CN110291436B - 广角镜头、成像装置和无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广角镜头(10)，其沿着物侧至像侧依次包括第一透镜组(12)和第二透镜组(14)。第一透镜组(12)沿着物侧至像侧依次包括：具有负屈折力的第一透镜L2、具有负屈折力的第二透镜L3和具有正屈折力的第三透镜L4。第二透镜组(14)沿着物侧至像侧依次包括：具有正屈折力的第四透镜L5、具有正屈折力的第五透镜L6、具有负屈折力的第六透镜L7和具有正屈折力的第七透镜L8。广角镜头(10)满足下列关系式：H2/G2R2＜1.8；其中，H2为第一透镜L2的像侧面的口径；G2R2为第一透镜L2的像侧面的曲率半径。此外，本发明还公开了一种成像装置(100)和一种无人机(1000)。

Description

广角镜头、成像装置和无人机
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种广角镜头、成像装置和无人机。
背景技术
随着科技的发展，人们对拍照的要求越来越高。广角镜头视野宽阔，景深长，可用于一般的随影和普通风景摄影，受到人们更多的青睐。但是在强光环境下，入射光会带来大量的杂光反射，这造成广角镜头清晰度表现不佳。另外，由于外侧透镜的像侧面的周边和中心存在镀膜均匀性问题，导致广角镜头的稳定性不佳。
发明内容
本发明的实施方式提供一种广角镜头、成像装置和无人机。
本发明实施方式的广角镜头，沿着物侧至像侧依次包括第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组沿着物侧至像侧依次包括：
具有负屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面；
具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面；
具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
所述第二透镜组沿着物侧至像侧依次包括：
具有正屈折力的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为平面且像侧面为凸面；
具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
具有负屈折力的第六透镜，所述第六透镜的物侧面及像侧面均为凹面；
具有正屈折力的第七透镜，所述第七透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
所述广角镜头满足下列关系式：
H2/G2R2＜1.8；其中，H2为所述第一透镜的像侧面的口径；G2R2为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。
本发明实施方式的广角镜头，满足上述关系式，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头的清晰度；同时，有利于改善第一透镜的像侧面的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头的稳定性。
本发明实施方式的成像装置，包括图像传感器和上述实施方式所述的广角镜头，所述图像传感器设置在所述广角镜头的像侧。
本发明实施方式的成像装置，广角镜头满足关系式H2/G2R2＜1.8，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头的清晰度；同时，有利于改善第一透镜的像侧面的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头的稳定性。
本发明实施方式的无人机，包括上述实施方式所述的成像装置和机身，所述成像装置安装在所述机身。
本发明实施方式的无人机，成像装置的广角镜头满足关系式H2/G2R2＜1.8，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头的清晰度；同时，有利于改善第一透镜的像侧面的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头的稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的广角镜头的结构示意图；
图2是本发明实施方式的广角镜头的轴向像差分布图；
图3是本发明实施方式的广角镜头的场曲图；
图4是本发明实施方式的广角镜头的畸变图；
图5是本发明实施方式的广角镜头的相对照度分布图；
图6是本发明实施方式的广角镜头的倍率色差分布图；
图7是本发明实施方式的广角镜头在温度为25℃时的离焦MTF表现图；
图8是本发明实施方式的广角镜头在温度为-40℃时的离焦MTF表现图；
图9是本发明实施方式的广角镜头在温度为85℃时的离焦MTF表现图；
图10是本发明实施方式的成像装置的结构示意图；
图11是本发明实施方式的无人机的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明实施方式的广角镜头10，沿着物侧至像侧依次包括第一透镜组12和第二透镜组14。第一透镜组12沿着物侧至像侧依次包括：
具有负屈折力的第一透镜L2，第一透镜L2的物侧面S3为凸面且像侧面S4为凹面；
具有负屈折力的第二透镜L3，第二透镜L3的物侧面S5为凸面且像侧面S6为凹面；
具有正屈折力的第三透镜L4，第三透镜L4的物侧面S7及像侧面S8均为凸面；
第二透镜组14沿着物侧至像侧依次包括：
具有正屈折力的第四透镜L5，第四透镜L5的物侧面S10为平面且像侧面S11为凸面；
具有正屈折力的第五透镜L6，第五透镜L6的物侧面S12及像侧面S13均为凸面；
具有负屈折力的第六透镜L7，第六透镜L7的物侧面S14及像侧面S15均为凹面；
具有正屈折力的第七透镜L8，第七透镜L8的物侧面S16及像侧面S17均为凸面；
广角镜头10满足下列关系式：
H2/G2R2＜1.8；其中，H2为第一透镜L2的像侧面S4的口径；G2R2为第一透镜L2的像侧面S4的曲率半径。
本发明实施方式的广角镜头10，满足上述关系式，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头10的清晰度；同时，有利于改善第一透镜L2的像侧面S4的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头10的稳定性。
在某些实施方式中，广角镜头10包括光阑STO，光阑STO设置在第一透镜组12和第二透镜组14之间。可以理解，光阑STO用于调节通过透镜的光束的强弱。
在某些实施方式中，光阑STO粘着在第四透镜L5的物侧面S10。
可以理解，第四透镜L5的物侧面S10为平面，方便光阑STO做成遮光纸粘着在第四透镜L5的物侧面S10，从而防止光阑STO反光而导致鬼影发生。
在某些实施方式中，广角镜头10满足下列关系式：0.02≥Φ1+Φ2≥-0.02；其中，Φ1为第一透镜组12的光焦度；Φ2为第二透镜组14的光焦度。
也即是说，Φ1+Φ2可以为[-0.02，0.02]范围内的任意取值，例如该取值可以为-0.02、0.02或-0.02至0.02之间的任意数值。
满足上述关系式的广角镜头10，有利于减少高温或低温对广角镜头10焦点的偏移量的影响。
在某些实施方式中，第一透镜组12包括保护透镜L1，保护透镜L1设置在第一透镜L2的物侧。
可以理解，保护透镜L1耐磨、耐划，用于保护镜头，可以防止灰尘侵蚀镜头，从而避免影响成像效果。保护透镜L1可为玻璃镜片。透镜L2至L8可为塑料镜片。在图1所示的实施方式中，广角镜头10还包括图像传感器使用玻璃L9。
在某些实施方式中，保护透镜L1的物侧面S1和像侧面S2均为平面。如此，减少保护透镜L1对广角镜头10成像的影响。
在某些实施方式中，广角镜头10满足下列关系式：H1＜23mm；其中，H1为保护透镜L1的物侧面S1的口径。满足上述关系式的广角镜头10，有利于外观小型化。
在某些实施方式中，广角镜头10还包括滤光片。滤光片设置在第七透镜L8的像侧。在图1的实施方式中，当广角镜头10用于成像时，被摄物体OBJ发出或者反射的光线从物侧方向进入广角镜头10，并依次穿过保护透镜L1、第一透镜L2、第二透镜L3、第三透镜L4、第四透镜L5、第五透镜L6、第六透镜L7、第七透镜L8以及滤光片，最终汇聚到成像面上。
在某些实施方式中，广角镜头10满足下列关系式：G2R1≥45和10≥G2R1/G2R2≥7；其中，G2R1为第一透镜L2的物侧面S3的曲率半径；G2R2为第一透镜L2的像侧面S4的曲率半径。
具体地，在一些例子中，G2R1取值可以为45、46、50、52、55、60、70或其它数值，G2R1/G2R2可以7、10、或7至10之间的任意数值。
满足上述关系式的广角镜头10，有利于在大角度光线入射时，减小第一透镜L2的物侧面S3与保护透镜L1的平面反射造成鬼影能量的强度。
在某些实施方式中，广角镜头10满足下列关系式：y＝2×f×tan(θ/2)以及f/2y≤0.35；其中，f为广角镜头10的焦距；θ为广角镜头10的入射角度；y为广角镜头10的像高。
具体地，在一些例子中，f/2y取值可以为-0.66、-0.38、0.12、0.26、0.35或其它数值。
满足上述关系式的广角镜头10，使得立体射影周边的景物的压缩比更小，周边视场信息量比例增大。如此，在矫正图像周边畸变时，像素的损失较少，有利于提高成像质量。
在某些实施方式中，广角镜头10满足下列关系式：1.5≥G2R2/G3R1≥1.0；其中，G2R2为第一透镜L2的像侧面S4的曲率半径；G3R1为第二透镜L3的物侧面S5的曲率半径。
也即是说，G2R2/G3R1取值可以为1.0、1.5、或1.0至1.5之间的任意数值。
满足上述关系式的广角镜头10，有利于在逆光条件下，减小杂光的强度。
在某些实施方式中，第五透镜L6和第六透镜L7为胶合镜片。
可以理解，第五透镜L6的像侧面S13和第六透镜L7的物侧面S14胶合在一起。
在某些实施方式中，第二透镜L3的物侧面S5及像侧面S6均为非球面，第三透镜L4的物侧面S7及像侧面S8均为非球面。
如此，有利于改善轴外像差和降低立体射影畸变。
在某些实施方式中，第七透镜L8的物侧面S16及像侧面S17均为非球面。
如此，有利于改善轴外像差和减小光束的出射角度，同时使得广角镜头10更好地匹配图像传感器。
非球面的面形由以下公式决定：
Figure BDA0002125045730000061
其中，h是非球面上任一点到光轴的高度，c是顶点曲率，k是锥形常数，Ai是非球面第i-th阶的修正系数。
请结合图1-图9，在本发明实施方式中，广角镜头10满足下面表格的条件：
表1
Figure BDA0002125045730000071
其中，R表示曲率半径，D表示轴上距离，N表示折射率，V表示阿贝数。S9表示光阑STO的面，S18和S19表示图像传感器使用玻璃的面，S20表示成像面。
表2
透镜 焦距(mm) 屈光度
第一透镜 -10.30 -0.0971
第二透镜 -6.96 -0.1437
第三透镜 7.35 0.1361
第四透镜 14.00 0.0714
第五透镜 12.88 0.0776
第六透镜 -5.90 -0.1695
第七透镜 7.00 0.1419
表3
面号 K A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S5 -0.55 0.0000E+00 2.0000E-03 -2.0000E-04 2.3700E-06 -1.3800E-08 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S6 -0.932 0.0000E+00 6.0000E-03 -2.5000E-03 -2.4600E-05 8.4700E-07 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S7 -51.35 0.0000E+00 6.7000E-04 -1.0700E-04 5.3100E-06 -2.8100E-07 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S8 -2.1 0.0000E+00 -4.0000E-04 -7.7000E-06 -1.3000E-06 6.0200E-08 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S16 -1.9 0.0000E+00 1.1000E-04 1.3800E-05 -2.0600E-06 -3.2400E-08 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S17 -8.5 0.0000E+00 -1.0000E-03 3.2300E-05 -3.8900E-06 -9.4800E-08 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
表4
温变 EFFL(mm) H(°) V(°) D(°)
常温25℃ 2.6500 114.28 101.28 145.00
低温-40℃ 2.6470 114.40 101.38 145.30
高温85℃ 2.6540 114.20 101.16 144.80
其中，EFFL表示广角镜头10的有效焦距，H表示水平视角，V表示垂直视角，D表示对角线视角。
请参阅图7至图9，是本发明实施方式的广角镜头在高低温情况下镜头焦点的偏移量。
图7为在温度为25℃时，广角镜头10的后焦位移表现。在图8中，可知在温度为-40℃时，广角镜头10的后焦位移变化量为0.005毫米；在图9中，可知在温度为85℃时，广角镜头10的后焦位移变化量为-0.005毫米。在图7-图9中，横坐标表示焦移/毫米(Focus shiftin millmeters)，纵坐标表示光学传递函数的模值(Modulus ofthe OTF)。
由图7至图9可知，本发明实施方式的广角镜头10在高低温下的成像质量较佳。
请参阅图10，本发明实施方式的成像装置100包括图像传感器20和上述任一实施方式的广角镜头10。图像传感器20设置在广角镜头10的像侧。
本发明实施方式的成像装置100，广角镜头10满足关系式H2/G2R2＜1.8，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头10的清晰度；同时，有利于改善第一透镜L2的像侧面S4的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头10的稳定性。
具体地，在图10的实施方式中，成像装置100还包括镜筒30、镜座40和电路板50，图像传感器20设置在电路板50并与电路板50电连接，镜座40设置在电路板50，镜筒30连接镜座40，广角镜头10设置在镜筒30内。
请参阅图11，本发明实施方式的无人机1000包括上述实施方式的成像装置100和机身200，成像装置100安装在机身200。
本发明实施方式的无人机1000，成像装置的广角镜头10满足关系式H2/G2R2＜1.8，有利于在强光环境下，减少入射光带来的杂光反射，提高广角镜头10的清晰度；同时，有利于改善第一透镜L2的像侧面S4的镀膜均匀性问题，从而有利于提高广角镜头10的稳定性。
在某些实施方式中，无人机1000包括云台300。云台300安装在机身200，成像装置100安装在云台300。
在一个例子中，云台300可为三轴增稳云台，成像装置安装在云台300，保证在无人机1000飞行的状态下，成像装置100可以拍摄出更稳定的画面。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种广角镜头，其特征在于，沿着物侧至像侧依次包括第一透镜组和第二透镜组，所述广角镜头包括七个具有正屈折力或负屈折力的透镜，所述第一透镜组沿着物侧至像侧依次由以下透镜组成：
具有负屈折力的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面；
具有负屈折力的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面；
具有正屈折力的第三透镜，所述第三透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
所述第二透镜组沿着物侧至像侧依次由以下透镜组成：
具有正屈折力的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为平面且像侧面为凸面；
具有正屈折力的第五透镜，所述第五透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
具有负屈折力的第六透镜，所述第六透镜的物侧面及像侧面均为凹面；
具有正屈折力的第七透镜，所述第七透镜的物侧面及像侧面均为凸面；
所述广角镜头满足下列关系式：
H2/G2R2<1.8；其中，H2为所述第一透镜的像侧面的口径；G2R2为所述第一透镜的像侧面的曲率半径；
1.5≥G2R2/G3R1≥1.0；其中，G3R1为所述第二透镜的物侧面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头包括光阑，所述光阑设置在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间。
3.如权利要求2所述的广角镜头，其特征在于，所述光阑粘着在所述第四透镜的物侧面。
4.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足下列关系式：
0.02≥Φ1+Φ2≥-0.02；其中，Φ1为所述第一透镜组的光焦度；Φ2为所述第二透镜组的光焦度。
5.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括保护透镜，所述保护透镜设置在所述第一透镜的物侧。
6.如权利要求5所述的广角镜头，其特征在于，所述保护透镜的物侧面和像侧面均为平面。
7.如权利要求5所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足下列关系式：
H1<23mm；其中，H1为所述保护透镜的物侧面的口径。
8.如权利要求5所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足下列关系式：
G2R1≥45和10≥G2R1/G2R2≥7；其中，G2R1为所述第一透镜的物侧面的曲率半径。
9.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述广角镜头满足下列关系式：
y＝2×f×tan(θ/2)以及f/2y≤0.35；其中，f为所述广角镜头的焦距；θ为所述广角镜头的入射角度；y为所述广角镜头的像高。
10.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第五透镜和所述第六透镜为胶合镜片。
11.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜的物侧面及像侧面均为非球面。
12.如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第七透镜的物侧面及像侧面均为非球面。
13.一种成像装置，其特征在于，包括图像传感器和权利要求1-12任意一项所述的广角镜头，所述图像传感器设置在所述广角镜头的像侧。
14.一种无人机，其特征在于，包括权利要求13所述的成像装置和机身，所述成像装置安装在所述机身。
15.如权利要求14所述的无人机，其特征在于，所述无人机包括云台，所述云台安装在所述机身，所述成像装置安装在所述云台。
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