无人机镜头的制作方法

1.本发明涉及成像光学技术领域，尤其涉及一种无人机镜头。


背景技术：

2.伴随着无人机技术的提升，无人机航拍应用范围越来越广泛，但现在的无人机镜头存在种种缺陷，例如，加工难度较大，且结构冗长，不满足小型化的发展趋势。并且，航拍时图像分辨率不高，导致图像不清晰，同时航拍镜头畸变很大导致图像变形，无法满足小体积、高像素、大靶面、低畸变的要求，应用场景有限。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种无人机镜头，可满足物距无穷远至0.4m的清晰成像，且在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。
4.为实现上述发明目的，本发明提供一种无人机镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的固定群和调焦群，当物距发生变化时，所述调焦群沿光轴移动进行调焦，所述固定群包括依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述调焦群具有负光焦度，所述调焦群包括依次排列的第八透镜和第九透镜。
5.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第八透镜具有负光焦度；
6.所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜和所述第七透镜具有正光焦度；
7.所述第九透镜具有正光焦度或负光焦度。
8.根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，
9.所述第一透镜和所述第九透镜均为凸凹透镜；
10.所述第二透镜和所述第七透镜均为凹凸透镜；
11.所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜均为凸凸透镜；
12.所述第五透镜为凹凹透镜；
13.所述第八透镜为凹凹透镜或凹凸透镜。
14.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第八透镜均为球面透镜；
15.所述第二透镜、所述第七透镜和所述第九透镜均为非球面透镜。
16.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第八透镜均为玻璃透镜；
17.所述第二透镜、所述第七透镜和所述第九透镜均为塑胶透镜。
18.根据本发明的一个方面，所述第四透镜和所述第五透镜胶合组成一个双胶合透镜。
19.根据本发明的一个方面，所述双胶合透镜的焦距f45与所述无人机镜头的焦距f之
间满足以下条件式：-2.7≤f45/f≤-1.1。
20.根据本发明的一个方面，所述第三透镜的折射率nd3和阿贝数vd3分别满足以下条件式：1.58≤nd3≤1.63；60≤vd3≤70。
21.根据本发明的一个方面，所述第五透镜的折射率nd5和阿贝数vd5分别满足以下条件式：1.8≤nd5≤1.95；20≤vd5≤40。
22.根据本发明的一个方面，所述无人机镜头的焦距f与所述无人机镜头的总长ttl之间满足以下条件式：0.32≤f/ttl≤0.38。
23.根据本发明的一个方面，所述无人机镜头的总长ttl与所述固定群的焦距fg之间满足以下条件式：3.3≤ttl/fg≤3.9。
24.根据本发明的一个方面，所述无人机镜头的焦距f与所述固定群的焦距fg之间满足以下条件式：1.1≤f/fg≤1.4。
25.根据本发明的一个方面，所述无人机镜头的焦距f与所述调焦群的焦距ft之间满足以下条件式：-0.7≤f/ft≤-0.4。
26.根据本发明的方案，采用具有正光焦度的第一固定群组(即固定群)和具有负光焦度的第二调焦群组(即调焦群)的内调焦方式，提升了无人机镜头的对焦稳定性和速度，使该镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像。通过优化配置各个透镜的正负光焦度，并搭配各透镜的不同形状，使像差得到有效的校正，具有小型化、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内清晰成像。
27.根据本发明的一个方案，采用九枚透镜、两个透镜群的光学架构，并混合采用特定的塑胶非球面透镜和玻璃球面透镜组合，一方面，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温的不同环境下造成焦点漂移的缺陷，使得该镜头在不同温度环境下都不虚焦，提高了该镜头在-40℃～+85℃温度范围内的成像性能。另一方面，三枚塑胶非球面透镜的使用，降低了该镜头的生产成本。
28.根据本发明的一个方案，第四透镜和第五透镜胶合组成的双胶合透镜以及对该双胶合透镜的焦距与无人机镜头的焦距之间的关系及其范围进行限定，可以降低透镜单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度，减少透镜/镜片间的组立部件，减少工序，降低成本。
29.根据本发明的一个方案，第三透镜的折射率nd3和阿贝数vd3分别满足以下条件式：1.58≤nd3≤1.63；60≤vd3≤70，更有利于光学系统在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。
30.根据本发明的一个方案，第五透镜的折射率nd5和阿贝数vd5分别满足以下条件式：1.8≤nd5≤1.95；20≤vd5≤40，有利于光学镜头的轴上像差可以得到更好的补偿，进一步地提升该无人机镜头的成像质量。
31.根据本发明的一个方案，无人机镜头的焦距f与无人机镜头的总长ttl之间满足以下条件式：0.32≤f/ttl≤0.38，不仅有利于该无人机镜头的体积变得小型化，而且有利于提高镜头的解像力。
32.根据本发明的一个方案，无人机镜头的总长ttl与固定群的焦距fg之间满足以下条件式：3.3≤ttl/fg≤3.9，有利于提高镜头解像力，降低镜头敏感性。
33.根据本发明的一个方案，无人机镜头的焦距f分别与固定群的焦距fg、调焦群的焦距ft满足以下条件式：1.1≤f/fg≤1.4；-0.7≤f/ft≤-0.4，使得该光学镜头的各种像差得
到充分的校正，并且在使光学镜头的结构紧凑的同时，可以提高镜头成像的分辨率、优化畸变并优化主光线角度(cra)等光学性能。
附图说明
34.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。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而言，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。
35.图1示意性表示本发明实施例一的无人机镜头的结构示意图；
36.图2示意性表示本发明实施例二的无人机镜头的结构示意图；
37.图3示意性表示本发明实施例三的无人机镜头的结构示意图；
38.图4示意性表示本发明实施例四的无人机镜头的结构示意图。
具体实施例
39.此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
40.此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施例。本发明的范围由权利要求书所界定。
41.参见图1，本发明实施例提供的一种无人机镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的固定群和具有负光焦度的调焦群。其中，固定群包括依次排列的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、光阑、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第七透镜l7，调焦群包括依次排列的第八透镜l8和第九透镜l9。当物距发生变化时，调焦群可以沿着光轴移动进行调焦。
42.本发明实施例中，第一透镜l1、第二透镜l2、第五透镜l5和第八透镜l8均具有负光焦度，第三透镜l3、第四透镜l4、第六透镜l6和第七透镜l7均具有正光焦度，第九透镜l9具有正光焦度或负光焦度。
43.本发明实施例中，第一透镜l1和第九透镜l9的物侧面的形状均为凸，其像侧面的形状均为凹。第二透镜l2和第七透镜l7的物侧面的形状均为凹，其像侧面的形状均为凸。第三透镜l3、第四透镜l4和第六透镜l6的物侧面和像侧面的形状均为凸。第五透镜l5的物侧面和像侧面的形状均为凹。第八透镜l8的物侧面的形状为凹，其像侧面的形状为凹或凸。
44.根据本发明实施例的无人机镜头中正负光焦度不同的透镜群及其透镜组合，具体的，采用具有正光焦度的第一固定群组(即固定群)和具有负光焦度的第二调焦群组(即调焦群)的内调焦方式，提升了无人机镜头的对焦稳定性和速度，使该镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像。通过优化配置各个透镜的正负光焦度，并搭配各透镜的不同形状，使像差得到有效的校正，具有小型化、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，
在-40℃～+85℃的温度范围内清晰成像。
45.本发明实施例中，第一透镜l1、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第八透镜l8均为球面透镜，第二透镜l2、第七透镜l7和第九透镜l9均为非球面透镜。
46.本发明实施例中，第一透镜l1、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第八透镜l8均为玻璃透镜，第二透镜l2、第七透镜l7和第九透镜l9均为塑胶透镜。
47.本发明实施例提供的无人机镜头采用九枚透镜、两个透镜群的光学架构，并混合采用上述特定的塑胶非球面透镜和玻璃球面透镜，一方面，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温的不同环境下造成焦点漂移的缺陷，使得该镜头在不同温度环境下都不虚焦，提高了该镜头在-40℃～+85℃温度范围内的成像性能。另一方面，三枚塑胶非球面透镜的使用，降低了该镜头的生产成本。
48.本发明实施例中，第四透镜l4和第五透镜l5胶合组成一个双胶合透镜。进一步地，双胶合透镜的焦距f45与无人机镜头的焦距f之间满足以下条件式：-2.7≤f45/f≤-1.1。双胶合透镜的设置以及对该双胶合透镜的焦距与无人机镜头的焦距之间的关系及其范围进行限定，可以降低透镜单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度，减少透镜/镜片间的组立部件，减少工序，降低成本。
49.本发明实施例中，第三透镜l3的折射率nd3和阿贝数vd3分别满足以下条件式：1.58≤nd3≤1.63；60≤vd3≤70。通过采用该特定折射率和色散系数的第三透镜l3，更有利于光学系统在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。
50.本发明实施例中，第五透镜l5的折射率nd5和阿贝数vd5分别满足以下条件式：1.8≤nd5≤1.95；20≤vd5≤40。通过对第五透镜l5的折射率和色散系数进行上述特定的设计，有利于光学镜头的轴上像差可以得到更好的补偿，进一步地提升该无人机镜头的成像质量。
51.本发明实施例中，无人机镜头的焦距f与无人机镜头的总长ttl之间满足以下条件式：0.32≤f/ttl≤0.38。通过满足该条件式，不仅有利于该无人机镜头的体积变得小型化，而且有利于提高镜头的解像力。
52.本发明实施例中，无人机镜头的总长ttl与固定群的焦距fg之间满足以下条件式：3.3≤ttl/fg≤3.9。通过对镜头总长与固定群的焦距之间的关系进行如此设置，有利于提高镜头解像力，降低镜头敏感性。
53.本发明实施例中，无人机镜头的焦距f与固定群的焦距fg之间满足以下条件式：1.1≤f/fg≤1.4。无人机镜头的焦距f与调焦群的焦距ft之间满足以下条件式：-0.7≤f/ft≤-0.4。通过对该镜头中固定群的焦距、调焦群的焦距分别和镜头焦距之间的关系及其范围进行设置，使得该光学镜头的各种像差得到充分的校正，并且在使光学镜头的结构紧凑的同时，可以提高镜头成像的分辨率、优化畸变并优化主光线角度(cra)等光学性能。
54.综上，本发明实施例提供的无人机镜头通过采用具有正光焦度的固定群和具有负光焦度的调焦群的内调焦方式，提升了无人机镜头的对焦稳定性和速度，使该镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像。通过优化配置各个透镜的正负光焦度、焦距及其材料，并搭配各透镜的不同形状，使镜头各种像差得到有效的校正、轴上像差得到更好的补偿，降低透镜单元和镜头的公差敏感度，使得该镜头具有小型化、生产成本低、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内清晰成像。同时，该镜头单
部品及组装公差较好，有良好的制造性。
55.下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的无人机镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑记为一面，将位于第九透镜l9和像面之间的平行平板记为两面，将像面记为一面。
56.具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
57.条件式实施例一实施例二实施例三实施例四1.58≤nd3≤1.631.581.591.591.660≤vd3≤706568.368.468.71.8≤nd5≤1.951.911.91.891.920≤vd5≤4033.931.431.331.2-2.7≤f45/f≤-1.1-1.61-1.20-1.30-2.610.32≤f/ttl≤0.380.340.360.350.363.3≤ttl/fg≤3.93.663.603.653.401.1≤f/fg≤1.41.231.291.261.22-0.7≤f/ft≤-0.4-0.52-0.65-0.56-0.57
58.表1在本发明的实施例中，该无人机镜头的非球面透镜满足下列公式：
[0059][0060]
在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0061]
实施例一
[0062]
参见图1，本实施例的无人机镜头各参数如下所述：焦距f＝8.76mm；固定群的焦距fg＝7.1mm，调焦群的焦距ft＝-16.89mm；总长ttl＝26mm。
[0063]
表2列出本实施例的无人机镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0064][0065][0066]
表2
[0067]
表3列出本实施例的无人机镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数k、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
。
[0068]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s3-0.45-5.87e-045.18e-05-2.24e-065.51e-081.53e-10-7.25e-17s4-0.23-4.76e-054.39e-05-2.57e-069.93e-08-1.01e-091.45e-15s1315.88-9.79e-041.24e-04-4.45e-062.59e-082.20e-09-1.01e-15s141.52-1.11e-031.49e-04-4.12e-06-2.25e-083.07e-094.77e-16s17-1.18-5.68e-031.29e-04-7.74e-07-3.95e-082.37e-15-2.53e-17s18-3.78-3.73e-031.04e-04-1.69e-065.79e-09-2.15e-166.64e-18
[0069]
表3
[0070]
结合图1及上述表1至表3所示，本实施例的无人机镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像，具有小型化、生产成本低、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。同时，该镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0071]
实施例二
[0072]
参见图2，本实施例的无人机镜头各参数如下所述：焦距f＝9.29mm；固定群的焦距fg＝7.21mm，调焦群的焦距ft＝-14.16mm；总长ttl＝26.01mm。
[0073]
表4列出本实施例的无人机镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0074][0075][0076]
表4
[0077]
表5列出本实施例的无人机镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数k、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
。
[0078][0079][0080]
表5
[0081]
结合图2及上述表1、表4和表5所示，本实施例的无人机镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像，具有小型化、生产成本低、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。同时，该镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0082]
实施例三
[0083]
参见图3，本实施例的无人机镜头各参数如下所述：焦距f＝8.99mm；固定群的焦距fg＝7.12mm，调焦群的焦距ft＝-15.88mm；总长ttl＝26mm。
[0084]
表6列出本实施例的无人机镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0085]
[0086][0087]
表6
[0088]
表7列出本实施例的无人机镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数k、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
。
[0089]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s3-0.48-6.03e-045.08e-05-2.28e-064.98e-081.61e-103.03e-12s4-0.18-3.21e-054.39e-05-2.62e-069.60e-08-1.04e-094.51e-14s1316.75-9.95e-041.23e-04-4.35e-063.56e-082.18e-095.16e-13s141.57-1.11e-031.49e-04-4.15e-06-2.24e-083.17e-09-2.08e-12s17-1.56-5.65e-031.29e-04-7.83e-07-3.96e-081.21e-115.04e-13s18-4.87-3.85e-031.01e-04-1.66e-064.99e-09-2.67e-12-8.02e-14
[0090]
表7
[0091]
结合图3及上述表1、表6和表7所示，本实施例的无人机镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像，具有小型化、生产成本低、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。同时，该镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0092]
实施例四
[0093]
参见图4，本实施例的无人机镜头各参数如下所述：焦距f＝9.10mm；固定群的焦距fg＝7.44mm，调焦群的焦距ft＝-15.86mm；总长ttl＝25.36mm。
[0094]
表8列出本实施例的无人机镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0095][0096][0097]
表8
[0098]
表9列出本实施例的无人机镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数k、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
、十二阶非球面系数a
12
和十四阶非球面系数a
14
。
[0099]
面序号ka4a6a8a
10a12a14
s3-1.13-2.18e-041.25e-05-6.51e-10-1.04e-073.93e-090.00e+00s4-0.552.12e-041.13e-05-1.08e-06-1.31e-081.99e-090.00e+00s13-14.68-9.97e-046.72e-05-2.82e-061.26e-07-2.40e-090.00e+00s14-1.39-1.57e-031.32e-04-5.35e-061.85e-07-2.52e-090.00e+00s17-0.88-4.82e-031.12e-04-1.58e-060.00e+000.00e+000.00e+00s18-3.78-2.77e-035.63e-05-7.06e-070.00e+000.00e+000.00e+00
[0100]
表9
[0101]
结合图4及上述表1、表8和表9所示，本实施例的无人机镜头实现物距无穷远至0.4m清晰成像，具有小型化、生产成本低、低畸变和大靶面的特点，可满足两千万像素以上的高解像力，在-40℃～+85℃的温度范围内不虚焦。同时，该镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0102]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。