CN112305713A - 一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机 - Google Patents

一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机，涉及光学技术领域。定焦镜头由四个透镜群组成；第一透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜，正光焦度的第三透镜和负光焦度的第四透镜组成，第三透镜和第四透镜胶合；第二透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜，负光焦度的第六透镜组成，第五透镜和第六透镜胶合；第三透镜群从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜，正光焦度的第八透镜组成；第四透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜，负光焦度的第十透镜组成。通过上述少量的透镜群组的设置，实现了定焦镜头的小型化，方便了无人机的携带，同时也方便定焦镜头内再安装广角镜头。

Description

一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机。
背景技术
定焦镜头是指只有一个固定焦距的镜头，虽然没有变焦功能，但定焦镜头相对于变焦镜头对焦速度快，成像质量稳定。
定焦和变焦各有其优势，对于工业巡检而言，在物距范围比较确定的情况下，对于变焦的需求就没有那么大，这个时候定焦镜头就有其独特的优势。
目前市场上常见的工业巡检定焦镜头视场角往往不大，在巡检的过程中如何寻找物体以及定位就成了一个需要解决的问题，特别是在无人机巡检的实际应用中，往往需要额外搭配一个广角镜头模组来辅助定位和寻找目标，占用了额外的空间，而这对于无人机来说无疑是个负担。
发明内容
本发明将解决现有的技术问题，提供一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机，通过上述少量的透镜群组的设置，实现了定焦镜头的小型化，方便了无人机的携带，同时也方便定焦镜头内再安装广角镜头。
本发明提供的技术方案如下：
一种定焦镜头，所述定焦镜头由四个透镜群组成；所述定焦镜头从物面侧到像面侧依次包括第一透镜群，第二透镜群，第三透镜群和第四透镜群；所述第一透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜，正光焦度的第三透镜和负光焦度的第四透镜组成，所述第三透镜和所述第四透镜胶合；所述第二透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜，负光焦度的第六透镜组成，所述第五透镜和第六透镜胶合；所述第三透镜群从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜，正光焦度的第八透镜组成；所述第四透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜，负光焦度的第十透镜组成。
优选地，所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜群与所述第二透镜群之间，或所述第二透镜群与所述第三透镜群之间。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：60mm＜f＜80mm；TTL＜75mm；其中，f为所述定焦镜头的焦距，TTL为所述定焦镜头的光学总长。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：0.11<BFL/f<0.16；其中，BFL为所述定焦镜头的光学后焦。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：0.03＜DS/f＜0.06；其中，DS为所述光阑与其物面侧透镜之间的间距。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：D12/TTL＞0.1；其中，D12为第一透镜与第二透镜之间的间距。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：φL1/TTL＞0.4；其中，φL1为第一透镜的有效口径。
优选地，所述定焦镜头满足以下条件式：fL1＞fL2＞fL3；其中，fL1为所述第一透镜的焦距，fL2为所述第二透镜的焦距，fL3为所述第三透镜的焦距。
优选地，所述第一透镜折射率大于1.75，小于1.85；所述第二透镜折射率大于1.45，小于1.55；所述第三透镜折射率大于1.40，小于1.55；所述第一透镜阿贝数大于40，小于45；所述第二透镜阿贝数大于75，小于85；所述第三透镜阿贝数大于80，小于85。
本发明的目的之一还在于提供一种图像拾取装置，包括定焦镜头；及图像拾取元件，被配置为接收由所述定焦镜头形成的图像。
优选地，所述图像拾取装置还包括：广角镜头模组，所述广角镜头模组设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间。
本发明的目的之一还在于提供一种巡检无人机，包括无人机主机，所述无人机主体上搭载有图像拾取装置。
与现有技术相比，本发明提供的一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机具有以下有益效果：
1、通过上述少量的透镜群组的设置，实现了定焦镜头的小型化，方便了无人机的携带，同时也方便定焦镜头内再安装广角镜头。
2、通过光阑的设置，实现了定焦镜头相对孔径的限定，有效控制了定焦镜头的进光量。
3、通过定焦镜头光学后焦的限定，减小了定焦镜头光学总长过大的可能，也减小了第一透镜与第二透镜之间的间距过小的可能，方便了广角镜头模组的安装。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种定焦镜头、图像拾取装置和巡检无人机的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种定焦镜头的结构示意图；
图2是本发明一种定焦镜头的慧差图；
图3是本发明一种定焦镜头的各像差图；
图4是本发明另一种定焦镜头的结构示意图；
图5是本发明另一种定焦镜头的慧差图；
图6是本发明另一种定焦镜头的各像差图；
图7是本发明一种图像拾取装置的结构示意图。
附图标号说明：10、定焦镜头；20、图像拾取元件；30、广角镜头模组；G1、第一透镜群；G2、第二透镜群；G3、第三透镜群；G4、第四透镜群；G5、辅助组件；STO、光阑；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、第八透镜；L9、第九透镜；L10、第十透镜；FI、滤光片；CG、保护玻璃。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
实施例一，如图1所示，一种定焦镜头，所述定焦镜头由四个透镜群组成；
所述定焦镜头从物面侧到像面侧依次包括第一透镜群G1，第二透镜群G2，第三透镜群G3和第四透镜群G4。
所述第一透镜群G1从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜L1，正光焦度的第二透镜L2，正光焦度的第三透镜L3和负光焦度的第四透镜L4组成，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4胶合。
所述第二透镜群G2从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜L5，负光焦度的第六透镜L6组成，所述第五透镜L5和第六透镜L6胶合。
所述第三透镜群G3从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜L7，正光焦度的第八透镜L8组成。
所述第四透镜群G4从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜L9，负光焦度的第十透镜L10组成。
本实施例中，通过上述少量的透镜群组的设置，实现了定焦镜头的小型化，方便了无人机的携带，同时也方便定焦镜头内再安装广角镜头。
定焦镜头还包括光阑STO，所述光阑STO设置于所述第一透镜群G1与所述第二透镜群G2之间，或所述第二透镜群G2与所述第三透镜群G3之间。
本实施例中，通过光阑STO的设置，实现了定焦镜头相对孔径的限定，有效控制了定焦镜头的进光量。
所述定焦镜头满足以下条件式：
60mm＜f＜80mm；
TTL＜75mm；
其中，f为所述定焦镜头的焦距，TTL为所述定焦镜头的光学总长。
本实施例中，通过定焦镜头焦距及光学总长的限定，便于无人机的携带，同时也便于定焦镜头抓取画面。
0.11<BFL/f<0.16；
其中，BFL为所述定焦镜头的光学后焦。
本实施例中，通过定焦镜头光学后焦的限定，减小了定焦镜头光学总长过大的可能，也减小了第一透镜L1与第二透镜L2之间的间距过小的可能，方便了广角镜头模组30的安装。
0.03＜DS/f＜0.06；
其中，DS为所述光阑STO与其物面侧透镜之间的间距。
本实施例中，通过光阑STO与其物面侧透镜之间的间距的限定，使得定焦镜头的相对孔径在一个合适的范围内，减小了定焦镜头的光学总长过大的可能，也减小了定焦镜头进光量过少的可能，增加了定焦镜头的亮度。
D12/TTL＞0.1；
其中，D12为第一透镜L1与第二透镜L2之间的间距。
通过第一透镜L1与第二透镜L2之间间距的限定，减小了广角镜头模组30难以放入第一透镜L1与第二透镜L2之间的可能，增加了定焦镜头安装广角镜头模组30的可靠性。
φL1/TTL＞0.4；
其中，φL1为第一透镜L1的有效口径。
由于定焦镜头在安装广角镜头模组之后，安装在定焦镜头后端的图像拾取元件上能够接受到一部分光线被广角镜头模组接收，因此，图像拾取元件上的亮度降低；因此，通过增大第一透镜L1的口径，保证在广角镜头模组遮挡了一部分光线的情况下，仍然有足够的光线到达像面、照度足够,从而避免成像质量受到影响。
fL1＞fL2＞fL3；
其中，fL1为所述第一透镜L1的焦距，fL2为所述第二透镜L2的焦距，fL3为所述第三透镜L3的焦距。
通过焦距连续减小的光焦度为正的透镜的设置，在保证照度足够的同时，能够是的光线能够更好地汇聚于光轴处，减小了后侧透镜的有效口径，继而减小了定焦镜头的体积与质量，方便了无人机的携带。
所述第一透镜L1折射率大于1.75，小于1.85；
所述第二透镜L2折射率大于1.45，小于1.55；
所述第三透镜L3折射率大于1.40，小于1.55；
所述第一透镜L1阿贝数大于40，小于45；
所述第二透镜L2阿贝数大于75，小于85；
所述第三透镜L3阿贝数大于80，小于85。
实施例二，如图1至图3所示，一种定焦镜头，所述定焦镜头由四个透镜群组成。
所述定焦镜头从物面侧到像面侧依次包括第一透镜群G1，光阑STO，第二透镜群G2，第三透镜群G3，第四透镜群G4和辅助组件G5。
所述第一透镜群G1从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜L1，正光焦度的第二透镜L2，正光焦度的第三透镜L3和负光焦度的第四透镜L4组成，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4胶合。
所述第二透镜群G2从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜L5，负光焦度的第六透镜L6组成，所述第五透镜L5和第六透镜L6胶合。
所述第三透镜群G3从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜L7，正光焦度的第八透镜L8组成。
所述第四透镜群G4从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜L9，负光焦度的第十透镜L10组成。
辅助组件G5从物面侧到像面侧由滤光片FI和保护玻璃CG组成。
将本实施例的长焦距变焦镜头的基本透镜数据示于表1中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
【表1】
Figure BDA0002696146220000071
Figure BDA0002696146220000081
本实施例中，f＝75mm，TTL＝69.6mm，FNO＝2.42；
其中，f为所述定焦镜头的焦距，TTL为所述定焦镜头的光学总长，FNO为所述定焦镜头的相对孔径。
BFL＝8.43mm，BFL/f＝0.112；
其中，BFL为所述定焦镜头的光学后焦。
DS＝3.96mm，DS/f＝0.053；
其中，DS为所述光阑STO与其物面侧透镜之间的间距。
D12＝10.20mm，D12/TTL＝0.147；
其中，D12为第一透镜L1与第二透镜L2之间的间距。
φL1＝35.26mm，φL1/TTL＝0.47；
其中，φL1为第一透镜L1的有效口径。
fL1＝71.57mm，fL2＝61.90mm，fL3＝36.55mm；
其中，fL1为所述第一透镜L1的焦距，fL2为所述第二透镜L2的焦距，fL3为所述第三透镜L3的焦距。
实施例三，如图4至图6所示，一种定焦镜头，所述定焦镜头由四个透镜群组成；
所述定焦镜头从物面侧到像面侧依次包括第一透镜群G1，光阑STO，第二透镜群G2，第三透镜群G3，第四透镜群G4和辅助组件G5。
所述第一透镜群G1从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜L1，正光焦度的第二透镜L2，正光焦度的第三透镜L3和负光焦度的第四透镜L4组成，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4胶合。
所述第二透镜群G2从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜L5，负光焦度的第六透镜L6组成，所述第五透镜L5和第六透镜L6胶合。
所述第三透镜群G3从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜L7，正光焦度的第八透镜L8组成。
所述第四透镜群G4从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜L9，负光焦度的第十透镜L10组成。
辅助组件G5从物面侧到像面侧由滤光片FI和保护玻璃CG组成。
将本实施例的长焦距变焦镜头的基本透镜数据示于表2中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
【表2】
Figure BDA0002696146220000091
Figure BDA0002696146220000101
本实施例中，f＝75mm，TTL＝69.98mm，FNO＝2.22；
其中，f为所述定焦镜头的焦距，TTL为所述定焦镜头的光学总长，FNO为所述定焦镜头的相对孔径。
BFL＝11.44mm，BFL/f＝0.153；
其中，BFL为所述定焦镜头的光学后焦。
DS＝2.80mm，DS/f＝0.0373；
其中，DS为所述光阑STO与其物面侧透镜之间的间距。
D12＝10.20mm，D12/TTL＝0.146；
其中，D12为第一透镜L1与第二透镜L2之间的间距。
φL1＝39.66mm，φL1/TTL＝0.567；
其中，φL1为第一透镜L1的有效口径。
fL1＝83.82mm，fL2＝52.97mm，fL3＝51.96mm；
其中，fL1为所述第一透镜L1的焦距，fL2为所述第二透镜L2的焦距，fL3为所述第三透镜L3的焦距。
实施例四，如图1至图7所示，一种图像拾取装置，包括：如上述任意一种实施例所描述的定焦镜头10，及图像拾取元件20，被配置为接收由定焦镜头10形成的图像。
优选地，所述图像拾取装置还包括广角镜头模组30，所述广角镜头模组30设置于第一透镜L1与所述第二透镜L2之间。
实施例五，如图1至图7所示，一种巡检无人机，包括无人机主机，所述无人机主体上搭载上述实施例所描述的图像拾取装置。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头由四个透镜群组成；
所述定焦镜头从物面侧到像面侧依次包括第一透镜群，第二透镜群，第三透镜群和第四透镜群；
所述第一透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜，正光焦度的第三透镜和负光焦度的第四透镜组成，所述第三透镜和所述第四透镜胶合；
所述第二透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第五透镜，负光焦度的第六透镜组成，所述第五透镜和第六透镜胶合；
所述第三透镜群从物面侧到像面侧由负光焦度的第七透镜，正光焦度的第八透镜组成；
所述第四透镜群从物面侧到像面侧由正光焦度的第九透镜，负光焦度的第十透镜组成。
2.根据权利要求1所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜群与所述第二透镜群之间，或所述第二透镜群与所述第三透镜群之间。
3.根据权利要求1所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
60mm＜f＜80mm；
TTL＜75mm；
其中，f为所述定焦镜头的焦距，TTL为所述定焦镜头的光学总长。
4.根据权利要求3所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
0.11<BFL / f<0.16；
其中，BFL为所述定焦镜头的光学后焦。
5.根据权利要求3所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
0.03＜DS/f＜0.06；
其中，DS为所述光阑与其物面侧透镜之间的间距。
6.根据权利要求3所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
D12/TTL＞0.1；
其中，D12为第一透镜与第二透镜之间的间距。
7.根据权利要求3所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
φL1/TTL＞0.4；
其中，φL1为第一透镜的有效口径。
8.根据权利要求1所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述定焦镜头满足以下条件式：
fL1＞fL2＞fL3；
其中，fL1为所述第一透镜的焦距，fL2为所述第二透镜的焦距，fL3为所述第三透镜的焦距。
9.根据权利要求1所述的一种定焦镜头，其特征在于：
所述第一透镜L1折射率大于1.75，小于1.85；
所述第二透镜L2折射率大于1.45，小于1.55；
所述第三透镜L3折射率大于1.40，小于1.55；
所述第一透镜L1阿贝数大于40，小于45；
所述第二透镜L2阿贝数大于75，小于85；
所述第三透镜L3阿贝数大于80，小于85。
10.一种图像拾取装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-9中任意一项所述的定焦镜头；
及图像拾取元件，被配置为接收由所述定焦镜头形成的图像。
11.根据权利要求10所述的一种图像拾取装置，其特征在于，所述图像拾取装置还包括：
广角镜头模组，所述广角镜头模组设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间。
12.一种巡检无人机，其特征在于，包括无人机主机，所述无人机主体上搭载有如权利要求10或11所述的图像拾取装置。
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