CN106501921B

CN106501921B - 无人机摄像镜头

Info

Publication number: CN106501921B
Application number: CN201611187009.3A
Authority: CN
Inventors: 李伟娜; 高博
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: CN106501921A

Abstract

本发明提供一种无人机摄像镜头，从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光阑、第六透镜、第七透镜及第八透镜，第一透镜、第二透镜及第四透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片，第三透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃非球面镜片，第五透镜及第六透镜为双凸玻璃球面镜片，第五透镜与第四透镜组成胶合镜片，第七透镜为弯月型且凹面朝向物侧的玻璃球面镜片，第八透镜为双凸玻璃非球面镜片。本发明中的无人机摄像镜头，其全部采用玻璃镜片，可适应不同的温度场合，温度控制好，且成像清晰，锐利度高，解像品质高，可至少达到1200万以上像素。

Description

无人机摄像镜头

技术领域

本发明涉及镜头技术领域，特别涉及一种无人机摄像镜头。

背景技术

随着科学技术的不断发展，近年来，无人机行业迅猛发展，无人机通常用来航拍、侦探、监视、通信、反潜、电子干扰等场合，因此无人机成为了民用、军事等行业的重要工具。

现有技术当中，目前无人机上使用的摄像镜头，普遍存在解像品质低、加工难度大、温度控制差、紫边现象等缺陷，严重影响了无人机摄像镜头的成像品质，同时也成为了制约无人机发展的一些重要因素，特别是由于摄像镜头的温度控制差，将导致温度对摄像镜头的影响较大，从而使得摄像镜头无法适应不同的温度场合。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种解像品质高、温度控制好的无人机摄像镜头。

一种无人机摄像镜头，从物侧到成像面依次包括：

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃非球面镜片；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜为双凸玻璃球面镜片，所述第五透镜与所述第四透镜组成胶合镜片；

光阑；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜为双凸玻璃球面镜片；

具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜为弯月型且凹面朝向物侧的玻璃球面镜片；

具有正光焦度的第八透镜，所述第八透镜为双凸玻璃非球面镜片。

进一步地，所述无人机摄像镜头还包括滤光片，所述滤光片在所述无人机摄像镜头当中的位置为以下两种情况当中的任意一种：

所述滤光片设于所述第五透镜和所述光阑之间；或

所述滤光片设于所述第八透镜朝向成像面的一侧。

进一步地，所述滤光片为红外光截止滤光片或蓝玻璃滤光片当中的任意一种。

进一步地，所述第一透镜与所述第二透镜为以下两种情况当中的任意一种：

所述第一透镜与所述第二透镜组成胶合镜片；或

所述第一透镜与所述第二透镜独立分开。

进一步地，所述光阑为中心设有通光孔的遮光纸。

进一步地，所述无人机摄像镜头满足关系式：5.5<TL/(f·tanθ)<6.5，

其中，T_L表示整个镜头的光学总长，f表示整个镜头的焦距，θ表示镜头的半视场角。

进一步地，所述无人机摄像镜头满足关系式：

其中，

和

依次分别表示所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜的光焦度，

表示整个镜头的光焦度。

进一步地，所述无人机摄像镜头满足下列关系式：30＜|V₁-V₂|＜50，

其中，V₁表示所述第一透镜的阿贝数，V₂表示所述第二透镜的阿贝数。

进一步地，所述无人机摄像镜头满足下列关系式：0.40＜(R₄-R₅)/(R₄+R₅)＜0.60，

其中，R₄表示所述第三透镜的物侧面顶点曲率半径，R₅表示所述第三透镜的像侧面顶点曲率半径。

进一步地，所述第三透镜及所述第八透镜的非球面表面形状均满足下列方程：

其中，z为曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，h为光轴到曲面的距离，c为曲面顶点的曲率，k为圆锥系数conic，a₄、a₆、a₈、a₁₀、a₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的曲面系数。

上述无人机摄像镜头具有以下的优点：

1.所述无人机摄像镜头全部采用玻璃镜片，可适应不同的温度场合，温度控制好，且有较高的使用寿命和稳定性；

2.所述无人机摄像镜头的体积小，重量轻，加工精度要求非常低，并且可采用两组胶合镜片，便于组装，有效的减少公差损失，可以保证高品质解像力；

3.所述无人机摄像镜头的成像清晰，锐利度高，解像品质高，可至少达到1200万以上像素；

4.当所述无人机摄像镜头的所述光阑设置在所述第五透镜之后时，可有效提高视场角并能更好的配合芯片的入射角度，从而达到94°以上的超大视场角；

5.由于所述第三透镜和所述第八透镜采用玻璃非球面镜片，并且第三透镜在系统中的摆放位置，能够利于减小系统外径，降低加工成本，有效校正畸变，使光学畸变＜3％；

6.当所述无人机摄像镜头采用蓝玻璃作为所述滤光片时，对红外光的过滤为吸收式，相比较反射式会减少因红外反射而形成的鬼影、杂光问题。

附图说明

图1a为本发明第一实施例中无人机摄像镜头的截面结构示意图。

图1b为本发明第一实施例中无人机摄像镜头的场曲曲线图。

图1c为本发明第一实施例中无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图。

图1d为本发明第一实施例中无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图。

图2a为本发明第二实施例中无人机摄像镜头的截面结构示意图。

图2b为本发明第二实施例中无人机摄像镜头的场曲曲线图。

图2c为本发明第二实施例中无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图。

图2d为本发明第二实施例中无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图。

图3a为本发明第三实施例中无人机摄像镜头的截面结构示意图。

图3b为本发明第三实施例中无人机摄像镜头的场曲曲线图。

图3c为本发明第三实施例中无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图。

图3d为本发明第三实施例中无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图。

主要元件符号说明

第一透镜	11	第二透镜	12
				第三透镜	13	第四透镜	14
第五透镜	15	滤光片	16
				光阑	17	第六透镜	18
第七透镜	19	第八透镜	20
				盖玻璃	21	成像面	22

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1a，所示为本发明第一实施例中的无人机摄像镜头的截面结构示意图，从物侧到成像面依次包括具有正光焦度的第一透镜11、具有负光焦度的第二透镜12、具有负光焦度的第三透镜13、具有负光焦度的第四透镜14、具有正光焦度的第五透镜15、滤光片16、光阑17、具有正光焦度的第六透镜18、具有负光焦度的第七透镜19、具有正光焦度的第八透镜20、盖玻璃21及成像面22。其中，各个透镜的光学中心位于同一直线上，并且所述无人机摄像镜头的全部镜片均镀高透过率多层膜。

具体地，所述第一透镜11为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片，所述第二透镜12为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片，所述第二透镜12与所述第一透镜11组成胶合镜片，所述第三透镜13为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃非球面镜片，所述第四透镜14为弯月型且凹面朝向成像面的玻璃球面镜片，所述第五透镜15为双凸玻璃球面镜片，所述第五透镜15与所述第四透镜14组成胶合镜片，所述第六透镜18为双凸玻璃球面镜片，所述第七透镜19为弯月型且凹面朝向物侧的玻璃球面镜片，所述第八透镜20为双凸玻璃非球面镜片。其中，所述无人机摄像镜头的所有镜片均采用低色散玻璃材料。

具体地，在本实施例当中，所述滤光片16为蓝玻璃滤光片，采用蓝玻璃技术，能够对红外光线进行吸收，增加可见光的作用效果，减少色差和杂光，提升成像品质。在其它实施例当中，所述滤光片16还可以设于所述第八透镜20朝向成像面的一侧，并且所述滤光片16还可以为红外光截止滤光片，由于蓝玻璃滤光片对红外光线为吸收式，相比于采用将红外光线反射的技术方案，将减少因红外反射而形成的鬼影、杂光等问题，因此优选的所述滤光片16为蓝玻璃滤光片。

具体地，所述光阑17为中心设有通光孔的遮光纸，并且所述光阑17的通光口径小于隔圈，以保证所述无人机摄像镜头的通光量由所述光阑17的通光孔径决定。所述光阑17设置于所述第五透镜15朝向成像面的一侧，可以提高所述无人机摄像镜头的视场角并能更好的配合芯片的入射角度，并且采用中心设有通光孔的遮光纸作为所述光阑17，使得降低了镜筒通光孔的要求，使镜筒通光孔成型难度下降，提高了生产率，降低了生产成本。

为限制所述无人机摄像镜头的系统总长，并确保系统具有足够好的成像品质，所述无人机摄像镜头满足以下关系式：

5.5<T_L/(f·tanθ)<6.5， (1)

当T_L/(f·tanθ)的值超过上限时，整体镜头的总长过长，或者如果将整体总长缩短的情况下，像高会不足，当T_L/(f·tanθ)的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。

为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述无人机摄像镜头满足以下关系式：

其中，

和

依次分别表示所述第三透镜13、所述第四透镜14和所述第六透镜18的光焦度，

表示整个所述无人机摄像镜头的光焦度。上述关系式(2)至(4)，合理的限制了各个透镜的光焦度分配。

当

的值超过上限时，所述第三透镜13的光焦度过强，虽然能够使系统总长变小，但其产生的象散、场曲、畸变过大，很难矫正；当

的值超过下限时，所述第三透镜13的光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。

当

的值超过上限时，所述第四透镜14的光焦度过强，虽然能够使系统总长变小，但其产生的球差过大，很难矫正；当

的值超过下限时，所述第四透镜14的光焦度减弱，球差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。

当

的值超过上限时，所述第六透镜18的光焦度过强，虽然能够使系统总长变小，但其产生的球差、象散、场曲过大，很难矫正；当

的值超过下限时，所述第六透镜18的光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。

为矫正色差，所述无人机摄像镜头还满足以下关系式：

30＜|V₁-V₂|＜50， (5)

其中，V₁表示所述第一透镜11的阿贝数，V₂表示所述第二透镜12的阿贝数。

当|V₁-V₂|的值超过下限时，色差的矫正不足；当|V₁-V₂|的值超过上限时，则材料选择困难。

为矫正场曲和畸变，所述无人机摄像镜头还满足以下关系式：

0.40＜(R₄-R₅)/(R₄+R₅)＜0.60， (6)

其中，R₄表示所述第三透镜13的物侧面顶点曲率半径，R₅表示所述第三透镜的像侧面顶点曲率半径。

上述关系式(6)定义了具有负光焦度的所述第三透镜13的形状。当(R₄-R₅)/(R₄+R₅)的值超过上限时，其场曲和畸变朝负方向过分增大，矫正困难；当(R₄-R₅)/(R₄+R₅)的值超过下限时，其场区和畸变朝正方向过分增大，矫正困难。

具体地，所述第三透镜13及所述第八透镜20的非球面的表面形状均满足下列方程：

其中，z为曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，h为光轴到曲面的距离，c为曲面顶点的曲率，k为圆锥系数conic，a₄、a₆、a₈、a₁₀、a₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的曲面系数。通过以上述关系式(7)可以精确设定所述第三透镜13及所述第八透镜20前后两面非球面的面型尺寸，所述无人机摄像镜头利用非球面对像差的强大校正功能，从而大大提高镜头成像的清晰度及锐利度。

当k小于-1时，面形曲线为双曲线，当k等于-1时，面形曲线为抛物线，当k介于-1到0之间时，面形曲线为椭圆，当k等于0时，面形曲线为圆形，当k大于0时为，面形曲线为扁圆形。

请参阅表1，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数。

表1：

表面序号		表面类型	曲率半径	厚度	折射率	阿贝数
							0	物	球面	无限	无限
1	透镜1	球面	15.3341	1.8321	1.9037	31.42
							2	透镜2	球面	28.9234	0.6260	1.5935	67.327
3		球面	4.2211	1.8075
							4	透镜3	非球面	7.0120	0.5377	1.497	81.615
5		非球面	2.0501	1.6110
							6	透镜4	球面	7.3516	2.8503	1.946	17.944
7	透镜5	球面	3.1285	1.8179	1.9037	31.42
							8		球面	-32.2925	1.0822
9	滤光片	球面	无限	0.3000
							10		球面	无限	0.1000
11	光阑	球面	无限	0.9852
							12	透镜6	球面	11.7148	1.2927	1.755	52.329
13		球面	-7.1389	2.8694
							14	透镜7	球面	-3.7315	0.5500	1.7408	27.762
15		球面	-27.8410	0.1000
							16	透镜8	非球面	7.6837	2.8920	1.7684	49.29
17		非球面	-5.7260	1.0000
							18	盖玻璃	球面	无限	0.5000
19		球面	无限	1.2415
							20	成像面	球面	无限	0.0000

请参阅表2，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的非球面的相关参数。

表2：

请参阅图1b，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的场曲曲线图，请参阅图1c，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图1d，所述为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图，根据图1b至图1d可以看出，所述无人机摄像镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

综上，本发明上述实施例中，所述无人机摄像镜头具有以下的优点：

2.所述无人机摄像镜头的体积小，重量轻，加工精度要求非常低，并且采用两组胶合镜片，便于组装，有效的减少公差损失，可以保证高品质解像力；

4.所述无人机摄像镜头的所述光阑设置在所述第五透镜15之后，可有效提高视场角并能更好的配合芯片的入射角度，从而达到94°以上的超大视场角；

5.由于所述第三透镜13和所述第八透镜20采用玻璃非球面镜片，并且所述第三透镜13在系统中的摆放位置，能够利于减小系统外径，降低加工成本，有效校正畸变，使光学畸变＜3％；

6.所述无人机摄像镜头采用蓝玻璃技术，对红外光的过滤为吸收式，相比较反射式会减少因红外反射而形成的鬼影、杂光问题；

7.所述无人机摄像镜头采用低色散玻璃材料，有效减小色差，最大程度地减少紫边现象；

8.所述无人机摄像镜头的全部镜片均镀高透过率多层膜，透过率达到99.5％以上，使整个镜头拥有超高透过率。

实施例2

请参阅图2a，所示为本发明第二实施例中的无人机摄像镜头的截面结构示意图，本实施例当中的无人机摄像镜头与第一实施例当中的无人机摄像镜头大抵相同，不同之处在于，本实施当中的无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数存在差异。

请参阅表3，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数。

表3：

请参阅表4，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的非球面的相关参数。

表4：

请参阅图2b，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的场曲曲线图，请参阅图2c，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图2d，所述为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图，根据图2b至图2d可以看出，所述无人机摄像镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

实施例3

请参阅图3a，所示为本发明第三实施例中的无人机摄像镜头的截面结构示意图，本实施例当中的无人机摄像镜头与第一实施例当中的无人机摄像镜头大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的无人机摄像镜头在第一实施例的基础上，所述第一透镜11与所述第二透镜12独立分开，两者单独分开使用，而不是组合成一胶合镜片，同时本实施当中的无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数存在差异。

请参阅表5，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的各个镜片的相关参数。

表5：

请参阅表6，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的非球面的相关参数。

表6：

请参阅图3b，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的场曲曲线图，请参阅图3c，所示为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图3d，所述为本实施例当中的所述无人机摄像镜头的轴上点球差色差示意图，根据图3b至图3d可以看出，所述无人机摄像镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

请参阅图表7，所述为上述3个实施例当中各实施例对应的光学特性，包括所述无人机摄像镜头的系统焦距f、光圈数F_#、系统总长T_L和视场角2θ，同时还包括上述关系式(1)至关系式(6)当中每个关系式对应的相关数值。

表7：

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。