车载全景鱼眼镜头的设计与制造

发布时间：2017-10-25 19:26

  本文关键词：车载全景鱼眼镜头的设计与制造

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【摘要】：近几年,随着科技的不断进步,精密机械的设计和加工技术的不断发展,以及成像芯片技术和塑胶非球面在各类光学镜头的广泛使用,有利推动了光学镜头的发展。基于常规视觉系统的视场范围已经不能满足人们的需求,因此,研究人员开始研究和开发具有超大视场角的鱼眼镜头。鱼眼镜头在艺术摄影、行车监控、运动检测、交通记录等领域有着广泛的应用,然而,鱼眼镜头在安防监控方面仍然会遇到视场角的瓶颈状态。为了满足安防监控市场的需求,需要进一步对鱼眼镜头大视场角、高解析度方向进行拓展研究。本文的主要目的是研究和设计了一款240°全景鱼眼镜头和一款高清车载鱼眼镜头。结合高新企业的技术平台及其相关生产设备,成功制造出240°全景鱼眼镜头产品,并使其具有量产性。主要的研究内容和结论如下:(1)介绍了鱼眼镜头的起源和发展历史,简述了鱼眼镜头在国内外相关领域的应用现状,说明了鱼眼镜头研究的理论意义和现实意义,并分析了车载安防监控市场中鱼眼镜头未来的发展方向。(2)阐述了鱼眼镜头的成像原理,重点分析了鱼眼镜头非相似成像原理公式。对鱼眼镜头的设计难点进行分析,简单说明了鱼眼镜头的设计思路。给后续鱼眼镜头的设计提供相应的指导和借鉴。(3)通过市场调查,确认一款240°全景鱼眼镜头的光学参数要求。根据相关专利的对比分析,选择出合适的光学系统结构,使用光学软件CODEV和ZEMAX对光学系统的初始结构进行修改和优化。成功设计出了视场角为240°,相对数值孔径为2.2,系统总长度为23mm的鱼眼镜头。光学系统优化后,对其像质和公差进行分析,其像差得到较好的校正,性能基本能满足要求。最后对240°车载全景鱼眼镜头的光学系统进行杂散光的模拟,有效的消除了杂散光。(4)通过一款高清车载鱼眼镜头的研究设计,从CODEV软件的具体设置方面补充性说明了鱼眼镜头的设计思路和优化方法。最后成功设计出一款视场角为197°,F数为2.4,总长为16.3mm的高清车载鱼眼镜头。然后对该系统的像质评价和公差分析,相对于普通VGA车载镜头,本设计的鱼眼镜头结构简单,成像质量更高。(5)重点研究了240°全景鱼眼镜头的生产制造过程。基于模具设计的相关知识,对240°全景鱼眼镜头的整体结构进行设计,其中包括塑胶镜片和塑胶镜筒的结构设计。分析了模具的结构设计和模具制造要点,最终确定模具结构和模具制造方案。分析了常用塑胶材料的物性,选择了性价比高的材料。通过对实验所用的注塑机的了解和注塑理论的分析和验证,解决了实际注塑过程中常见的问题,创新性的解决了关于塑胶产品内应力的问题,使塑胶产品生产顺利进行。(6)对生产出来的镜片进行镀膜,镀膜后镜片在可见光波段可以达到98%的透过率。对240°全景鱼眼镜头的各个部品进行组装。镜头组装完成后,使用投影检测的方法对成品镜头的解像进行评价。最终通过验证,该全景鱼眼镜头达到设计要求。
【关键词】：全景鱼眼镜头 CODEV 塑胶镜片 注塑成型
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 鱼眼镜头的来由和发展史15-16
• 1.3 鱼眼镜头国内外发展现状16-19
• 1.4 本文研究的意义19
• 1.5 本文研究的主要工作内容19-20
• 1.6 本论文研究创新点20-22
• 第二章 鱼眼镜头的理论22-31
• 2.1 鱼眼镜头结构和工作原理22-24
• 2.2 鱼眼镜头基本结构的像差校正24-26
• 2.2.1 色差校正24-25
• 2.2.2 场曲校正25-26
• 2.2.3 其他单色像差的校正26
• 2.3 鱼眼镜头“非相似”成像原理26-27
• 2.4 鱼眼镜头的设计难点及设计思路27-31
• 2.4.1 鱼眼镜头优化技术难点28-29
• 2.4.2 鱼眼镜头基本光学结构设计思路29-31
• 第三章 240°全景鱼眼镜头的设计31-49
• 3.1 镜头设计指标31
• 3.2 传感器的选择31-32
• 3.3 初始结构的选取32-37
• 3.3.1 基本结构33
• 3.3.2 校正结构33
• 3.3.3 初始结构的确定33-37
• 3.4 优化过程37-38
• 3.5 设计结果及像质评价38-44
• 3.5.1 光学传递函数39-41
• 3.5.2 光线像差图与点列图41-43
• 3.5.3 像散、场曲和畸变43
• 3.5.4 相对照度43-44
• 3.6 公差分析44-45
• 3.7 杂光模拟分析45-48
• 3.7.1 杂散光来源45-46
• 3.7.2 杂散光分析46-47
• 3.7.3 杂散光的抑制47-48
• 3.8 结论48-49
• 第四章 高清车载鱼眼镜头设计49-59
• 4.1 镜头设计指标49
• 4.2 初始结构的选取49-52
• 4.3 优化过程52-53
• 4.4 优化结果及像质评价53-57
• 4.4.1 光学传递函数54-56
• 4.4.2 点列图与光线像差图56-57
• 4.4.3 球差和场曲57
• 4.5 公差分析57-58
• 4.6 结论58-59
• 第五章 全景鱼眼镜头的结构设计与注塑模具设计59-72
• 5.1 全景鱼眼镜头结构设计59-64
• 5.1.1 塑胶镜筒结构设计59-62
• 5.1.2 塑胶镜片结构设计62-63
• 5.1.3 整体镜头的结构设计63-64
• 5.2 模具的结构设计64-70
• 5.2.1 模具设计的基本步骤64-65
• 5.2.2 模具的整体结构65-66
• 5.2.3 浇注系统设计66-67
• 5.2.4 温度调节系统设计67-70
• 5.2.5 模架系统设计70
• 5.3 模具制造要点70-72
• 5.3.1 模具制造的关键70
• 5.3.2 材料选用70-71
• 5.3.3 模具制造71-72
• 第六章 注塑分析72-81
• 6.1 塑胶材料选用72
• 6.2 本实验使用的注塑机72-73
• 6.3 注塑过程分析73-78
• 6.3.1 注塑成型参数74-75
• 6.3.2 注塑成型过程中遇到的常见问题75-77
• 6.3.3 注塑产品内应力问题及消除方法77-78
• 6.4 注塑产品检测78-81
• 6.4.1 中心厚检测79
• 6.4.2 失高面型检测79
• 6.4.3 外径检测79-80
• 6.4.4 偏芯检测80-81
• 第七章 镜片的镀膜、产品的组装与检测81-94
• 7.1 镜片的镀膜81-86
• 7.1.1 常用的光学薄膜81-82
• 7.1.2 本实验所用的真空镀膜机82-83
• 7.1.3 镀膜实例83-86
• 7.2 组装工艺86-89
• 7.2.1 组装镜头的基本元件86-87
• 7.2.2 组装工艺流程87-89
• 7.2.3 组装工具及相关设备89
• 7.3 成品镜头的测试89-94
• 7.3.1 几种常见的镜头检测方式90-92
• 7.3.2 车载鱼眼镜头性能测试实例92-94
• 第八章 总结与展望94-96
• 8.1 总结94-95
• 8.2 展望95-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-101
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目与科研成果101

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