一种无人机镜头的制作方法

本实用新型涉及一种光学镜头，尤其涉及一种无人机镜头。

背景技术：

伴随着无人机航拍的广泛应用，一般无人机航拍镜头在同一时间只能对某一个方向的内容进行图像记录，拍摄画幅十分有限，且拍摄时由于镜头自身分辨率不高导致所拍摄图像不清晰，锐度和层次感很差，同时无人机航拍镜头畸变很大，导致图像变形，还存在体积大等缺点。即现有的无人机航拍镜头都存在视场角小、分辨率低、锐度和层次感差、畸变大、体积大等缺点。

中国专利文献号CN 105403982 A于2016年03月16日公开的一种高像质用于无人机航拍光学成像镜头，以及中国专利文献号CN 105372789 A于2016年03月02日公开的一种无畸变高分辨率大视角无人机镜头光学系统，其都存在镜头镜片数较多，即存在体积大的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在提供一种低畸变、大视角、高分辨率及抗环境温度变化能力强的无人机镜头，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种无人机镜头，其结构特征是从物侧到像侧依次包括前透镜组、孔径光阑和后透镜组，孔径光阑位于镜头的中部；

其中，所述前透镜组包括从物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、正焦距的第三透镜，所述前透镜组中的各透镜朝向物侧一面为凸面，第一透镜和第二透镜朝向像面一侧为凹面，第三透镜朝向像面一侧为凸面；

所述后透镜组包括从物侧到像侧依次设置的正焦距的第四透镜、负焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜，所述后透镜组中的各透镜朝向像侧一面为凸面，第四透镜和第六透镜朝向物面一侧为凸面，第五透镜朝向物面一侧为凹面。

进一步，所述第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，其满足关系式：1.2<f1/f2<3.5。

进一步，所述第二透镜的焦距为f2，第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-0.7<f2/f6<-0.3。

进一步，所述第一透镜的焦距为f1，第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-1.8<f1/f6<-0.3。

进一步，所述前透镜组的焦距为fg1，后透镜组焦距为fg2，其满足关系式：0.8<fg1/fg2<1.5。

进一步，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜都为玻璃球面镜片，第二透镜和第六透镜为玻璃非球面镜片，孔径光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。

进一步，所述第二透镜的前表面为凸面，第二透镜的前表面为椭圆形非球面；第二透镜的前表面的半孔径为SD3，第二透镜的前表面的矢高为Sag3，其满足关系式：0<Sag3/SD3<0.45。

进一步，所述第二透镜的后表面为凹面，第二透镜的后表面为椭圆形非球面；第二透镜的后表面的半孔径为SD4，第二透镜的后表面的矢高为Sag4，其满足关系式：0<Sag4/SD4<0.75。

进一步，所述第六透镜朝向物侧的前表面为凸面，第六透镜的前表面为双曲线形非球面，第六透镜的前表面的半孔径为SD11，第六透镜的前表面的矢高为Sag11，其满足关系式：-0.025<Sag11/SD11<0.09。

进一步，所述第六透镜朝向像侧的后表面为凸面，第六透镜的后表面为扁圆形非球面，第六透镜的后表面的半孔径为SD12，第六透镜的后表面的矢高为Sag12，其满足关系式：-0.25<Sag12/SD12<0。

进一步，所述第一透镜的折射率为n1，第一透镜的阿贝数为v1，其满足关系式：4.7<n1+ln(v1)<6。

进一步，所述第二透镜的折射率为n2，第三透镜的折射率为n3，第六透镜的折射率为n6，第二透镜的阿贝数为v2，第三透镜的阿贝数为v3，第六透镜的阿贝数为v6，其满足关系式：

2.4<n2+v2/40.5<3.5；

2.4<n3+v3/40.5<3.5；

2.4<n6+v6/40.5<3.5。

进一步，所述第五透镜的折射率为n5，第五透镜的阿贝数为v5，其满足关系式：4.2<n5+ln(v5)<5.3。

进一步，所述第四透镜和第五透镜为胶合透镜，第四透镜和第五透镜的焦距分别为f4和f5，其满足关系式：

3.5<n4/f4+0.05*v4<5.5；

-2<n5/f5-0.045*v5<-0.7。

进一步，所述第一透镜与第二透镜之间的间距为D1，第一透镜与像平面之间的间距为TL，其满足关系式：D1/TL<0.25。

进一步，所述镜头的总焦距为f，第一透镜与像平面之间的间距为TL，其满足关系式：f/TL<0.3。

进一步，所述第一透镜与第二透镜之间的间距为D1，第二透镜与第三透镜之间的间距D2，第一透镜与像平面之间的间距为TL，其满足关系式：

0.2<(D1+D2)/TL<0.3。

进一步，所述第一透镜的中心厚度为T1，第二透镜的中心厚度为T2，其满足关系式：0.2<T1/T2<0.8。

进一步，所述第二透镜的中心厚度为T2，第六透镜的中心厚度为T6，其满足关系式：1<T2/T6<1.5。

本实用新型采用有利于降低畸变的双高斯结构，第一透镜采用负弯月透镜，第二透镜采用负弯月非球面透镜，第六透镜采用非球面透镜，且两枚非球面透镜皆远离光阑，主要用于降低像面主光线入射角，提升抗温度变化能力和降低畸变，使得整个无人机镜头的畸变能达到2％的小畸变数值。

本实用新型采用六片式结构，从物侧到像侧依次包括前透镜组、孔径光阑、后透镜组。孔径光阑位于镜头中部，前透镜组由三枚透镜组成，主要用于降低畸变，减小轴外视场主光线相对于光轴的夹角；后透镜组由三枚透镜组成，主要用于降低色差，提升像质，降低像面主光线入射角。

本实用新型同时采用球面镜片和非球面镜片混合搭配的方式；第一透镜和第二透镜为负弯月型透镜，第四透镜和第五透镜采用有利于降低色差的胶合透镜，第二透镜和第六透镜采用非球面，使得整个无人机镜头具有全视角100°的大视场和较小的像差值，能够达到1600万像素的高分辨率，保证该无人机镜头具有好的锐度和层次感，同时具有较小的像面主光线入射角度，使得整个无人机镜头的色彩还原性较均匀。

本实用新型采用合理的光焦度分配、球面和非球面镜片的排布，使无人机镜头中的各透镜的焦距及公差分布均衡，有效减少镜片数量，缩短无人机镜头的长度，降低结构公差敏感度问题。

本实用新型通过合理搭配不同的热特性材料、合理排布球面镜片和非球面镜片的的结构位置，使整个无人机镜头具有好的抗温度变化能力，解决了镜头温度焦点漂移的问题，在较大的温度范围内保持高的图像解析能力，提高了产品竞争力，增加了产品的使用场合。

综上所述，本实用新型采用合理的光焦度分配、球面和非球面镜片的排布，使的无人机镜头中的各透镜的焦距及公差分布均衡，降低结构公差敏感度问题；并且还使得整个无人机镜头具有全视角100°的大视场，2％左右的低畸变值，1600万像素的高分辨率，保证该无人机镜头具有好的锐度和层次感，同时具有较小的像面主光线入射角度，使得整个无人机镜头的色彩还原性较均匀。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的透镜示意图。

图2为第一实施例的第一解析图。

图3为第一实施例的第二解析图。

图4为第一实施例的Spot图。

图5为第一实施例的场曲畸变图。

图6为第一实施例的主光线角度图。

图7为第一实施例的低温零下20℃时的解析图。

图8为第一实施例的高温零上60℃时的解析图。

图9为第二实施例的第一解析图。

图10为第二实施例的第二解析图。

图11为第二实施例的Spot图。

图12为第二实施例的场曲畸变图。

图13为第二实施例的主光线角度图。

图14为第二实施例的高温零上60℃时的解析图。

图15为第二实施例的低温零下20℃时的解析图。

图16为第三实施例的第一解析图。

图17为第三实施例的第二解析图。

图18为第三实施例的Spot图。

图19为第三实施例的场曲畸变图。

图20为第三实施例的低温零下20℃时的解析图。

图21为第三实施例的高温零上60℃时的解析图。

图22为第一实施例的矢高与半径孔的比值关系图。

图23为第二实施例的矢高与半径孔的比值关系图。

图24为第三实施例的矢高与半径孔的比值关系图。

图中：G1为前透镜组，G2为后透镜组，L1为第一透镜，L2为第二透镜，L3为第三透镜，L4为第四透镜，L5为第五透镜，L45为胶合透镜，L6为第六透镜，S1为第一透镜的前表面，S2为第一透镜的后表面，S3为第二透镜的前表面，S4为第二透镜的后表面，S5为第三透镜的前表面，S6为第三透镜的后表面，S7为孔径光阑，S8为第四透镜的前表面，S9为第四透镜的后表面，S10为第五透镜的后表面，S11为第六透镜的前表面，S12为第六透镜的后表面，S13为IR镜片的前表面，S14为IR镜片的后表面，S15为像平面的表面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图8和图22，本无人机镜头，从物侧到像侧依次包括前透镜组G1、孔径光阑Aperture Stop和后透镜组G2，孔径光阑位于镜头的中部，其中，所述前透镜组G1包括从物侧到像侧依次设置的负焦距的第一透镜L1、负焦距的第二透镜L2、正焦距的第三透镜L3，所述前透镜组G1中的各透镜朝向物侧一面为凸面，第一透镜L1和第二透镜L2朝向像面一侧为凹面，第三透镜L3朝向像面一侧为凸面；所述后透镜组G2包括从物侧到像侧依次设置的正焦距的第四透镜L4、负焦距的第五透镜L5、正焦距的第六透镜L6，所述后透镜组G2中的各透镜朝向像侧一面为凸面，第四透镜L4和第六透镜L6朝向物面一侧为凸面，第五透镜L5朝向物面一侧为凹面；f1为第一透镜L1的焦距，f2为第二透镜L2的焦距；有1.2<f1/f2<3.5。

所述第一透镜L1和第二透镜L2为弯向物侧的负透镜，主要用于降低畸变。

所述负焦距的第二透镜L2和正焦距的第六透镜L6均为非球面透镜，且设置在远离孔径光阑的位置，主要用于降低像面主光线入射角，提升抗温度变化能力和降低畸变。

所述前透镜组G1的焦距为fg1，后透镜组G2焦距为fg2，第六透镜L6的焦距为f6，其满足关系式：-0.7<f2/f6<-0.3；-1.8<f1/f6<-0.3；0.8<fg1/fg2<1.5。

所述第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5都为玻璃球面镜片，第二透镜L2和第六透镜L6为玻璃非球面镜片，孔径光阑设置在第三透镜L3与第四透镜L4之间。

所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6折射率和阿贝数依次分别为n1、n2、n3、n4、n5、n6、v1、v2、v3、v4、v5和v6，其满足关系式：

4.7<n1+ln(v1)<6；

2.4<n2+v2/40.5<3.5；

2.4<n3+v3/40.5<3.5；

2.4<n6+v6/40.5<3.5；

4.2<n5+ln(v5)<5.3。

所述第四透镜L4和第五透镜L5为胶合透镜，第四透镜L4和第五透镜L5的焦距分别为f4和f5，其满足关系式：

3.5<n4/f4+0.05*v4<5.5；

-2<n5/f5-0.045*v5<-0.7。

所述第二透镜L2的前表面S3为凸面，第二透镜L2的后表面S4为凹面，第二透镜L2的前表面S3和后表面S4均为椭圆形非球面；第六透镜L6朝向物侧的前表面S11为凸面，第六透镜L6的前表面S11为双曲线形非球面，第六透镜L6朝向像侧的后表面S12为凸面，第六透镜L6的后表面S12扁圆形非球面；其中，第二透镜L2的前表面S3和后表面S4以及第六透镜L6前表面S11和后表面S12的半孔径和矢高分别为SD3、SD4、SD11、SD12、Sag3、Sag4、Sag11、Sag12；其满足关系式：

0<Sag3/SD3<0.45；

0<Sag4/SD4<0.75；

-0.025<Sag11/SD11<0.09；

-0.25<Sag12/SD12<0。

所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的间距为D1，第二透镜L2与第三透镜L3之间的间距D2，第一透镜L1与像平面Image Plane之间的间距为TL，镜头的总焦距为f；其满足关系式：

D1/TL<0.25；

f/TL<0.3；

0.2<(D1+D2)/TL<0.3。

所述第一透镜L1、第二透镜L2和第六透镜L6的中心厚度依次分别为T1、T2和T6，有：

0.2<T1/T2<0.8；

1<T2/T6<1.5。

在本实施例中，当工作物距WD＝1m，无人机镜头的总焦距f＝3.47mm，光圈F#＝2.82，视场角FOV＝100°，镜头总长TL＝24.94mm时，

上述各表中，n为折射率，R为曲率半径，第一透镜L1～第六透镜L6依次的焦距为f1～f6，fg1为前透镜组G1的焦距，fg2为后透镜组G2的焦距，D为镜片间间隔，T为镜片厚度，TL为无人机镜头的镜头总长，f为无人机镜头的镜头焦距，FOV代表全视场，F#指光圈，K、A、B、C、D、E为非球面系数。

图2至图8和图22分别为工作物距WD＝1m时的MTF、常温离焦曲线、点列图、场曲畸变图、低温-20℃、高温60℃离焦曲线、矢高与半孔径的比值关系图，从图中可以看出，第一实施例所提供的无人机镜头具有低畸变、大视场角、高分辨率、好的色彩还原性、强抗温度变化能力等优势。

第二实施例

参见图9-图15和图23，在本实施例中，当工作物距WD＝1m，无人机镜头的总焦距f＝3.5mm，光圈F#＝2.85，全视场FOV＝100°，无人机镜头的镜头总长TL＝25.1mm时，

上述各表中，n为折射率，R为曲率半径，第一透镜L1～第六透镜L6依次的焦距为f1～f6，fg1为前透镜组G1的焦距，fg2为后透镜组G2的焦距，D为镜片间间隔，T为镜片厚度，TL为无人机镜头的镜头总长，f为无人机镜头的镜头焦距，FOV代表全视场，F#指光圈，K、A、B、C、D、E为非球面系数。

图9至图15和图23分别为工作物距WD＝1m时的MTF、常温离焦曲线、点列图、场曲畸变图、低温-20℃、高温60℃离焦曲线、矢高与半孔径的比值关系图，从图中可以看出，第二实施例所提供的无人机镜头具有低畸变、大视场角、高分辨率、好的色彩还原性、强抗温度变化能力等优势。

第三实施例

参见图16-图21和图24，在本实施例中，当工作物距WD＝1m无人机镜头的总焦距f＝3.37mm，光圈F#＝2.82，FOV＝100°，TL＝25.1mm时，

以下为列出在第一实施例至第三实施例中，各条件式满足下面表格的条件：

上述各表中，n为折射率，R为曲率半径，第一透镜L1～第六透镜L6依次的焦距为f1～f6，fg1为前透镜组G1的焦距，fg2为后透镜组G2的焦距，D为镜片间间隔，T为镜片厚度，TL为无人机镜头的镜头总长，f为无人机镜头的镜头焦距，FOV代表全视场，F#指光圈，K、A、B、C、D、E为非球面系数。

图16至图21和图24为工作物距WD＝1m时的MTF、常温离焦曲线、点列图、场曲畸变图、低温-20℃、高温60℃离焦曲线、矢高与半孔径的比值关系图，从图中可以看出，第三实施例所提供的无人机镜头具有上述低畸变、大视场角、高分辨率、好的色彩还原性、强抗温度变化能力等优势。

其中所使用的非球面系数采用如下计算公式：

式中，r为光学表面上一点到光轴的距离，Z为该点沿光轴方向的矢高，c为该表面的曲率，k为该表面的二次曲面常数，当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k＝-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当-1＜k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；当k＝0时，透镜的面形曲线为圆形；当0＜k时，透镜的面形曲线为扁圆形。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。