一种驾驶辅助光学镜头及其成像方法与流程

本发明涉及镜头，具体为一种驾驶辅助光学镜头及其成像方法，尤其涉及一种大光圈、大靶面、高解析力的驾驶辅助镜头。

背景技术：

1、随着l2+级别及以上智能驾驶逐步普及，车辆需要同时完成低速泊车近距离探测与行车过程侧方盲区中远距离目标识别。当前车载感知镜头分为侧视镜头与环视鱼眼镜头两大类，二者独立使用、无法兼容多工况需求。传统侧视镜头视场角较小，难以覆盖车身周边近距离区域；常规环视鱼眼镜头视场过大，畸变难以控制，边缘成像质量快速衰减，远距离目标识别能力不足。同时，现有同类车载镜头普遍存在光圈尺寸有限，低照度环境进光量不足，夜间、隧道场景成像信噪比差；多数产品适配小靶面图像传感器，成像幅面受限，难以搭载高像素芯片，全域分辨率一致性较差。目前缺少同时具备大光圈、大靶面适配能力、全视场高分辨率特性的中等视场车载光学镜头，无法依靠单一种类镜头同时满足泊车近距离感知与行车侧方障碍物、车道线远距离检测的双重需求。

2、因此，亟需设计一款光学参数性能优化的车载镜头，平衡视场范围、畸变水平、通光能力与全视场解像性能，实现环侧一体化感知应用。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种驾驶辅助光学镜头及其成像方法，镜头具备大光圈、大靶面、高解析力，以实现环侧一体化感知应用。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种驾驶辅助光学镜头，所述镜头的光学系统由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜组成，第四透镜和第五透镜之间设置有光阑；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为双凹负透镜；第三透镜为双凸正透镜；第四透镜为正透镜，其物侧面为凸面；第五透镜为正透镜，其物侧面为凸面；第六透镜为双凸正透镜；第七透镜为负透镜，其物侧面为凹面；第八透镜为弯月负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所有的透镜均由玻璃材料制成，其中，第五、第八透镜为玻璃非球面透镜，第二和第三透镜为胶合透镜组，第六和第七透镜为胶合透镜组；其中，第四透镜的像侧面可选的为凸面或凹面；第五透镜的像侧面可选的为凸面或凹面；第七透镜的像侧面可选的为凸面或凹面。

3、优选的，设定光学系统的焦距为f，满足4.0mm＜f＜6.0mm；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、第八透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8，第二和第三透镜组成的胶合透镜组的焦距为f23，第六和第七透镜组成的胶合透镜组的焦距为f67；其中f23、f67与f满足以下关系式：-2＜|f23/f|＜10，|(1/f23+1/f67)·f|＜0.4；f5与f8满足以下关系式：|f8/f5|>5。

4、优选的，第一透镜满足关系式：1.4≤≤1.7，≥50.0；第二透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≤50.0；第三透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≥40.0；第四透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≤50.0；第五透镜满足关系式：1.2≤≤1.6，≥50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≥50.0；第七透镜满足关系式：1.5≤≤2.0，≤50.0；第八透镜满足关系式：1.5≤≤2.0，≤50.0；其中为折射率，为阿贝数。

5、优选的，第二透镜的折射率nd2、阿贝数vd2与第三透镜的折射率nd3、阿贝数vd3满足关系式：0＜|(vd2-vd3)·(nd2-nd3)|＜3；第六透镜的折射率nd6、阿贝数vd6与第七透镜的折射率nd7、阿贝数vd7满足关系式：10＜|(vd6-vd7)·(nd6-nd7)|＜25。

6、优选的，各镜片之间的轴上距离满足以下关系，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：3.0~5.0mm；第二透镜与第三透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为：0.1~1.0mm；第四透镜与光阑的空气间隔为：1.0~4.0mm；光阑与第五透镜的空气间隔为：-1.0~1.0mm；第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为：0.1~2.0mm；第六透镜与第七透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第七透镜与第八透镜的空气间隔为：1.0~5.0mm。

7、优选的，第五、第八透镜的非球面曲线方程表达式为：

8、

9、其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；、、、、、、、均为高次项系数；r＝1/c。

10、优选的，光学系统的光圈数fno满足1.4≤fno≤2.0。

11、优选的，光学系统的最大半视场角fov满足38°＜fov＜52°。

12、优选的，光学系统的光学总长度ttl与光学系统的焦距f及光圈数fno之间满足：7＜ttl·fno / f ＜10；光学系统的像高ih与光学系统的焦距f和光学总长度ttl之间满足：(ttl-ih)/fno>14。

13、一种驾驶辅助光学镜头的成像方法，按以下步骤进行：摄像头的光学系统依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜后成像。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明提供的一种驾驶辅助光学镜头采用八片光学镜片，由两个玻璃非球面镜片加六个玻璃球面镜片构成成像系统。通过优化各镜片曲率半径、中心厚度、空气间隔及材料配比，匹配大光圈通光设计，有效提升系统进光量；同时优化镜头光学系统适配大尺寸成像靶面，兼容高像素图像传感器，充分发挥大靶面画幅成像优势，同时镜片全玻璃材质适配车载镜头不同温度下的使用场景，成像效果更稳定。

16、2、该镜头采用85°左右的适中水平视场角设计，摒弃传统鱼眼镜头超大视场带来的严重畸变缺陷，通过高阶像差优化平衡球差、彗差、色差及场曲，大幅抑制全视场光学畸变，保证画面形变量可控；同时对镜头全视场调制传递函数进行全域优化，使镜头中心视场至边缘视场均保持高解像力，实现全视场高分辨率均匀成像。

17、3、本发明通过光学结构的精准配比，在保证大光圈、大靶面成像规格的前提下，实现视场覆盖范围、畸变控制、通光能力、解析性能的多维平衡，使单颗镜头可同时适配车辆低速泊车近距离周视成像与高速行车侧方中远距离目标识别的双重应用场景。

18、4、采用两组胶合镜组相对光焦度与总光焦度约束，平衡色差、畸变，控制曲率与量产公差敏感性；胶合对折射率-阿贝数乘积约束，保障消色差能力，同时兼顾车载玻璃材料环境稳定性。

19、5、采用两片玻璃非球面，通过控制结合两片玻璃非球面光焦度，结合总长、光圈、焦距组合约束，兼顾像差校正与车载整机体积。

20、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

1.一种驾驶辅助光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜组成，第四透镜和第五透镜之间设置有光阑；在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下，第一透镜为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜为双凹负透镜；第三透镜为双凸正透镜；第四透镜为正透镜，其物侧面为凸面；第五透镜为正透镜，其物侧面为凸面；第六透镜为双凸正透镜；第七透镜为负透镜，其物侧面为凹面；第八透镜为弯月负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所有的透镜均由玻璃材料制成，其中，第五、第八透镜为玻璃非球面透镜，第二和第三透镜为胶合透镜组，第六和第七透镜为胶合透镜组；其中，第四透镜的像侧面可选的为凸面或凹面；第五透镜的像侧面可选的为凸面或凹面；第七透镜的像侧面可选的为凸面或凹面。

2.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：设定光学系统的焦距为f，满足4.0mm＜f＜6.0mm；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、第八透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8，第二和第三透镜组成的胶合透镜组的焦距为f23，第六和第七透镜组成的胶合透镜组的焦距为f67；其中f23、f67与f满足以下关系式：-2＜|f23/f|＜10，|(1/f23+1/f67)·f|＜0.4；f5与f8满足以下关系式：|f8/f5|>5。

3.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：第一透镜满足关系式：1.4≤≤1.7，≥50.0；第二透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≤50.0；第三透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≥40.0；第四透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≤50.0；第五透镜满足关系式：1.2≤≤1.6，≥50.0；第六透镜满足关系式：1.5≤≤1.8，≥50.0；第七透镜满足关系式：1.5≤≤2.0，≤50.0；第八透镜满足关系式：1.5≤≤2.0，≤50.0；其中为折射率，为阿贝数。

4.根据权利要求3所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：第二透镜的折射率nd2、阿贝数vd2与第三透镜的折射率nd3、阿贝数vd3满足关系式：0＜|(vd2-vd3)·(nd2-nd3)|＜3；第六透镜的折射率nd6、阿贝数vd6与第七透镜的折射率nd7、阿贝数vd7满足关系式：10＜|(vd6-vd7)·(nd6-nd7)|＜25。

5.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：各镜片之间的轴上距离满足以下关系，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为：3.0~5.0mm；第二透镜与第三透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为：0.1~1.0mm；第四透镜与光阑的空气间隔为：1.0~4.0mm；光阑与第五透镜的空气间隔为：-1.0~1.0mm；第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为：0.1~2.0mm；第六透镜与第七透镜为胶合透镜组，空气间隔为0mm；第七透镜与第八透镜的空气间隔为：1.0~5.0mm。

6.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：第五、第八透镜的非球面曲线方程表达式为：

7.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：光学系统的光圈数fno满足1.4≤fno≤2.0。

8.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：光学系统的最大半视场角fov满足38°＜fov＜52°。

9.根据权利要求1所述的驾驶辅助光学镜头，其特征在于：光学系统的光学总长度ttl与光学系统的焦距f及光圈数fno之间满足：7＜ttl·fno / f ＜10；光学系统的像高ih与光学系统的焦距f和光学总长度ttl之间满足：(ttl-ih)/fno>14。

10.一种如权利要求1-9任一所述的驾驶辅助光学镜头的成像方法，其特征在于，按以下步骤进行：摄像头的光学系统依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜后成像。