文件数据的对比：

在分辨率方面，从传递函数曲线(Mtf)上可以看出，本申请的广角多用车载镜头的分辨率明显优于该3个对比文件。申请号201510556596.8的对比文件的MTF横坐标在100lp/mm时，其纵坐标集中于0.2-0.5之间，而本镜头在100lp/mm时，对比度在0.6-0.8之间；申请号200910099703.3的对比文件的MTF横坐标在45lp/mm时，其纵坐标集中于0.6-0.9之间，而本镜头都在0.9左右；申请号为201620158537.5的对比文件的边缘视场的对比度下降的很厉害，73°视场的对比度明显没有本镜头76°视场的对比度高。可见，本申请的广角多用车载镜头的成像效果均优于现有的广角高清车载镜头。

总体而言，本申请的广角多用车载镜头所达到的光学指标如下：焦距：f＝3.0mm±10％；相对孔径f/D＝1/2±10％；视场角2w≥160°±10％(像方线视场2η≥φ6.74mm±10％)；光学结构长度：ΣL≤21mm；适用光谱范围：480nm-850nm；镜头分辨率：与3MP级高清晰CCD摄像机或CMOS摄像机适配；空间频率160lp/mm时，所有视场的MTF均优于0.18；固定光圈。相对照度达40％。本申请的广角多用车载镜头的与现有摄像机感应芯片广泛匹配，适用外界温度环境广泛，且成像效果极佳。

本实用新型所述的广角多用车载镜头并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本实用新型原理的任何改进或替换，均应在本实用新型的保护范围之内。