一种4K像素行车记录仪光学系统及其成像方法

技术领域

本发明涉及一种4K像素行车记录仪光学系统及其成像方法。

背景技术

近年来，随着汽车数量的增加、路况更加复杂，行车记录影像仪被广泛地应用于车载监控系统中，为驾驶员提供车辆行驶过程中的实时录像功能，为交通事故提供证据。同时，随着用户需求的不断提高，对行车记录影像仪的性能提出了更高的要求。

常见的行车记录仪镜头视场范围一般在180°以下，F数在2.0～2.8之间，一般采用6-7片的全玻璃透镜结构，镜头体型较大，重量较重，无法满足小型化的要求，制造成本较高；光圈较小，导致大视场角处边缘通光量不足，边缘成像不够清晰，总体成像质量受到影响。如中国专利CN111624736A中描述的超薄车载镜头虽然采用全塑胶镜片，总长很短，为4.78mm，满足小型化需求，但全视场角较小，为76°。中国专利CN209707736U中描述的车载镜头使用6片全玻璃材料的设计，全视场角为160°，总长较短(17.8mm)，但只有两百万像素。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是常见的行车记录仪镜头视场范围一般在180°以下，F数在2.0～2.8之间，一般采用6-7片的全玻璃透镜结构，镜头体型较大，重量较重，无法满足小型化的要求。

本发明的具体实施方案是：一种4K像素行车记录仪光学系统，所述光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次间隔设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7及第八保护玻璃。所述第一透镜L1为弯月负透镜，第二透镜L2为双凹负透镜，第三透镜L3为双凸正透镜，第四透镜L4为双凸正透镜，第五透镜L5为双凸正透镜，第六透镜L6为弯月负透镜，第七透镜L7为双凸正透镜；所述第一透镜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为球面透镜，所述第七透镜L7为非球面透镜，所述第八保护玻璃为平行平板。

进一步的，所述第一透镜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、第七透镜L7及第八保护玻璃均由玻璃材质制成。

进一步的，所述第二透镜L2与第三透镜L3互相胶合形成胶合透镜。所述第五透镜L5与第六透镜L6互相胶合形成胶合透镜。

进一步的，所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔为4.5±5％mm，所述第三透镜L3与第四透镜L4之间的空气间隔为0.1±5％mm，所述第四透镜L4与第五透镜L5之间的空气间隔为2.1±5％mm；所述第六透镜L6与第七透镜L7之间的空气间隔为1.6± 5％mm。

进一步的，所述光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为f

进一步的，所述的第一透镜满足关系式：N

进一步的，所述光学系统的光学总长度TTL与所述光学系统的焦距F之间满足：TTL/F≤15。

本发明还包括一种4K像素行车记录仪光学系统的成像方法，包括采用如上所述的4K像素行车记录仪光学系统，并按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和保护玻璃后成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)采用单片模压玻璃的结构，相比于玻塑混合设计，可以更好低适应极端气温，提供更稳定的像质。系统整体可靠性高，装配敏感度降低，使得良率提高，成本降低，有利于大规模生产；同时保证较大视场角、较大通光口径，进光量充足，边缘成像质量好；

(2)通过合理的玻璃材料搭配以及镜片光焦度分配，整个光学系统的轴向色差与横向色差得到了很好地校正，合理的面型设计也使得整个光学系统的高级像差得到有效校正，同时每个镜面的光线入射角小，系统总体成像质量优良。

附图说明

图1是本发明实施例的光学结构示意图；

图2是本发明实施例的可见光MTF曲线图；

图3是本发明实施例的轴向色差曲线图；

图4是本发明实施例的横向色差曲线图。

图中：

1-第一透镜L1；2-第二透镜L2；3-第三透镜L3；4-第四透镜L4；STO-光阑；5-第五透镜 L5；6-第六透镜L6；7-第七透镜L7；8-保护透镜L8；IMG-成像面。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种4K像素行车记录仪光学系统，所述光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次间隔设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑STO、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八保护玻璃L8。所述第二透镜 L2与第三透镜L3互相胶合形成胶合透镜。所述第五透镜L5与第六透镜L6互相胶合形成胶合透镜；成像时：光线自左向右依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八保护玻璃后成像。

本实施例中，所述第一透镜L1为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；该凸面朝向外侧的弯月形透镜可以尽量收集大视场的光线，使其进入光学系统。

本实施例中，所述第二透镜L2为双凹负透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；该透镜具有负的光焦度，可以使大视场光线的入射角度进一步降低，有利于减小主光线角度 CRA。

本实施例中，所述第三透镜L3为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。

本实施例中，所述第四透镜L4为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。

本实施例中，所述第五透镜L5为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。

本实施例中，所述第六透镜L6为弯月负正透镜，其物侧面为凹和像侧面为凸面。

本实施例中，所述第七透镜L7为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。

本实施例中，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为球面透镜，均由玻璃材质制成；第七透镜L7为非球面透镜，由玻璃材料制成。

本实施例中，所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔为4.5±5％mm，所述第三透镜L3与第四透镜L4之间的空气间隔为0.1±5％mm，所述第四透镜L4与第五透镜 L5之间的空气间隔为2.1±5％mm；所述第六透镜L6与第七透镜L7之间的空气间隔为1.6 ±5％mm。

本实施例中，所述光学系统的焦距为f，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为f

本实施例中，所述的第一透镜满足关系式：N

本实施例中，所述第七透镜L7的后侧设置有保护玻璃L8。

本实施例中，所述光学系统的光学总长度TTL与所述光学系统的焦距F之间满足：TTL/F≤15。

下表1示出了实施例1的光学系统的各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率N

本实施例采用了七片透镜作为示例，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，有效扩大镜头的视场角，缩短镜头总长度，保证镜头的小畸变与高照度；同时校正各类像差，提高镜头的解析度与成像品质。非球面面型Z由以下公式限定：

其中，为非球面沿光轴方向在高度为的位置时，距非球面顶点的离矢高；为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率为上表1中曲率半径的倒数)；为圆锥常数；A、B、C、D、E 均为高次项系数。表2示出了可用于本实施例中非球面透镜表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D、E。

下表2各为非球面透镜参数：

本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：

(1)焦距：EFFL＝4.13mm；(2)光圈F＝1.7；(3)视场角：2w≥145°；(4)光学畸变：＞-80％；(5)成像圆直径大于φ9.7；(6)工作波段：430～700nm；(7)光学总长TTL≤ 25mm，光学后截距BFL≥6.3mm；(8)该镜头适用于4k像素CCD或CMOS摄像机。

由图2可以看出，该光学系统在可见光波段的MTF表现良好，边缘视场在空间频率111pl/mm处，其MTF值大于0.3，中心视场在空间频率111pl/mm处，其MTF值大于0.6，可以达到4K高清的解像力需求。图3和图4为该光学系统的轴向色差曲线图与横向色差曲线图。由图3、图4可以看出，该光学系统的轴向色差小于0.015mm，横向色差在两倍艾里斑的范围内，得到较好地校正。综上可以看出，该光学系统具有优良的成像质量，完全满足 4k像素摄像要求。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。