一种环视广角无热化镜头及汽车全景环视系统的制作方法

本发明涉及光学镜头技术领域，具体为一种环视广角无热化镜头及汽车全景环视系统。

背景技术：

随着图像和计算机视觉技术的快速发展，越来越多的技术被应用到汽车电子领域，传统的基于图像的倒车影像系统只在车尾安装摄像头，只能覆盖车尾周围有限的区域，而车辆周围和车头的盲区无疑增加了安全驾驶的隐患，在狭隘拥堵的市区和停车场容易出现碰撞和刮蹭事件。为扩大驾驶员视野，就必须能感知360°全方位的环境，这就需要多个视觉传感器的相互协同配合作用然后通过视频合成处理，形成全车周围的一整套的视频图像，就是有这类需求，全景视觉泊车辅助系统应运而生。

全景环视系统在汽车周围架设能覆盖车辆周边所有视场范围的4到8个环视摄像头，对同一时刻采集到的多路视频影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。不仅非常直观，而且不存在任何盲点，可以提高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。

目前，摄像镜头市场上主要的普通广角镜头，一般采用全玻璃结构畸变过大，抑或采用仅第一枚玻璃镜片其他都采用塑胶材料结构，温度补偿表现欠佳，无法满足高端车载市场应用。市场上现有环视镜头存在诸多缺陷，如视场角不足、畸变过大、生产成本高、成像质量不佳、温度补偿特性不佳、结构复杂等，难以满足用户需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种环视广角无热化镜头，解像力高，光学畸变小，缩小镜头尺寸，提高镜头的综合性能并节约了成本，同时，本发明还提供了包含了该环视广角无热化镜头的汽车全景环视系统。

其技术方案是这样的：一种环视广角无热化镜头，其包括从物方至像方依次设置的：前透镜群组、光阑、以及后透镜群组；其特征在于：所述前透镜群组包括从物方至像方依次设置的：

第一透镜，具有负的光焦度，所述第一透镜的物面侧为凸面，所述第一透镜的像面侧为凹面；

第二透镜，具有负的光焦度，所述第二透镜的物面侧为凸面，所述第二透镜的像面侧为凹面；

第三透镜，具有正的光焦度，所述第三透镜的物面侧为凸面，所述第三透镜的像面侧为凸面；

所述后透镜群组包括从物方至像方依次设置的：

第四透镜，具有负的光焦度，所述第四透镜的物面侧为凸面，所述第三透镜的像面侧为凹面；

第五透镜，具有正的光焦度，所述第五透镜的物面侧为凸面，所述第三透镜的像面侧为凸面；

其中，所述第四透镜与所述第五透镜光学胶结；

同时，满足如下关系：

-6<f1<-5,-4<f2<-23,2<f3<3,-2<f4<-1,0<f5<1，

-4<f1/f<-3,-3<f2/f<-2,1<f3/f<2,-1<f4/f<0,0<f5/f<1

其中，f1为第一透镜的焦距值，f2为第二透镜的焦距值，f3为第三透镜的焦距值，f4为第四透镜的焦距值，f5为第五透镜的焦距值，f为环视广角无热化镜头的焦距值。

进一步的，所述第一透镜为玻璃透镜，所述第二透镜为塑胶透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，所述第四透镜为塑胶透镜，所述第五透镜为塑胶透镜。

进一步的，所述第一透镜的两个侧面均为球面，所述第二透镜的两个侧面均为非球面，所述第三透镜的两个侧面均为球面，所述第四透镜的两个侧面均为非球面，所述第五透镜的两个侧面均为非球面。

进一步的，所述第一透镜还满足以下条件：1.7＜nd1＜1.9，40＜vd1＜60；其中，所述nd1为第一透镜的光折射率，所述vd1为第一透镜的阿贝常数；

所述第二透镜还满足以下条件：1.5＜nd2＜1.6，50＜vd2＜70；其中，所述nd2为第二透镜的光折射率，所述vd2为第二透镜的阿贝常数；

所述第三透镜还满足以下条件：1.7＜nd3＜1.9，20＜vd3＜35；其中，所述nd3为第三透镜的光折射率，所述vd3为第三透镜的阿贝常数；

所述第四透镜还满足以下条件：1.5＜nd4＜1.7，20＜vd4＜30；其中，所述nd4为第四透镜的光折射率，所述vd4为第四透镜的阿贝常数；

所述第五透镜还满足以下条件：1.4＜nd5＜1.6，50＜vd5＜60；其中，所述nd5为第五透镜的光折射率，所述vd5为第五透镜的阿贝常数。

进一步的，还包括ir滤波片以及保护玻璃，所述ir滤波片位于所述第五透镜远离物方的一侧，所述保护玻璃位于所述ir滤波片远离物方的一侧。

进一步的，环视广角无热化镜头的全视场角fov大于200°。

进一步的，环视广角无热化镜头的焦移量小于10μm。

进一步的，环视广角无热化镜头的光焦度分配满足：在低温-40℃至高温﹢125℃的区间内，焦移±10μm以内的要求。

进一步的，环视广角无热化镜头的光学总长为ttl，所述环视广角无热化镜头满足下列关系式：ttl<13mm。

一种汽车全景环视系统，其特征在于，包括上述的环视广角无热化镜头。

本发明的环视广角无热化镜头，采用较少的5片镜片，实现了超广角，全视场角高于200°、结构简单、具有较短光学总长，满足广角镜头的拍摄要求，并且很好地控制了杂散光，其易加工、结构简单，降低生产成本；第二、四和五透镜采用非球面镜片的使用保证镜头高清晰度的成像质量；第一、三透镜为玻璃透镜，第二、四、五透镜为塑胶透镜，通过不同特性的光学材料的相互组合，采用较少玻璃与塑胶镜片组合的方式降低成本；其实现-40-125℃不同温度下自适应调整光学系统的成像性能，使焦移量控制在10μm之内，镜头后端加入滤光片，过滤红外波段对成像的干扰，有效提升了镜头的成像品质。

附图说明

图1为本发明的环视广角无热化镜头的结构组合图；

图2为实施例中的环视广角无热化镜头的mtf曲线图；

图3为实施例中的环视广角无热化镜头的畸变曲线图；

图4为实施例中的环视广角无热化镜头的在25℃时的离焦曲线图；

图5为实施例中的环视广角无热化镜头的在-40℃时的离焦曲线图；

图6为实施例中的环视广角无热化镜头的在125℃时的离焦曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1，本发明提供了一种环视广角无热化镜头，包括从物方至像方依次设置的前透镜群组100、光阑300、后透镜群组200、成像面400；在图1中，物方位于图中的左侧，像方位于图中的右侧，从图中的左侧到右侧即为从物方至像方。

前透镜群组100，前透镜群组应设于物方，即距离物体较近的一侧，具体包括：

第一透镜110，具有负的光焦度，第一透镜的物面侧s1为凸面，第一透镜的像面侧s2为凹面；

第二透镜120，具有负的光焦度，第二透镜的物面侧s3为凸面，第二透镜的像面侧s4为凹面；

第三透镜130，具有正的光焦度，第三透镜的物面侧35为凸面，第三透镜的像面侧s6为凸面；

后透镜群组200包括从物方至像方依次设置的：

第四透镜210，具有负的光焦度，第四透镜的物面侧s8为凸面，第三透镜的像面侧s9为凹面；

第五透镜220，具有正的光焦度，第五透镜的物面侧s10为凸面，第三透镜的像面侧s11为凸面；

其中，第四透镜210与第五透镜220光学胶结；

同时，满足如下关系：

-6<f1<-5,-4<f2<-23,2<f3<3,-2<f4<-1,0<f5<1，

-4<f1/f<-3,-3<f2/f<-2,1<f3/f<2,-1<f4/f<0,0<f5/f<1

其中，f1为第一透镜的焦距值，f2为第二透镜的焦距值，f3为第三透镜的焦距值，f4为第四透镜的焦距值，f5为第五透镜的焦距值，f为环视广角无热化镜头的焦距值。

在本实施例中，优选的，第一透镜110为玻璃透镜，第二透镜120为塑胶透镜，第三透镜130为玻璃透镜，第四透镜210为塑胶透镜，第五透镜220为塑胶透镜，其靠近物侧面的第一透镜的材料设置为玻璃镜片，可以提高该环视广角无热化镜头的防火、耐高温、耐高湿及防刮擦能力，提高了环视广角无热化镜头在恶劣环境中工作的稳定性，其距离物侧较远的第二透镜、第四透镜、第五透镜设置为塑胶镜片，可以减少该环视广角无热化镜头的总重量。

在本实施例中，第一透镜110的两个侧面均为球面，第二透镜120的两个侧面均为非球面，第三透镜130的两个侧面均为球面，第四透镜210的两个侧面均为非球面，第五透镜220的两个侧面均为非球面。

非球面满足如下公式：

其中，z(h)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＝1/r，r表示非球面镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a、b、c、d、e、f、g为高次非球面系数。

优选的，第一透镜还满足以下条件：1.7＜nd1＜1.9，40＜vd1＜60；其中，nd1为第一透镜的光折射率，vd1为第一透镜的阿贝常数；

第二透镜还满足以下条件：1.5＜nd2＜1.6，50＜vd2＜70；其中，nd2为第二透镜的光折射率，vd2为第二透镜的阿贝常数；

第三透镜还满足以下条件：1.7＜nd3＜1.9，20＜vd3＜35；其中，nd3为第三透镜的光折射率，vd3为第三透镜的阿贝常数；

第四透镜还满足以下条件：1.5＜nd4＜1.7，20＜vd4＜30；其中，nd4为第四透镜的光折射率，vd4为第四透镜的阿贝常数；

第五透镜还满足以下条件：1.4＜nd5＜1.6，50＜vd5＜60；其中，nd5为第五透镜的光折射率，vd5为第五透镜的阿贝常数。

为了进一步优化该环视广角无热化镜头的性能，本实施方式的该环视广角无热化镜头还包括ir滤波片500以及保护玻璃600。

具体地，ir滤波片500位于第五透镜220远离物方的一侧，保护玻璃600位于ir滤波片500远离物方的一侧，ir滤波片500的主要作用是过滤红外波段对成像的干扰，有效提升了镜头的成像品质，保护玻璃600的主要作用是用于保护感光组件。

在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、ir滤波片、保护玻璃满足如下如所示的条件：

表1

表1中光阑、ir滤光片和保护玻璃表面的曲率半径为infinity时，表示此表面为平面。

优选地，ir滤波片采用选用线折射率为1.52、阿贝常数为64的光学玻璃；优选地，保护玻璃选用折射率为1.52、阿贝常数为64的光学玻璃。

其中，第二透镜120、第四透镜210、第五透镜220的两个侧面均为非球面，非球面系数具体见下表2：

表2

对上述实施例中的环视广角无热化镜头进行光学测试，图2为上述实施例中的环视广角无热化镜头的mtf曲线图，图2中横坐标为空间频率，纵坐标为对比度；tsdiff.limit为子午和弧矢方向的衍射极限，ts0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线，ts100.00(deg)表示在像面100.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线，这里可见全视场角达到200；mtf是目前使用比较普遍的一种像质评价指标，称为调制传递函数。调制传递函数mtf：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。调制传递函数mtf可用于表示光学系统的特征，mtf越大，表示系统的成像质量越好，由图2可见，本实施例中的环视广角无热化镜头的成像质量好。

图3为上述实施例中的环视广角无热化镜头的畸变曲线图，左图为场曲曲线图，场曲图的纵坐标是视场角，横坐标是像点偏离近轴像面的距离，t表示子午场曲，s表示弧矢场曲。右图为畸变曲线图，畸变图的纵坐标是视场角，横坐标是畸变百分比，场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，分为子午场曲和弧矢场曲。畸变属于主光线像差，反映物象的相似程度，该具体实施例中的环视广角无热化镜头，其光学畸变较小，影像清晰。

图4为上述实施例中的环视广角无热化镜头在25℃时的离焦曲线图，图5为上述实施例中的环视广角无热化镜头在-40℃时的离焦曲线图，图6为上述实施例中的环视广角无热化镜头在125℃时的离焦曲线图，横坐标离焦量，以毫米为单位，纵坐标对比度；ts0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线；离焦曲线图表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。查看不同的视场、某一离焦量范围内特征频率处的传递函数值，由图4、5、6可见，本实施例中的环视广角无热化镜头的保证了在低温-40℃至高温125℃下的区间内的光学特性稳定的成像要求，实现了在-40℃-125℃下自适应调整光学系统的成像性能。

本发明还提供了一种汽车全景环视系统，包括上述的环视广角无热化镜头。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。