CN111965790B - 一种摄像镜头及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及光学设计技术领域，公开了一种摄像镜头及无人机，该摄像镜头由物侧到像侧依次包括：第一透镜组，其包括具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜；光阑；第二透镜组，其包括具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜；第三透镜组，其包括具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜，本发明实施例提供的摄像镜头仅需要九个透镜即可实现高质量成像，镜头体积较小，长度较短，便携性好。

Description

一种摄像镜头及无人机
技术领域
本发明实施例涉及光学设计技术领域，特别涉及一种摄像镜头及无人机。
背景技术
随着科技的进步，各种高科技摄像产品如微型单反相机，无人机等对摄像镜头需求越来越高，特别是大靶面小型镜头模块的需求越来越多，一方面，需要摄像镜头越小越好，能够搭载在无人机的云台上灵活运动，占用无人机整体中较小的体积和重量，另一方面，又需要摄像镜头能够拍摄更清晰的画面，这就需要提高成像面的大小，以容纳更多的像素。
在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：一直以来镜头的成像面的大小与镜头的大小是成反比的，举例来说，目前市面上成像靶面1英寸(16mm)，分辨率4K以上的对焦镜头的光学长度一般在40mm以上，也就是说，摄像镜头的小型化和对成像效果的优化无法同时兼顾。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种体积小、成像效果好的摄像镜头及无人机。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种摄像镜头，由物侧到像侧依次包括：
第一透镜组，其包括具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜；
光阑；
第二透镜组，其包括具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜；
第三透镜组，其包括具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜。
在一些实施例中，所述第九透镜为非球面透镜，且靠近所述像侧的表面为凹面。
在一些实施例中，所述第二透镜和所述第七透镜为非球面透镜。
在一些实施例中，所述第一透镜和所述第六透镜为凹透镜，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第八透镜为凸透镜。
在一些实施例中，所述摄像镜头满足以下关系：
-6.5<(f1+f2+f3)/f<2.5
2.2<TTL/f<4.2
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距，f2为所述第二透镜组的有效焦距，f3为所述第三透镜组的有效焦距，f为所述摄像镜头的有效焦距，TTL为所述摄像镜头的镜头总长。
在一些实施例中，所述摄像镜头还满足以下关系：
TTL/IH≤1.63
其中，TTL为所述摄像镜头的镜头总长，IH为所述摄像镜头的成像面上有效像素区域对角线长。
在一些实施例中，所述第一透镜组的有效焦距满足以下关系：
-65<f1<-10
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距。
在一些实施例中，所述第二透镜组的有效焦距满足以下关系：
-11<f2<12
其中，f2为所述第二透镜组的有效焦距。
在一些实施例中，所述第三透镜组的有效焦距满足以下关系：
-18<f3<45
其中，f3为所述第三透镜组的有效焦距。
为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种无人机，其特征在于，包括：控制器，以及，如上述第一方面所述的摄像镜头，所述控制器与所述摄像镜头通信连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种摄像镜头，该摄像镜头由物侧到像侧依次包括：第一透镜组，其包括具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜；光阑；第二透镜组，其包括具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜；第三透镜组，其包括具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜，本发明实施例提供的摄像镜头仅需要九个透镜即可实现高质量成像，镜头体积较小，长度较短，便携性好。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的摄像镜头的其中一种应用环境的示意图；
图2是本发明实施例一中提供的一种摄像镜头的光学结构示意图；
图3是图2所示摄像镜头的像散曲线图(mm)；
图4是图2所示摄像镜头的畸变曲线图(％)；
图5是图2所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)；
图6是本发明实施例二中提供的一种摄像镜头的光学结构示意图；
图7是图6所示摄像镜头的像散曲线图(mm)；
图8是图6所示摄像镜头的畸变曲线图(％)；
图9是图6所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)；
图10是本发明实施例三中提供的一种摄像镜头的光学结构示意图；
图11是图10所示摄像镜头的像散曲线图(mm)；
图12是图10所示摄像镜头的畸变曲线图(％)；
图13是图10所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)；
图14是本发明实施例四中提供的一种摄像镜头的光学结构示意图；
图15是图14所示摄像镜头的像散曲线图(mm)；
图16是图14所示摄像镜头的畸变曲线图(％)；
图17是图14所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
除非另有定义，本说明书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。本说明书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方式的目的，不是用于限制本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了解决目前摄像镜头无法兼顾镜头小型化和提高成像效果的问题，本发明提供了一种摄像镜头，该摄像镜头使用了塑料非球面、球面以及复合透镜的搭配，实现了一种分辨率4K以上，镜头成像靶面1英寸(16mm)以上，而光学长度控制在32mm以下的自动对焦(AF)以及定焦摄像镜头。请参见图1，其示出了本发明实施例提供的摄像镜头的其中一种应用环境的示意图，如图1所示，本发明提供的摄像镜头2能够搭载在无人机1上，无人机1内设置有控制器(图未示)，无人机1通过控制器(图未示)与该摄像镜头2通信连接，以实现控制器(图未示)和摄像镜头2的数据交互，也即是，该摄像镜头2能够将采集到的图像发送给控制器(图未示)，控制器(图未示)也能够下发控制指令给所述摄像镜头2执行拍摄工作。
所述摄像镜头由物侧到像侧依次包括：第一透镜组，其包括具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜；光阑；第二透镜组，其包括具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜；第三透镜组，其包括具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜。
在一些实施例中，所述第九透镜为非球面透镜，且靠近所述像侧的表面为凹面。进一步地，所述第二透镜和所述第七透镜为非球面透镜。进一步地，所述第一透镜和所述第六透镜为凹透镜，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第八透镜为凸透镜。
其中，上述非球面透镜前后两个面皆为非球面，所述非球面的面型由以下公式决定：
Figure BDA0002667081080000061
其中，c为非球面顶点的曲率，h为非球面上任一点到光轴的高度，k为锥形常数，Ai是非球面的第i阶修正系数。
在一些实施例中，所述摄像镜头满足以下关系：
-6.5<(f1+f2+f3)/f<2.5
2.2<TTL/f<4.2
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距(effective focal length,EFL)，f2为所述第二透镜组的有效焦距，f3为所述第三透镜组的有效焦距，f为所述摄像镜头的有效焦距，TTL为所述摄像镜头的镜头总长。
在一些实施例中，所述摄像镜头还满足以下关系：
TTL/IH≤1.63
其中，TTL为所述摄像镜头的镜头总长，IH为所述摄像镜头的成像面上有效像素区域对角线长。
在一些实施例中，所述第一透镜组的有效焦距满足以下关系：
-65<f1<-10
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距，也即是，所述第一透镜组具有负屈折力。
在一些实施例中，所述第二透镜组的有效焦距满足以下关系：
-11<f2<12
其中，f2为所述第二透镜组的有效焦距，也即是，所述第二透镜组具有正或者负屈折力。
在一些实施例中，所述第三透镜组的有效焦距满足以下关系：
-18<f3<45
其中，f3为所述第三透镜组的有效焦距，也即是，所述第三透镜组具有正或者负屈折力。
具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
实施例一
本发明实施例提供了一种摄像镜头，请参见图2，其示出了该摄像镜头的光学结构，其中，被摄物体的光线经过第一透镜组10(依次通过第一透镜11和第二透镜12)后通过光阑40，再经过第二透镜组20(依次通过第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23、第六透镜24和第七透镜25)和第三透镜组30(次通过第八透镜31和第九透镜32)对焦后，经平板玻璃50后成像于成像面60。所述光阑40用于限制用于成像的所述被摄物体的光线的通过量，所述平板玻璃50可以是滤光片等结构，具体地，可根据选择的玻璃材料来改变其功能，所述成像面60为一尺寸大于等于1英寸(16mm)的成像靶面。
具体地，如下表1和表2所示，为本发明实施例提供的摄像镜头的一组实际设计参数，且有，基于图2所示的光学结构，以及表1和表2的设计参数，可得到如图3、图4和图5所示能够表征摄像镜头的成像质量图。其中，图3是图2所示摄像镜头的像散曲线图(mm)，弧矢面的像散小于0.3mm内，子午面的像散小于控制在0.5mm内，指标较高；图4是图2所示摄像镜头的畸变曲线图(％)，畸变控制在15％内，指标较高；图5是图2所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)，波长为0.6563μm的红光(C光)的轴上色差控制在0.003mm内，波长为0.4861μm的蓝光(F光)的轴上色差控制在0.001mm内，指标较高。
本发明实施例使用了塑料非球面、球面以及复合透镜的搭配，实现了一种分辨率4K以上，镜头成像靶面1英寸(16mm)以上，而光学长度32mm以下的自动对焦(下文简称AF)以及定焦镜头。
Figure BDA0002667081080000081
Figure BDA0002667081080000091
表1
表面编号 圆锥系数 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S3 0.00E+00 1.55E-03 -4.99E-05 3.85E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S4 0.00E+00 2.57E-03 -4.72E-05 -2.69E-06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S12 0.00E+00 -4.66E-04 -1.47E-04 7.76E-06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S13 0.00E+00 -2.81E-03 6.43E-05 8.74E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S16 0.00E+00 -2.86E-03 -1.34E-05 4.82E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S17 0.00E+00 -1.62E-03 5.60E-06 4.49E-08 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表2
实施例二
本发明实施例提供了一种摄像镜头，请参见图6，其示出了该摄像镜头的光学结构，其中，被摄物体的光线经过第一透镜组10(依次通过第一透镜11和第二透镜12)后通过光阑40，再经过第二透镜组20(依次通过第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23、第六透镜24和第七透镜25)和第三透镜组30(次通过第八透镜31和第九透镜32)对焦后，经平板玻璃50后成像于成像面60。所述光阑40用于限制用于成像的所述被摄物体的光线的通过量，所述平板玻璃50可以是滤光片等结构，具体地，可根据选择的玻璃材料来改变其功能，所述成像面60为一尺寸大于等于1英寸(16mm)的成像靶面。
具体地，如下表3和表4所示，为本发明实施例提供的摄像镜头的一组实际设计参数，且有，基于图6所示的光学结构，以及表3和表4的设计参数，可得到如图7、图8和图9所示能够表征摄像镜头的成像质量图。其中，图7是图6所示摄像镜头的像散曲线图(mm)，弧矢面的像散小于0.3mm内，子午面的像散小于控制在0.7mm内，指标较高；图8是图6所示摄像镜头的畸变曲线图(％)，畸变控制在15％内，指标较高；图9是图6所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)，波长为0.6563μm的红光(C光)的轴上色差控制在0.003mm内，波长为0.4861μm的蓝光(F光)的轴上色差控制在0.001mm内，指标较高。
本发明实施例使用了塑料非球面、球面以及复合透镜的搭配，实现了一种分辨率4K以上，镜头成像靶面1英寸(16mm)以上，而光学长度32mm以下的自动对焦(下文简称AF)以及定焦镜头。
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率/阿贝数
OBJ 球面 无穷 无穷 -
S1 球面 15.11 2.46 1.755002/52.3293
S2 球面 5.11 2.54 -
S3 非球面 10.15 3.00 1.797583/23.6809
S4 非球面 7.88 1.61 -
Stop 球面 无穷 0.10 -
S5 球面 65.44 0.99 1.76559/5.0713
S6 球面 -7.25 1.03 -
S7 球面 -12.86 1.12 1.788907/47.6134
S8 球面 -5.54 0.10 -
S9 球面 -18.11 5.00 1.648593/60.1867
S10 球面 -3.94 0.80 1.638375/31.4163
S11 球面 -207.06 2.92 -
S12 非球面 -4.57 1.18 1.756797/25.0117
S13 非球面 -25.89 0.10 -
S14 球面 -65.31 3.00 1.883001/39.2253
S15 球面 -8.90 0.10 -
S16 非球面 11.63 3.00 1.775687/49.2996
S17 非球面 5756.11 0.77 -
S18 球面 无穷 0.30 1.516797/64.2123
S19 球面 无穷 1.76 -
S20 球面 无穷 - -
表3
Figure BDA0002667081080000101
Figure BDA0002667081080000111
表4
实施例三
本发明实施例提供了一种摄像镜头，请参见图10，其示出了该摄像镜头的光学结构，其中，被摄物体的光线经过第一透镜组10(依次通过第一透镜11和第二透镜12)后通过光阑40，再经过第二透镜组20(依次通过第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23、第六透镜24和第七透镜25)和第三透镜组30(次通过第八透镜31和第九透镜32)对焦后，经平板玻璃50后成像于成像面60。所述光阑40用于限制用于成像的所述被摄物体的光线的通过量，所述平板玻璃50可以是滤光片等结构，具体地，可根据选择的玻璃材料来改变其功能，所述成像面60为一尺寸大于等于1英寸(16mm)的成像靶面。
具体地，如下表5和表6所示，为本发明实施例提供的摄像镜头的一组实际设计参数，且有，基于图10所示的光学结构，以及表5和表6的设计参数，可得到如图11、图12和图13所示能够表征摄像镜头的成像质量图。其中，图11是图10所示摄像镜头的像散曲线图(mm)，弧矢面的像散小于0.1mm内，子午面的像散小于控制在0.1mm内，指标较高；图12是图10所示摄像镜头的畸变曲线图(％)，畸变控制在5％内，指标较高；图13是图10所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)，波长为0.6563μm的红光(C光)的轴上色差控制在0.005mm内，波长为0.4861μm的蓝光(F光)的轴上色差控制在0.002mm内，指标较高。
本发明实施例使用了塑料非球面、球面以及复合透镜的搭配，实现了一种分辨率4K以上，镜头成像靶面1英寸(16mm)以上，而光学长度32mm以下的自动对焦(下文简称AF)以及定焦镜头。
Figure BDA0002667081080000112
Figure BDA0002667081080000121
表5
表面编号 圆锥系数 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S12 0.00E+00 -7.45E-04 1.11E-04 1.26E-06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S13 0.00E+00 -2.98E-03 1.37E-04 -1.37E-06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S16 0.00E+00 -2.18E-03 -4.20E-05 6.84E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S17 0.00E+00 -9.29E-04 -1.72E-05 2.21E-07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表6
实施例四
本发明实施例提供了一种摄像镜头，请参见图14，其示出了该摄像镜头的光学结构，其中，被摄物体的光线经过第一透镜组10(依次通过第一透镜11和第二透镜12)后通过光阑40，再经过第二透镜组20(依次通过第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23、第六透镜24和第七透镜25)和第三透镜组30(次通过第八透镜31和第九透镜32)对焦后，经平板玻璃50后成像于成像面60。所述光阑40用于限制用于成像的所述被摄物体的光线的通过量，所述平板玻璃50可以是滤光片等结构，具体地，可根据选择的玻璃材料来改变其功能，所述成像面60为一尺寸大于等于1英寸(16mm)的成像靶面。
具体地，如下表7和表8所示，为本发明实施例提供的摄像镜头的一组实际设计参数，且有，基于图14所示的光学结构，以及表7和表8的设计参数，可得到如图15、图16和图17所示能够表征摄像镜头的成像质量图。其中，图15是图14所示摄像镜头的像散曲线图(mm)，弧矢面的像散小于0.1mm内，子午面的像散小于控制在0.1mm内，指标较高；图16是图14所示摄像镜头的畸变曲线图(％)，畸变控制在1％内，指标较高；图17是图14所示摄像镜头的轴上色差曲线图(mm)，波长为0.6563μm的红光(C光)的轴上色差控制在0.005mm内，波长为0.4861μm的蓝光(F光)的轴上色差控制在0.002mm内，指标较高。
本发明实施例使用了塑料非球面、球面以及复合透镜的搭配，实现了一种分辨率4K以上，镜头成像靶面1英寸(16mm)以上，而光学长度32mm以下的自动对焦(下文简称AF)以及定焦镜头。
Figure BDA0002667081080000131
Figure BDA0002667081080000141
表7
表面编号 圆锥系数 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S3 0.00E+00 -4.43E-04 -2.25E-05 2.50E-07 -7.15E-09 5.23E-11 0.00E+00
S4 0.00E+00 3.21E-05 -1.86E-05 2.54E-07 -1.98E-09 2.30E-13 0.00E+00
表8
本发明实施例中提供了一种摄像镜头，该摄像镜头由物侧到像侧依次包括：第一透镜组，其包括具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜；光阑；第二透镜组，其包括具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜；第三透镜组，其包括具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜，本发明实施例提供的摄像镜头仅需要九个透镜即可实现高质量成像，镜头体积较小，长度较短，便携性好。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种摄像镜头，其特征在于，由物侧到像侧依次包括第一透镜组、光阑、第二透镜组和第三透镜组，透镜组的个数为3个；
所述第一透镜组，由具有负屈折力的第一透镜和具有正屈折力的第二透镜组成；
所述第二透镜组，由具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜、具有正或者负屈折力的第五透镜、具有负屈折力的第六透镜和具有负屈折力的第七透镜组成；
所述第三透镜组，由具有正屈折力的第八透镜和具有正或负屈折力的第九透镜组成；
所述摄像镜头满足以下关系：
-6.5<(f1+f2+f3)/f<2.5
2.2<TTL/f<4.2
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距，f2为所述第二透镜组的有效焦距，f3为所述第三透镜组的有效焦距，f为所述摄像镜头的有效焦距，TTL为所述摄像镜头的镜头总长。
2.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，
所述第九透镜为非球面透镜，且靠近所述像侧的表面为凹面。
3.根据权利要求2所述的摄像镜头，其特征在于，
所述第二透镜和所述第七透镜为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的摄像镜头，其特征在于，
所述第一透镜和所述第六透镜为凹透镜，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第八透镜为凸透镜。
5.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，所述摄像镜头还满足以下关系：
TTL/IH≤1.63
其中，TTL为所述摄像镜头的镜头总长，IH为所述摄像镜头的成像面上有效像素区域对角线长。
6.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，所述第一透镜组的有效焦距满足以下关系：
-65<f1<-10
其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距。
7.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，所述第二透镜组的有效焦距满足以下关系：
-11<f2<12
其中，f2为所述第二透镜组的有效焦距。
8.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，所述第三透镜组的有效焦距满足以下关系：
-18<f3<45
其中，f3为所述第三透镜组的有效焦距。
9.一种无人机，其特征在于，包括：控制器，以及，如权利要求1-8任一项所述的摄像镜头，所述控制器与所述摄像镜头通信连接。
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