CN111443466B

CN111443466B - 航测镜头和航拍器

Info

Publication number: CN111443466B
Application number: CN202010551219.6A
Authority: CN
Inventors: 杨建�; 张伟; 曹健铭; 夏江天; 范亚运; 吴雨
Original assignee: Chengdu Jouav Automation Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Jouav Automation Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: CN111443466A

Abstract

本发明的实施例提供了一种航测镜头和航拍器，涉及镜头制造技术领域。该航测镜头包括沿光轴同轴依次设置的七个镜片，即第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片，第一镜片靠近物向一侧设置，其中第二镜片和第五镜片两个镜片采用非球面镜片。本发明实施例通过采用非球面技术，能够消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

Description

航测镜头和航拍器

技术领域

本发明涉及镜头制造技术领域，具体而言，涉及一种航测镜头和航拍器。

背景技术

航拍仪器作为特殊的拍摄设备，对光学镜头的稳定性以及光路的清晰度要求较高。目前，航拍镜头通常搭载于无人机或飞行器等机载平台，能够远距离的对地面物体成像，提供高分辨率、低畸变的遥感图像信息，广泛应用于农林业、应急救援以及土地规划、城乡建设等领域。

传统的航拍光学镜头普遍存在畸变大、画幅边缘色差大、分辨率不足等问题，这几个问题会严重影响航测的精度以及可靠性。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种航测镜头，能够消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

本发明的目的包括，例如，提供了一种航拍器，其能够远距离拍摄高质量图片，提高航测精度和可靠性。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种航测镜头，包括沿光轴同轴依次设置的七个镜片，即第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片；所述第一镜片靠近物向一侧设置，所述第二镜片和所述第五镜片分别采用非球面镜片；所述第一镜片采用球面负透镜，所述第三镜片采用球面正透镜，所述第四镜片采用球面负透镜，所述第六镜片采用球面负透镜，所述第七镜片采用球面负透镜。

在可选的实施方式中，所述七个镜片均采用光学玻璃制成。

在可选的实施方式中，所述第二镜片采用非球面正透镜。

在可选的实施方式中，所述第二镜片包括相对设置的第二物向表面和第二像向表面，所述第二物向表面的半径为5mm至12mm，所述第二镜片的厚度为1mm至5mm；所述第二像向表面的半径为-35mm至-25mm。

在可选的实施方式中，所述第五镜片采用非球面正透镜。

在可选的实施方式中，所述第五镜片包括相对设置的第五物向表面和第五像向表面，所述第五物向表面的半径为72mm至76mm，所述第五镜片的厚度为1mm至5mm；所述第五像向表面的半径为-12mm至-8mm。

在可选的实施方式中，所述第三镜片和所述第四镜片粘合连接。

在可选的实施方式中，所述第一镜片包括第一物向表面和第一像向表面，所述第一物向表面的半径为-22mm至-28mm；所述第一像向表面的半径为10mm至16mm；

所述第三镜片包括第三物向表面和第三像向表面，所述第三物向表面的半径为550mm至560mm；所述第三像向表面的半径为-8mm至-2mm；

所述第四镜片包括第四物向表面和第四像向表面，所述第四物向表面与所述第三像向表面贴合，所述第四像向表面的半径为20mm至28mm。

在可选的实施方式中，所述第六镜片包括第六物向表面和第六像向表面，所述第六物向表面的半径为-15mm至-10mm；所述第六像向表面的半径为118mm至125mm；

所述第七镜片包括第七物向表面和第七像向表面，所述第七物向表面的半径为-14至-6mm；所述第七像向表面的半径为-20mm至-12mm。

第二方面，本发明实施例提供一种航拍器，包括航拍本体和前述实施方式中任一项所述的航测镜头，所述航测镜头安装在所述航拍本体上。该航测镜头包括沿光轴同轴依次设置的七个镜片，即第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片；所述第一镜片靠近物向一侧设置，所述第二镜片和所述第五镜片分别采用非球面镜片；所述第一镜片采用球面负透镜，所述第三镜片采用球面正透镜，所述第四镜片采用球面负透镜，所述第六镜片采用球面负透镜，所述第七镜片采用球面负透镜。

本发明实施例提供的航测镜头和航拍器，其有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的航测镜头，沿光轴同轴设置了七个镜片，其中第二镜片和第五镜片两个镜片采用了非球面镜片，通过采用非球面技术，能够消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

本发明实施例提供的航拍器，包括航拍本体和上述的航测镜头，航测镜头搭载于航拍本体上，用于远距离对地面物体成像，提供高分辨率、低畸变的图像信息，该航拍器采用了非球面技术，大大提高了航测精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的航测镜头的镜片组合光路示意图；

图2为本发明实施例提供的航测镜头的第二镜片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的航测镜头的场曲和畸变曲线图；

图4为本发明实施例提供的航测镜头的色差曲线图；

图5为本发明实施例提供的航测镜头的MTF曲线图。

图标：1-第一镜片；2-第二镜片；3-第三镜片；4-第四镜片；5-第五镜片；6-第六镜片；7-第七镜片；21-第二物向表面；22-第二像向表面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

传统的航拍光学镜头普遍存在畸变大、画幅边缘色差大、分辨率不足等问题，这几个问题会严重影响航测的精度以及可靠性。为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本发明实施例提供的航测镜头，能够消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

请参考图1，本实施例提供了一种航测镜头，包括多个镜片，多个镜片沿光轴同轴设置。可选地，本实施例中，镜片数量包括七个，依次为第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3、第四镜片4、第五镜片5、第六镜片6和第七镜片7。其中，第一镜片1靠近物向一侧设置，第七镜片7靠近像向侧设置。并且七个镜片中，至少两个镜片采用非球面镜片，以利于消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

七个镜片依次沿光轴方向同轴设置，能够确保镜头的光学同轴度。当镜头安装至外部镜筒时，外部镜筒可一次性加工而成，比如采用车床，一次性车成，这样无需换装加工，镜筒加工更加方便，生产效率更高。并且，将多个镜片同轴设置，也便于加工人员掌握加工精度，确保加工出的同套设备的光路同轴度精度较高，满足预设的误差允许范围，有利于提高整体的镜头精度，进而提高航测精度和可靠性。

可选地，该航测镜头属于全画幅镜头，主要用于航测领域。第二镜片2和第五镜片5采用非球面镜片。请参考图2并结合表一，其中，第二镜片2采用非球面正透镜。第二镜片2包括相对设置的第二物向表面21和第二像向表面22，第二物向表面21即第二镜片2靠近物体一侧的表面，第二像向表面22即第二镜片2靠近成像面一侧的表面。第二物向表面21的半径为5mm至12mm；第二像向表面22的半径为-35mm至-25mm。可选地，第二物向表面21的半径为10.93mm，在其它可选的实施方式中，也可以是5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm；第二镜片2的厚度为2.73mm，在其它可选的实施方式中，第二镜片2的厚度也可以是2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.75mm、2.8mm。第二像向表面22的半径为-30.3mm，在其它可选的实施方式中，也可以是-25.5mm、-26mm、-27mm、-27.5mm、-28mm、-29mm、-30mm、-31mm、-32mm、-32.5mm、-33mm、-33.5mm、-34mm；第二像向表面22与第三镜片3的第三物向表面之间的间隔距离为0.75mm，在其它可选的实施方式中，间隔距离也可以是0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm。可选地，第二镜片2的材料采用DLAF50_CDGM制成，具有较高的折射率，有利于校正球差；第二镜片2采用玻璃非球面正透镜，其中玻璃材质相对塑胶材料有更好的热光学稳定性，有利于提高航测镜头的性能稳定性以及延长使用寿命，非球面镜片有利于消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

第五镜片5采用非球面正透镜。第五镜片5包括相对设置的第五物向表面和第五像向表面，其中，第五物向表面即第五镜片5靠近物体的一侧表面，第五像向表面即第五镜片5靠近成像面的一侧表面。第五物向表面的半径为72mm至76mm，比如72.5mm、73mm、73.5mm、74mm、74.5mm、75mm、75.5mm等；第五镜片5的厚度为1mm至5mm；比如2mm、3mm、4mm等。第五像向表面的半径为-12mm至-8mm，比如-11mm、-10mm、-9mm等；第五像向表面与第六物向表面之间的间隔距离为0.01mm至0.2mm，比如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.15mm、0.18mm等。可选地，本实施例中，第五物向表面的半径为74.94mm，第五镜片5的厚度为3.16mm；第五像向表面的半径为-10.23mm，第五像向表面与第六物向表面之间的间隔距离为0.05mm。可选地，第五镜片5采用DLAF50_CDGM材料制成，第五镜片5采用玻璃非球面正透镜，能够用于校正光学畸变等像差。并且，其采用玻璃材质相对塑胶材料有更好的热光学稳定性，有利于提高航测镜头的性能稳定性以及延长使用寿命，非球面镜片有利于消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

进一步地，第一镜片1采用球面负透镜，第三镜片3采用球面正透镜，第四镜片4采用球面负透镜，第六镜片6采用球面负透镜，第七镜片7采用球面负透镜。可选地，第一镜片1包括第一物向表面和第一像向表面，第一物向表面的半径为-28mm至-22mm，比如-27mm、-26mm、-25mm、-24mm、-23mm等；第一镜片1的厚度为0.5mm至2mm，比如0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm等。第一像向表面的半径为10mm至16mm，比如11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、15.5mm等；第一像向表面与第二物向表面的间隔距离为0.01mm至0.2mm，比如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.15mm、0.18mm等。本实施例中，第一镜片1的第一物向表面的半径为-25.19mm，第一镜片1的厚度为1.0mm；第一像向表面的半径为14.44mm，第一像向表面与第二物向表面的间隔距离为0.05mm。可选地，第一镜片1采用HQF14_CDGM材料制成。第一镜片1为玻璃球面负透镜，有利于减小镜头长度，结构更加紧凑，体积小，质量轻。

第三镜片3包括第三物向表面和第三像向表面，第三物向表面的半径为550mm至560mm，比如551mm、552mm、553mm、554mm、555mm、556mm、557mm、558mm、559mm等，第三镜片3的厚度为1mm至5mm；比如2mm、3mm、4mm等。第三像向表面的半径为-8mm至-2mm，比如-7mm、-6mm、-5mm、-4mm、-3mm等。可选地，第三镜片3的第三物向表面的半径为554.07mm，第三镜片3的厚度3.59mm；第三像向表面的半径为-5.14mm。第三镜片3采用H-FK71A材料制成，第三镜片3采用的是超低色散材料，能够用于校正轴外色差。

本实施例中，第三镜片3和第四镜片4粘合连接，即第三镜片3与第四镜片4为胶合镜片。第四镜片4包括第四物向表面和第四像向表面，第四物向表面与第三像向表面贴合，即第四物向表面的参数与第三像向表面的参数一致，这里不再赘述。第四镜片4的厚度为1mm至5mm；比如2mm、3mm、4mm等。第四像向表面的半径为20mm至28mm，比如21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm等；第四像向表面与第五物向表面之间的间隔距离为0.5mm至2mm，比如0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm等。可选地，第四像向表面的半径为24.77mm，第四像向表面与第五物向表面之间的间隔距离为0.80mm。第四镜片4采用HK2_CDGM材料制成。第三镜片3与第四镜片4为胶合镜片，其中第三镜片3采用的是超低色散材料，能够用于校正轴外色差。

第六镜片6包括第六物向表面和第六像向表面，第六物向表面的半径为-15mm至-10mm，比如-14mm、-13mm、-12mm、-11mm等；第六镜片6的厚度为第六像向表面的半径为118mm至125mm。第六像向表面的半径为118mm至125mm，比如119mm、120mm、121mm、122mm、123mm、124mm等，第六像向表面与第七物向表面之间的间隔距离为2mm至7mm，比如，3mm、4mm、5mm、6mm等。可选地，第六镜片6的第六物向表面的半径为-12.19mm，第六镜片6的厚度2.93mm；第六像向表面的半径为122.18mm，第六像向表面与第七物向表面之间的间隔距离为4.89mm。第六镜片6采用HKF6_CDGM材料制成，且采用玻璃球面负透镜，能够用于校正场曲。

第七镜片7包括第七物向表面和第七像向表面，第七物向表面的半径为-14mm至-6mm，比如-13mm、-12mm、-11mm、-10mm、-9mm、-8mm、-7mm等；第七镜片7的厚度为1mm至5mm；比如2mm、3mm、4mm等。第七像向表面的半径为-20mm至-12mm，比如-13mm、-14mm、-15mm、-16mm、-17mm、-18mm、-19mm等；第七像向表面与玻璃封盖之间的间隔距离为0.01mm至0.2mm，比如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.15mm、0.18mm等。可选地，第七物向表面的半径为-10.68mm，第七镜片7的厚度为1.70mm；第七像向表面的半径为-16.07mm，第七像向表面与玻璃封盖之间的间隔距离为0.05mm，第七镜片7采用HZF4A_CDGM材料制成，且采用玻璃球面负透镜，能够用于校正场曲。

表一为本发明实施例提供的航测镜头的各个镜片的相关参数。

表一

需要说明的是，本实施例中的多个镜片均采用光学玻璃制成，玻璃材质相对塑胶材料有更好的热光学稳定性，有利于提高航测镜头的性能稳定性以及延长使用寿命。上述提及的物向表面是指靠近物体一侧的表面，像向表面是指靠近成像面一侧的表面，这里不再一一阐述。

可选地，该航测镜头还包括光栏，光栏设置在第二镜片2和第三镜片3之间，且靠近第三镜片3设置。第二镜片2采用玻璃非球面正透镜，且靠近光栏设置，并采用高折射率材料，有利于校正球差。

本实施例中，第二镜片2和第五镜片5分别采用非球面镜片，其中，非球面方程为：

其中，Z表示透镜面中与Z轴平行的高度，即对应的垂直距离；Y表示非球面轴的水平距离，即从顶点起的径向距离半径；K表示圆锥常数；A、B、C、D、E表示与形状的物理尺寸相关的常数，表示4阶、6阶、8阶、10阶、12阶对应阶次的非球面系数，可根据需要来选择适当的阶次的非球面；CURV为半径R的倒数，即CURV=1/R。表二为第二镜片2和第五镜片5的非球面尺寸的相关参数。

表二

本实施例中，以该航测镜头的总焦距f为35mm，光圈数Fno为5.6为例，通过模拟仿真分析，测试出该航测镜头的场曲和畸变曲线图，如图3所示；其中，图3左侧为场曲的曲线示意图，虚线T表示子午线，实线S表示弧矢线，该航测镜头具有校正球差的优点。图3右侧为畸变曲线，其与坐标轴几乎重合，表明该航测镜头具有低畸变优点。

通过仿真分析绘制出该航测镜头的色差曲线图，如图4所示；其中，曲线A表示短波减去长波的色差曲线，曲线B表示短波减去参考波的色差曲线，曲线C表示参考波减去长波的色差曲线，可以看出，该航测镜头具有低色差优点。

通过仿真分析绘制出该航测镜头的MTF曲线图，如图5所示。其中，MTF为调制传递函数，是Modulation Transfer Function的缩写。图中示出了20线对（20LP/MM（sagittal）以及20LP/MM（tangential））、40线对（40LP/MM（sagittal）以及40LP/MM（tangential））、80线对（80LP/MM（sagittal）以及80LP/MM（tangential））的MTF曲线，每毫米线对（Linepairs）通常指分辨率单位，一毫米内能分辨出多少对线。能分辨的线对数越多，其能分辨每根线的宽度也越小，其分辨能力也越好。图5中80线对的MTF曲线依然很清晰，表明该航测镜头分辨率高，成像质量好。

通过上述获得的曲线图形分析，可以得出，本实施例中，将第二镜片2和第五镜片5采用非球面玻璃正透镜后，该航测镜头的整体成像质量较高，有利于消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

本发明实施例还提供一种航拍器，包括航拍本体和前述实施方式中任一项的航测镜头，航测镜头安装在航拍本体上，能够用于农林业、城乡规划与建设、影视业等领域，应用范围广泛，采用了非球面技术，能够消除畸变、色差，并提高镜头分辨率，进而提高航测精度和可靠性。

综上所述，本发明实施例提供了一种航测镜头和航拍器，其工作原理和有益效果如下：

本发明实施例提供的航测镜头，包括沿光轴同轴依次设置的七个镜片，即第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3、第四镜片4、第五镜片5、第六镜片6和第七镜片7；第一镜片1靠近物向一侧设置，第一镜片1采用球面负透镜，用于减小镜头长度，使得结构更加紧凑；第二镜片2采用非球面正透镜，靠近光栏，利用高折射率能够校正球差。第三镜片3和第四镜片4采用胶合镜片，其中第三镜片3采用超低色散材料，用于校正轴外色差。第五镜片5采用非球面正透镜，用于校正光学畸变等像差。第六镜片6采用球面负透镜，第七镜片7采用球面负透镜，用于校正场曲。该航测镜头全部采用玻璃材质，相对塑胶材料具有更好的热光学稳定性。

本发明实施例提供的航测镜头和航拍器，属于全画幅镜头，七个镜片全部采用玻璃制成，玻璃材质相对塑胶材料有更好的热光学稳定性，提高了产品的性能稳定性以及使用寿命。第二镜片2和第五镜片5采用了非球面技术，有利于校正球差、校正光学畸变等像差，该航测镜头整体结构紧凑，缩小占用空间，重量轻，具有高分辨率、低畸变、低色差的优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种航测镜头，其特征在于，包括沿光轴同轴依次设置的七个镜片，即第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片；所述第一镜片靠近物向一侧设置；所述第一镜片采用球面负透镜，所述第二镜片采用非球面正透镜，所述第三镜片采用球面正透镜，所述第四镜片采用球面负透镜，所述第五镜片采用非球面正透镜，所述第六镜片采用球面负透镜，所述第七镜片采用球面负透镜；

所述第二镜片包括相对设置的第二物向表面和第二像向表面，所述第二物向表面的半径为5mm至12mm，所述第二像向表面的半径为-35mm至-25mm。

2.根据权利要求1所述的航测镜头，其特征在于，所述七个镜片均采用光学玻璃制成。

3.根据权利要求1所述的航测镜头，其特征在于，所述第二镜片的厚度为1mm至5mm。

4.根据权利要求1所述的航测镜头，其特征在于，所述第五镜片包括相对设置的第五物向表面和第五像向表面，所述第五物向表面的半径为72mm至76mm，所述第五镜片的厚度为1mm至5mm；所述第五像向表面的半径为-12mm至-8mm。

5.根据权利要求1所述的航测镜头，其特征在于，所述第三镜片和所述第四镜片粘合连接。

6.根据权利要求5所述的航测镜头，其特征在于，所述第一镜片包括第一物向表面和第一像向表面，所述第一物向表面的半径为-28mm至-22mm；所述第一像向表面的半径为10mm至16mm；

7.根据权利要求1至6中任一项所述的航测镜头，其特征在于，所述第六镜片包括第六物向表面和第六像向表面，所述第六物向表面的半径为-15mm至-10mm；所述第六像向表面的半径为118mm至125mm；

所述第七镜片包括第七物向表面和第七像向表面，所述第七物向表面的半径为-14mm至-6mm；所述第七像向表面的半径为-20mm至-12mm。

8.一种航拍器，其特征在于，包括航拍本体和权利要求1至7中任一项所述的航测镜头，所述航测镜头安装在所述航拍本体上。