一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的制作方法

1.本发明属于无人机镜头的技术领域，具体涉及一种低畸变带快门的无人机测绘镜头。


背景技术：

2.无人机测绘主要应用于国防、林业、城市规划、土地确权、水利监测等。无人机工作环境不分季节，不分地域，特别是南北地域冬季与夏季温度差异大，镜头在工作的时候需要保证在不同的环境下都不能虚焦，从而影响成像的清晰度。无人机或其他飞行器搭载航拍摄像机为地理环境做测绘建立3d模型或拍照分析地理环境，航拍摄像机需要接上镜头才能得到高分辨率、低畸变的图像。因为应用于地理分析与测量，所以对镜头的要求会非常高，镜头的分辨率、畸变、色差、使用环境、重量会直接影响测绘的精度与飞行器的续航时间。
3.例如专利申请号为202123182037.5公开的一种低畸变航拍镜头，包括同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和镜筒；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜沿光的传播方向依次固定在镜筒内，第一透镜为正弯月透镜，第二透镜为负弯月透镜，第三透镜为负弯月透镜，且第一透镜、第二透镜和第三透镜相邻的表面固定在一起形成胶合透镜，第四透镜为双凹透镜，第五透镜为双凸透镜，且第四透镜和第五透镜相邻的表面固定在一起形成胶合透镜。然而，该专利畸变设计值为0.4％，航拍精度还有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种结构简单、低畸变、减少重量与振动、精度高，且能适用于高低温恶劣的工作环境的无人机测绘镜头，为实现本发明的目的，采用以下技术方案：
5.一种低畸变带快门的无人机测绘镜头，所述无人机测绘镜头从物方到像方依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、光阑组、快门组、具有正光焦度的第四透镜组。
6.进一步的改进在于：所述第四透镜组为包括具有正光焦度的第四透镜与具有负光焦度的第五透镜的粘合镜片。
7.进一步的改进在于：
8.所述第一透镜为负透镜，第一透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
9.所述第二透镜为正透镜，第二透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
10.所述第三透镜为正透镜，第三透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
11.所述第四透镜组为正透镜，第四透镜组物面侧为凹面，像面侧为凸面；
12.所述第四透镜为正透镜，第四透镜物面侧为凹面，像面侧为凸面；
13.所述第五透镜为负透镜，第五透镜物面侧为凹面，像面侧为凸面。
14.进一步的改进在于：
15.所述第一透镜的d光折射率nd1和阿贝常数vd1还满足以下条件：1.4＜nd1＜1.8，
10＜vd1＜50；
16.所述第二透镜的d光折射率nd2和阿贝常数vd2还满足以下条件：1.6＜nd2＜1.9，30＜vd2＜60；
17.所述第三透镜的d光折射率nd3和阿贝常数vd3还满足以下条件：1.6＜nd3＜1.9，10＜vd3＜60；
18.所述第四透镜的d光折射率nd4和阿贝常数vd4还满足以下条件：1.6＜nd4＜1.9，30＜vd4＜60；
19.所述第五透镜的d光折射率nd5和阿贝常数vd5还满足以下条件：1.4＜nd5＜1.8，10＜vd5＜60。
20.进一步的改进在于：
21.所述第一透镜的焦距f1还满足以下条件：-30＜f1＜-20；
22.所述第二透镜的焦距f2还满足以下条件：15＜f2＜30；
23.所述第三透镜的焦距f3还满足以下条件：40＜f3＜80；
24.所述第四透镜组的焦距f6还满足以下条件：20＜f6＜40；
25.所述第四透镜的焦距f4还满足以下条件：5＜f4＜15；
26.所述第五透镜的焦距f5还满足以下条件：-10＜f5＜-20。
27.进一步的改进在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均采用光学玻璃球面制成。
28.进一步的改进在于，所述快门组的通光口径大小为4mm-8mm。
29.进一步的改进在于，所述无人机测绘镜头的光圈f/no满足以下条件：4≤f/no≤8。
30.进一步的改进在于，所述无人机测绘镜头的半像高y满足以下条件：10mm≤y≤25mm。
31.进一步的改进在于，所述无人机测绘镜头的焦距f满足以下条件：20≤f≤50。
32.本发明的有益效果：
33.本发明使用镜片枚数少、结构简单、成本低、组装容易，且具备低畸变、精度高的优点，其中，畸变小于0.02％；本发明通过在第三透镜与第四透镜组之间安装快门组，能够减少重量与振动，提高无人机测绘镜头的精度以及保证无人机的续航时间；本发明能适用于高低温恶劣的工作环境，通过对材料的选择，结构的优化，适用于-40℃～+80℃的工作环境。基于以上特点，本发明具有非常大的应用前景。
附图说明
34.图1为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的光路结构示意图；
35.图2为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的畸变曲线图；
36.图3为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的常温mtf曲线图；
37.图4为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的低温-40度mtf曲线图；
38.图5为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的高温80度mtf曲线图。
39.附图标记说明：l1、第一透镜；l2、第二透镜；l3、第三透镜；sto、光阑组；shutter、快门组；g1、第四透镜组；l4、第四透镜；l5、第五透镜。
具体实施方式
40.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。
41.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。
42.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。
43.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。
44.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。
45.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。
46.现有技术中的无人机测绘镜头普遍存在结构复杂、畸变大、重量重、振动大、精度不高，且不能保证无人机续航时间，不能适用于高低温恶劣的工作环境等问题，本发明实施例的目的为了克服现有技术中的至少一个缺陷。
47.请参考附图1，本发明实施例提出一种低畸变带快门的无人机测绘镜头，应用于无人机航拍测绘，所述无人机测绘镜头从物方到像方由左到右延轴线依次包括具有负光焦度的第一透镜l1、具有正光焦度的第二透镜l2、具有正光焦度的第三透镜l3、光阑组sto、快门组shutter、具有正光焦度的第四透镜组g1，所述第四透镜组g1为包括具有正光焦度的第四透镜l4与具有负光焦度的第五透镜l5的粘合镜片。
48.在现有技术中，快门一般是设计在靠近相机成像芯片处，由于全画幅芯片的长宽尺寸为24x36，根据三角函数计算出快门的通光口径设计必须大于43.3mm口径才能保证不挡住有效光线，而本实施例中将快门组shutter设计在镜头的中间，从本实施例的光路结构图可知镜头中间光阑组sto的口径是最小的，口径只有5mm,因此快门组shutter设计在镜头的中间能有效的减少重量，并且由于口径与尺寸小，在快门工作时能有效的减少震动，提高无人机航拍测绘的精度。
49.并且，本实施例采用5片透镜的结构方式，整体重量轻，成本低，在减少重量的情况下能有效增加无人机的续航时间。
50.本实施例中的5片透镜为同轴设置，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，进而提高航拍测绘精度和可靠性。
51.在本实施例中，如图1所示，所述第一透镜l1为负透镜，第一透镜l1物面侧为凸面，像面侧为凹面。
52.所述第二透镜l2为正透镜，第二透镜l2物面侧为凸面，像面侧为凹面。
53.所述第三透镜l3为正透镜，第三透镜l3物面侧为凸面，像面侧为凹面。
54.所述第四透镜组g1为正透镜，第四透镜组g1物面侧为凹面，像面侧为凸面。
55.所述第四透镜l4为正透镜，第四透镜l4物面侧为凹面，像面侧为凸面。
56.所述第五透镜l5为负透镜，第五透镜l5物面侧为凹面，像面侧为凸面。
57.上述提及的物面侧是指靠近物体一侧的表面，像面侧是指靠近成像面一侧的表面。
58.在本实施例中，所述第一透镜l1的d光折射率nd1和阿贝常数vd1还满足以下条件：1.4＜nd1＜1.8，10＜vd1＜50。
59.所述第二透镜l2的d光折射率nd2和阿贝常数vd2还满足以下条件：1.6＜nd2＜1.9，30＜vd2＜60。
60.所述第三透镜l3的d光折射率nd3和阿贝常数vd3还满足以下条件：1.6＜nd3＜1.9，10＜vd3＜60。
61.所述第四透镜l4的d光折射率nd4和阿贝常数vd4还满足以下条件：1.6＜nd4＜1.9，30＜vd4＜60。
62.所述第五透镜l5的d光折射率nd5和阿贝常数vd5还满足以下条件：1.4＜nd5＜1.8，10＜vd5＜60。
63.在本发明的一个实施例中，其中，各个透镜的相关参数如表1所示：
[0064][0065]
表1
[0066]
在本实施例中，所述第一透镜l1的焦距f1还满足以下条件：-30＜f1＜-20。
[0067]
所述第二透镜l2的焦距f2还满足以下条件：15＜f2＜30。
[0068]
所述第三透镜l3的焦距f3还满足以下条件：40＜f3＜80。
[0069]
所述第四透镜组g1的焦距f6还满足以下条件：20＜f6＜40。
[0070]
所述第四透镜l4的焦距f4还满足以下条件：5＜f4＜15。
[0071]
所述第五透镜l5的焦距f5还满足以下条件：-10＜f5＜-20。
[0072]
在本实施例中，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均采用光学玻璃球面制成。通过采用玻璃材质相对塑胶材料有更好的热光学稳定性，有利于提高测绘镜头的性能稳定性以及延长使用寿命。
[0073]
在本实施例中，优选地，所述快门组shutter的通光口径大小为4mm-8mm。
[0074]
在本实施例中，优选地，所述无人机测绘镜头的光圈f/no满足以下条件：4≤f/no≤8。
[0075]
在本实施例中，优选地，所述无人机测绘镜头的半像高y满足以下条件：10mm≤y≤25mm。
[0076]
在本实施例中，优选地，所述无人机测绘镜头的焦距f满足以下条件：20≤f≤50。
[0077]
如图2所示，通过仿真分析绘制出本发明中无人机测绘镜头的畸变曲线图，畸变大小会直接影响测绘的精度，用百分比表示畸变的大小，从图2中可看出畸变的百分比为0.02％。畸变低，能够提高测绘的精度。
[0078]
如图3所示，通过仿真分析绘制出本发明中无人机测绘镜头在常温的mtf曲线图，其中，mtf(modulation transfer function)为调制传递函数。图3中示出了100线对的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4为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的低温-40度mtf曲线图；图5为本发明一种低畸变带快门的无人机测绘镜头的高温80度mtf曲线图。如图3、图4、图5所示，无论温度在常温、低温-40度、高温80度中任意一个，其中100线对的mtf曲线都大于30％以上，表明本发明的无人机测绘镜头分辨率高，成像质量好，受温度的影响小。
[0079]
本发明使用镜片枚数少、结构简单、成本低、组装容易，且具备低畸变、精度高的优点，其中，畸变小于0.02％；本发明通过在第三透镜l3与第四透镜组g1之间安装快门组shutter，能够减少重量与振动，提高无人机测绘镜头的精度以及保证无人机的续航时间；本发明能适用于高低温恶劣的工作环境，通过对材料的选择，结构的优化，适用于-40℃～+80℃的工作环境。基于以上特点，本发明具有非常大的应用前景。
[0080]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0081]
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。