光学成像系统的制作方法

技术领域

下面的描述涉及一种包括由玻璃材料形成的透镜的光学成像系统。

背景技术：

小型监控摄像机可安装在车辆上，以捕获车辆前方和后方的视图。例如，小型监控摄像机可安装在车辆的后视镜上，以对位于车辆的前方的运动的车辆、行人和其他物体进行成像。小型监控摄像机不仅用于捕获简单物体的图像的用途，而且作为用于识别物体的存在或不存在的传感器。

用作传感器的监控摄像机需要高的分辨率，以检测细微的运动。可通过具有高程度的亮度的光学系统来提高用于传感器的监控摄像机的分辨率。然而，具有极高程度的亮度的光学系统会增大摄像机的内部温度，因而会限制监控摄像机的分辨率。因此，需要开发一种即使在高温下也能用在传感器的具有高分辨率和一致的分辨率的这样的监控摄像机中的光学成像系统。

技术实现要素：

提供本实用新型内容以通过简化形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的选择的构思。本实用新型内容既不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

为了解决具有极高程度的亮度的光学系统会增大摄像机的内部温度因而限制监控摄像机的分辨率的问题，本实用新型实现了一种即使在高温下也能用在传感器的具有高分辨率和一致的分辨率的这样的监控摄像机中的光学成像系统。

在一个总体方面，一种光学成像系统包括从物方起设置并具有屈光力的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜。所述第一透镜至所述第七透镜中的一个或任意组合由玻璃形成。所述第一透镜至所述第七透镜中的一个或更多个透镜的一个或两个表面是非球面的。所述第一透镜至所述第七透镜中的一对透镜设置为使得彼此相对的近轴区域被彼此粘合。

所述光学成像系统还可包括：光阑，设置在所述第四透镜与所述第五透镜之间。所述光学成像系统的所述第一透镜至所述第七透镜可分别由玻璃形成。在所述光学成像系统中，所述第七透镜的一个或两个表面可以是非球面的。

所述光学成像系统可包括粘合到所述第六透镜的物方表面的所述第五透镜的像方表面。所述光学成像系统的所述第一透镜可具有所述第一透镜的像方表面凹入的弯月形状，所述光学成像系统的所述第二透镜可具有所述第二透镜的像方表面凹入的弯月形状。所述光学成像系统还可包括相对的表面沿着光轴凸出的所述第三透镜和所述第四透镜。

所述光学成像系统可包括具有沿着光轴凸出的像方表面的所述第五透镜。所述光学成像系统可包括具有沿着光轴凹入的物方表面的所述第六透镜。所述光学成像系统可包括用于所述第七透镜的两个表面的沿着光轴的凸出表面。

在另一总体方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有负屈光力；第二透镜，具有负屈光力；第三透镜，具有负屈光力；及第四透镜，具有正屈光力。所述光学成像系统还包括：第五透镜，具有正屈光力；第六透镜，具有负屈光力；及第七透镜，具有正屈光力。所述第一透镜至所述第七透镜从物方至成像面顺序地设置。所述第一透镜至所述第七透镜中的一个或任意组合由玻璃形成。

在所述光学成像系统中，所述第七透镜的一个或两个表面可以是非球面的。所述光学成像系统的所述第三透镜可包括沿着光轴凹入的物方表面。所述光学成像系统的所述第四透镜可具有沿着光轴凸出的物方表面。所述第五透镜的两个表面均可沿着光轴凸出。所述光学成像系统的所述第六透镜的两个表面均可沿着光轴凹入。

在另一总体方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有沿着光轴的凸出的物方表面；第二透镜，具有沿着光轴的凸出的物方表面；第三透镜，具有沿着光轴的凸出的像方表面。所述光学成像系统还包括第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜。所述第一透镜至所述第七透镜从物方至成像面顺序地设置。所述第一透镜至所述第七透镜中的一个或任意组合由玻璃形成。

在所述光学成像系统中，所述第一透镜至所述第七透镜中的每个可由玻璃形成。所述光学成像系统中的所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜可分别具有正屈光力。所述光学成像系统可具有150°或更大的视角。

采用本实用新型的技术方案，可实现一种即使在高温下也能用在传感器的具有高分辨率和一致的分辨率的这样的监控摄像机中的光学成像系统。

通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

图1是根据第一示例的光学成像系统的示图。

图2和图3示出根据图1中所示的光学成像系统的温度的变化的调制传递函数(MTF)曲线。

图4是根据第二示例的光学成像系统的示图。

在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号在可适用的情况下指示相同的元件。附图可不按照比例，并且为了清楚、说明及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中公知的功能和构造的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例，仅用于说明在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此所述的方法、设备和/系统的诸多可行方式中的一些可行方式。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个组件、区域或部分，但是这些组件、区域或部分不受这些术语所限制。确切地说，这些术语仅用于将一个组件、区域或部分与另一个组件、区域或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里描述的示例中被称为的第一组件、区域或部分也可被称为第二组件、区域或部分。

在此使用的术语仅用于描述各个示例，而不用于限制本公开。除非上下文中另外清楚地指明，否则单数形式也意于包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在的所述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或增加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

在此描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但是在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，其他构造也是可行的。

在本说明书中，以毫米(mm)为单位来表示透镜的曲率半径、厚度和每个透镜的焦距。相关领域技术人员将领会的是，可使用其他测量单位。此外，在实施例中，以毫米(mm)为单位来表示曲率半径、厚度、从第一透镜的第一表面到图像传感器的光轴距离(OAL)、光阑与图像传感器之间在光轴上的距离(SL)、图像高度(IMG HT，image height)和透镜的后焦距(BFL)、光学系统的总焦距以及每个透镜的焦距。此外，透镜的厚度、透镜之间的间距、OAL、TTL和SL是基于透镜的光轴测量的距离。FOV是光学成像系统的视场角，单位是度(°)。

透镜的表面是凸出的意味着相应表面的光轴部分凸出，透镜的表面是凹入的意味着相应表面的光轴部分凹入。因此，在透镜的一个表面被描述为凸出的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部分可凹入。类似地，在透镜的一个表面被描述为凹入的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部分可凸出。换言之，透镜的近轴区域可凸出，而透镜的近轴区域之外的其余部分可凸出、凹入或平坦。此外，透镜的近轴区域可凹入，而透镜的近轴区域之外的其余部分可凸出、凹入或平坦。此外，在实施例中，透镜的厚度和曲率半径相对于相应透镜的光轴进行测量。

根据说明性的示例，描述光学系统的实施例包括具有屈光力的七个透镜。然而，光学系统中透镜的数量可改变，例如，可在两个透镜至七个透镜之间改变，同时实现下面所描述的各种结果和效果。此外，尽管每个透镜被描述为具有特定的屈光力，但是所述透镜中的至少一个可采用不同屈光力以实现期望的结果。

示例提供一种即使在高温环境下也具有一致的分辨率的光学成像系统。在下文中，参照附图进一步详细描述示例。光学成像系统包括透镜。例如，所述光学成像系统包括七个透镜。接下来，将描述上述各个透镜的构造。

第一透镜具有屈光力。例如，第一透镜具有负屈光力。第一透镜的一个表面凸出。在实施例中，第一透镜的物方表面凸出。

第一透镜具有球面表面。例如，第一透镜的两个表面均是球面的。第一透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第一透镜由玻璃材料形成。然而，第一透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第一透镜可由塑料材料形成。

第一透镜具有折射率。例如，第一透镜的折射率为1.70或更大。第一透镜具有比第二透镜的阿贝数低的阿贝数。在实施例中，第一透镜的阿贝数可以是50或更小。

第二透镜具有屈光力。例如，第二透镜具有负屈光力。第二透镜的一个表面凸出。在实施例中，第二透镜的物方表面凸出。

第二透镜具有球面表面。例如，第二透镜的两个表面均是球面的。第二透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第二透镜由玻璃材料形成。然而，第二透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第二透镜可由塑料材料形成。

第二透镜具有折射率。例如，第二透镜的折射率是1.550或更小。第二透镜具有比第一透镜的阿贝数高的阿贝数。在实施例中，第二透镜的阿贝数是60或更大。

第三透镜具有屈光力。例如，第三透镜具有负屈光力。第三透镜的一个表面凸出。在实施例中，第三透镜的像方表面凸出。

第三透镜具有球面表面。例如，第三透镜的两个表面均是球面的。第三透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第三透镜由玻璃材料形成。然而，第三透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第三透镜可由塑料材料形成。

第三透镜具有折射率。例如，第三透镜的折射率是1.80或更大。第三透镜具有比第二透镜的阿贝数低的阿贝数。在实施例中，第三透镜的阿贝数是50或更小。

第四透镜具有屈光力。例如，第四透镜具有正屈光力。第四透镜的一个表面凸出。在实施例中，第四透镜的物方表面凸出。

第四透镜具有球面表面。例如，第四透镜的两个表面均是球面的。第四透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第四透镜由玻璃材料形成。然而，第四透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第四透镜可由塑料材料形成。

第四透镜具有折射率。例如，第四透镜的折射率是1.70或更大。第四透镜具有比其相邻透镜(即，第三透镜和第五透镜)的阿贝数低的阿贝数。在实施例中，第四透镜的阿贝数是40或更小。

第五透镜具有屈光力。例如，第五透镜具有正屈光力。第五透镜的一个表面凸出。在实施例中，第五透镜的像方表面凸出。

第五透镜具有球面表面。例如，第五透镜的两个表面均是球面的。第五透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第五透镜由玻璃材料形成。然而，第五透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第五透镜可由塑料材料形成。

第五透镜具有折射率。例如，第五透镜的折射率是1.70或更小。第五透镜具有比其相邻透镜(即，第四透镜和第六透镜)的阿贝数高的阿贝数。在实施例中，第五透镜的阿贝数是50或更大。

第六透镜具有屈光力。例如，第六透镜具有负屈光力。第六透镜的一个表面凹入。在实施例中，第六透镜的物方表面凹入。

第六透镜具有球面表面。例如，第六透镜的两个表面均是球面的。第六透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第六透镜由玻璃材料形成。然而，第六透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第六透镜可由塑料材料形成。

第六透镜具有折射率。例如，第六透镜的折射率是1.80或更大。第六透镜可具有比其相邻透镜(即，第五透镜和第七透镜)的阿贝数低的阿贝数。在实施例中，第六透镜的阿贝数是30或更小。

第七透镜具有屈光力。例如，第七透镜具有正屈光力。第七透镜的一个表面凸出。在实施例中，第七透镜的物方表面凸出。

第七透镜具有球面表面。例如，第七透镜的两个表面均是球面的。第七透镜由具有高程度的光透射率和优良可加工性的材料形成。在示例中，第七透镜由玻璃材料形成。然而，第七透镜的材料不限于玻璃。在另一示例中，第七透镜可由塑料材料形成。

第七透镜具有折射率。例如，第七透镜的折射率是1.60或更大。第七透镜具有比第六透镜的阿贝数高的阿贝数。在实施例中，第七透镜的阿贝数是60或更大。

光学成像系统具有一个或更多个非球面透镜。例如，第一透镜至第七透镜中的一个或更多个可具有非球面表面。如上所述，包括一个或更多个非球面透镜的光学成像系统有利于实现高分辨率。作为参考，非球面表面可通过等式1来表示。

【等式1】

在等式1中，c表示透镜的曲率半径的倒数，k表示圆锥常数，r表示从透镜的非球面表面上的某点到光轴的距离，A到H表示非球面系数，Z(或SAG)表示透镜的非球面表面上的在到光轴的距离为r处的某点与和所述透镜的所述非球面表面的顶点相交的切平面之间的距离。

光学成像系统包括图像传感器。图像传感器被构造为提供高分辨率。图像传感器的表面形成成像面，图像聚焦在所述成像面上。

光学成像系统包括光阑。光阑设置在两个透镜之间。例如，光阑可设置在第四透镜与第五透镜之间。如上所述设置的光阑调节入射在图像传感器上的光量。

光阑被构造为将光学成像系统的屈光力分为两部分。例如，位于光阑前面(物方)的透镜的总屈光力为负，位于光阑后面(成像面侧)的透镜的总屈光力为正。这样的布置可有利于在加宽光学成像系统的视角的同时减小光学系统的总长度。

光学成像系统包括滤光器。滤光器设置在第七透镜与图像传感器之间，以去除限制分辨率的成分。例如，滤光器可阻截红外波长的光。滤光器具有折射率。例如，滤光器的折射率可以是1.50或更大。滤光器具有与第七透镜的阿贝数基本相似的阿贝数。例如，滤光器的阿贝数是60或更大。

光学成像系统被构造为显著地减小由于温度导致的焦距的变化。例如，在光学成像系统中，具有正屈光力的第四透镜、第五透镜和第七透镜可具有3或更大的弱屈光力。

如上所述构造的光学成像系统即使在高温和低温下也具有一致的分辨率。因此，即使在光学成像系统安装在诸如车辆的前保险杠和后保险杠的容易暴露于外部环境的地方时，也可为用户提供清晰的图像。

此外，如上所述构造的光学成像系统具有150度或更大的宽视角。因此，光学成像系统不仅可应用于车辆的监控摄像机，而且可应用于诸如用于无人驾驶飞机的监控摄像机的需要宽视角的摄像机。

接下来，将描述根据示例的光学成像系统。首先，将参照图1描述根据示例的光学成像系统的形状。光学成像系统100包括具有相应屈光力的透镜。例如，光学成像系统100包括第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170。

在第一示例中，第一透镜110具有负屈光力。第一透镜110的物方表面凸出且第一透镜110的像方表面凹入。第二透镜120具有负屈光力。第二透镜120的物方表面凸出且第二透镜120的像方表面凹入。第三透镜130具有负屈光力。第三透镜130的物方表面凹入且第三透镜130的像方表面凸出。第四透镜140具有正屈光力。第四透镜140的物方表面凸出且第四透镜140的像方表面凹入。

第五透镜150具有正屈光力。第五透镜150的两个表面均凸出。第六透镜160具有负屈光力。第六透镜160的两个表面均凹入。第七透镜170具有正屈光力。第七透镜170的两个表面均凸出。

光学成像系统100包括光阑ST。光阑ST设置在第四透镜140与第五透镜150之间。如上所述设置的光阑ST阻截造成横向像差(彗差)、像散、直线畸变和横向色差的周围的光，以提高光学成像系统100的分辨率。

光学成像系统100包括滤光器180。滤光器180设置在第七透镜170与成像面190之间。滤光器180阻截红外光，并且防止异物渗入到成像面。

光学成像系统100包括图像传感器。图像传感器形成成像面190，通过透镜折射的光使图像形成在成像面190中。

光学成像系统100包括胶合透镜。例如，在光学成像系统100中，第五透镜150和第六透镜160以彼此粘合的构造来设置。第五透镜150和第六透镜160的胶合表面朝向像凸出。例如，第五透镜150的像方表面可凸出，且第六透镜160的物方表面可凹入。

光学成像系统100具有宽视角。例如，光学成像系统100具有195度的视角。光学成像系统100具有低F数。例如，光学成像系统100的F数是2.0。作为参考，光学成像系统100的总焦距是1.9mm。

参照图2和3，将对在高温或低温下的光学成像系统的调制传递函数(MTF)特性进行描述。作为参考，图2是示出光学成像系统100的在常温的MTF与在零上85摄氏度的MTF偏差的曲线图。图3是示出光学成像系统100的在常温的MTF与在零下40摄氏度的MTF偏差的曲线图。

根据第一示例的光学成像系统100即使在高温或低温下也具有一致的分辨率。例如，光学成像系统100可实现光轴中心的从0摄氏度至94摄氏度MTF值基本一致的特性。如图2所示，即使在零上85摄氏度或更高的高温环境中也实现这些特性。类似地，光学成像系统100可实现光轴中心的从0摄氏度至98摄氏度MTF值基本一致的特性。再如图3所示，即使在零下40摄氏度或更低的低温环境中也实现这些特性。

因此，根据第一示例的光学成像系统100应用于频繁向外暴露或经常向外暴露的摄像机，以获得高分辨率的图像。如上所述，表1和2中列出了根据第一示例的光学成像系统100的透镜特性和非球面特性。

【表1】

【表2】

接下来，将参照图4描述根据另一示例的光学成像系统的形状。光学成像系统200包括具有相应屈光力的透镜。例如，光学成像系统200包括第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240、第五透镜250、第六透镜260和第七透镜270。

在示例中，第一透镜210具有负屈光力。第一透镜210的物方表面凸出且第一透镜210的像方表面凹入。第二透镜220具有负屈光力，第二透镜220的物方表面凸出，且第二透镜220的像方表面凹入。第三透镜230具有负屈光力。第三透镜230的物方表面凹入，且第三透镜230的像方表面凸出。

第四透镜240具有正屈光力。第四透镜240的两个表面均凸出。第五透镜250具有正屈光力。第五透镜250的两个表面均凸出。第六透镜260具有负屈光力。第六透镜260的两个表面均凹入。第七透镜270具有正屈光力。第七透镜270的两个表面均凸出。

光学成像系统200包括光阑ST。光阑ST设置在第四透镜240与第五透镜250之间。如上所述设置的光阑ST阻截造成横向像差(彗差)、像散、直线畸变和横向色差的周围的光，以提高光学成像系统200的分辨率。

光学成像系统200包括滤光器280。滤光器280设置在第七透镜270与成像面290之间。滤光器280阻截红外光，并且防止异物渗入到成像面。

光学成像系统200包括图像传感器。图像传感器形成成像面290，通过透镜折射的光使图像形成在成像面290中。

光学成像系统200包括胶合透镜。例如，在光学成像系统200中，第五透镜250和第六透镜260以彼此粘合的构造来设置。第五透镜250和第六透镜260的胶合表面朝向像凸出。例如，第五透镜250的像方表面可凸出，并且第六透镜260的物方表面可凹入。

光学成像系统200具有宽视角。例如，光学成像系统200具有150度的视角。光学成像系统200具有低F数。例如，光学成像系统200的F数是2.05。作为参考，光学成像系统200的总焦距是1.85mm。如上所述，表3和4中列出了根据第二示例的光学成像系统200的透镜特性和非球面特性。

【表3】

【表4】

如上所述，根据示例，无论温度如何变化，光学成像系统都具有一致的分辨率。虽然本公开包括具体示例，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种改变。这里所描述的示例将被理解为仅是描述性的含义，而非限制的目的。

每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果按照不同的方式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增补所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式来限定，而由权利要求及其等同物来限定，并且在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包含于本公开中。