一種無人機鏡頭的制作方法

本發明涉及一種光學鏡頭，尤其涉及一種用于無人機航拍的光學成像鏡頭。
背景技術：
：伴隨著無人機航拍的廣泛應用，一般無人機航拍鏡頭在同一時間只能對某一個方向的內容進行圖像記錄，拍攝畫幅十分有限，且拍攝時由于鏡頭自身分辨率不高導致所拍攝圖像不清晰，銳度和層次感很差，同時無人機航拍鏡頭畸變很大，導致圖像變形，還存在體積大等缺點。即現有的無人機航拍鏡頭都存在視場角小、分辨率低、銳度和層次感差、畸變大、體積大等缺點。中國專利文獻號CN105403982A于2016年03月16日公開的一種高像質用于無人機航拍光學成像鏡頭，以及中國專利文獻號CN105372789A于2016年03月02日公開的一種無畸變高分辨率大視角無人機鏡頭光學系統，其都存在鏡頭鏡片數較多，即存在體積大的缺點。技術實現要素：本發明的目的旨在提供一種低畸變、大視角、高分辨率及抗環境溫度變化能力強的無人機鏡頭，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種無人機鏡頭，其結構特征是從物側到像側依次包括前透鏡組、孔徑光闌和后透鏡組，孔徑光闌位于鏡頭的中部；其中，所述前透鏡組包括從物側到像側依次設置的負焦距的第一透鏡、負焦距的第二透鏡、正焦距的第三透鏡，所述前透鏡組中的各透鏡朝向物側一面為凸面，第一透鏡和第二透鏡朝向像面一側為凹面，第三透鏡朝向像面一側為凸面；所述后透鏡組包括從物側到像側依次設置的正焦距的第四透鏡、負焦距的第五透鏡、正焦距的第六透鏡，所述后透鏡組中的各透鏡朝向像側一面為凸面，第四透鏡和第六透鏡朝向物面一側為凸面，第五透鏡朝向物面一側為凹面。進一步，所述第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，其滿足關系式：1.2<f1/f2<3.5。進一步，所述第二透鏡的焦距為f2，第六透鏡的焦距為f6，其滿足關系式：-0.7<f2/f6<-0.3。進一步，所述第一透鏡的焦距為f1，第六透鏡的焦距為f6，其滿足關系式：-1.8<f1/f6<-0.3。進一步，所述前透鏡組的焦距為fg1，后透鏡組焦距為fg2，其滿足關系式：0.8<fg1/fg2<1.5。進一步，所述第一透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡都為玻璃球面鏡片，第二透鏡和第六透鏡為玻璃非球面鏡片，孔徑光闌設置在第三透鏡與第四透鏡之間。進一步，所述第二透鏡的前表面為凸面，第二透鏡的前表面為橢圓形非球面；第二透鏡的前表面的半孔徑為SD3，第二透鏡的前表面的矢高為Sag3，其滿足關系式：0<Sag3/SD3<0.45。進一步，所述第二透鏡的后表面為凹面，第二透鏡的后表面為橢圓形非球面；第二透鏡的后表面的半孔徑為SD4，第二透鏡的后表面的矢高為Sag4，其滿足關系式：0<Sag4/SD4<0.75。進一步，所述第六透鏡朝向物側的前表面為凸面，第六透鏡的前表面為雙曲線形非球面，第六透鏡的前表面的半孔徑為SD11，第六透鏡的前表面的矢高為Sag11，其滿足關系式：-0.025<Sag11/SD11<0.09。進一步，所述第六透鏡朝向像側的后表面為凸面，第六透鏡的后表面為扁圓形非球面，第六透鏡的后表面的半孔徑為SD12，第六透鏡的后表面的矢高為Sag12，其滿足關系式：-0.25<Sag12/SD12<0。進一步，所述第一透鏡的折射率為n1，第一透鏡的阿貝數為v1，其滿足關系式：4.7<n1+ln(v1)<6。進一步，所述第二透鏡的折射率為n2，第三透鏡的折射率為n3，第六透鏡的折射率為n6，第二透鏡的阿貝數為v2，第三透鏡的阿貝數為v3，第六透鏡的阿貝數為v6，其滿足關系式：2.4<n2+v2/40.5<3.5；2.4<n3+v3/40.5<3.5；2.4<n6+v6/40.5<3.5。進一步，所述第五透鏡的折射率為n5，第五透鏡的阿貝數為v5，其滿足關系式：4.2<n5+ln(v5)<5.3。進一步，所述第四透鏡和第五透鏡為膠合透鏡，第四透鏡和第五透鏡的焦距分別為f4和f5，其滿足關系式：3.5<n4/f4+0.05*v4<5.5；-2<n5/f5-0.045*v5<-0.7。進一步，所述第一透鏡與第二透鏡之間的間距為D1，第一透鏡與像平面之間的間距為TL，其滿足關系式：D1/TL<0.25。進一步，所述鏡頭的總焦距為f，第一透鏡與像平面之間的間距為TL，其滿足關系式：f/TL<0.3。進一步，所述第一透鏡與第二透鏡之間的間距為D1，第二透鏡與第三透鏡之間的間距D2，第一透鏡與像平面之間的間距為TL，其滿足關系式：0.2<(D1+D2)/TL<0.3。進一步，所述第一透鏡的中心厚度為T1，第二透鏡的中心厚度為T2，其滿足關系式：0.2<T1/T2<0.8。進一步，所述第二透鏡的中心厚度為T2，第六透鏡的中心厚度為T6，其滿足關系式：1<T2/T6<1.5。本發明采用有利于降低畸變的雙高斯結構，第一透鏡采用負彎月透鏡，第二透鏡采用負彎月非球面透鏡，第六透鏡采用非球面透鏡，且兩枚非球面透鏡皆遠離光闌，主要用于降低像面主光線入射角，提升抗溫度變化能力和降低畸變，使得整個無人機鏡頭的畸變能達到2％的小畸變數值。本發明采用六片式結構，從物側到像側依次包括前透鏡組、孔徑光闌、后透鏡組。孔徑光闌位于鏡頭中部，前透鏡組由三枚透鏡組成，主要用于降低畸變，減小軸外視場主光線相對于光軸的夾角；后透鏡組由三枚透鏡組成，主要用于降低色差，提升像質，降低像面主光線入射角。本發明同時采用球面鏡片和非球面鏡片混合搭配的方式；第一透鏡和第二透鏡為負彎月型透鏡，第四透鏡和第五透鏡采用有利于降低色差的膠合透鏡，第二透鏡和第六透鏡采用非球面，使得整個無人機鏡頭具有全視角100°的大視場和較小的像差值，能夠達到1600萬像素的高分辨率，保證該無人機鏡頭具有好的銳度和層次感，同時具有較小的像面主光線入射角度，使得整個無人機鏡頭的色彩還原性較均勻。本發明采用合理的光焦度分配、球面和非球面鏡片的排布，使無人機鏡頭中的各透鏡的焦距及公差分布均衡，有效減少鏡片數量，縮短無人機鏡頭的長度，降低結構公差敏感度問題。本發明通過合理搭配不同的熱特性材料、合理排布球面鏡片和非球面鏡片的的結構位置，使整個無人機鏡頭具有好的抗溫度變化能力，解決了鏡頭溫度焦點漂移的問題，在較大的溫度范圍內保持高的圖像解析能力，提高了產品競爭力，增加了產品的使用場合。綜上所述，本發明采用合理的光焦度分配、球面和非球面鏡片的排布，使的無人機鏡頭中的各透鏡的焦距及公差分布均衡，降低結構公差敏感度問題；并且還使得整個無人機鏡頭具有全視角100°的大視場，2％左右的低畸變值，1600萬像素的高分辨率，保證該無人機鏡頭具有好的銳度和層次感，同時具有較小的像面主光線入射角度，使得整個無人機鏡頭的色彩還原性較均勻。附圖說明圖1為本發明一實施例的透鏡示意圖。圖2為第一實施例的第一解析圖。圖3為第一實施例的第二解析圖。圖4為第一實施例的Spot圖。圖5為第一實施例的場曲畸變圖。圖6為第一實施例的主光線角度圖。圖7為第一實施例的低溫零下20℃時的解析圖。圖8為第一實施例的高溫零上60℃時的解析圖。圖9為第二實施例的第一解析圖。圖10為第二實施例的第二解析圖。圖11為第二實施例的Spot圖。圖12為第二實施例的場曲畸變圖。圖13為第二實施例的主光線角度圖。圖14為第二實施例的高溫零上60℃時的解析圖。圖15為第二實施例的低溫零下20℃時的解析圖。圖16為第三實施例的第一解析圖。圖17為第三實施例的第二解析圖。圖18為第三實施例的Spot圖。圖19為第三實施例的場曲畸變圖。圖20為第三實施例的低溫零下20℃時的解析圖。圖21為第三實施例的高溫零上60℃時的解析圖。圖22為第一實施例的矢高與半徑孔的比值關系圖。圖23為第二實施例的矢高與半徑孔的比值關系圖。圖24為第三實施例的矢高與半徑孔的比值關系圖。圖中：G1為前透鏡組，G2為后透鏡組，L1為第一透鏡，L2為第二透鏡，L3為第三透鏡，L4為第四透鏡，L5為第五透鏡，L45為膠合透鏡，L6為第六透鏡，S1為第一透鏡的前表面，S2為第一透鏡的后表面，S3為第二透鏡的前表面，S4為第二透鏡的后表面，S5為第三透鏡的前表面，S6為第三透鏡的后表面，S7為孔徑光闌，S8為第四透鏡的前表面，S9為第四透鏡的后表面，S10為第五透鏡的后表面，S11為第六透鏡的前表面，S12為第六透鏡的后表面，S13為IR鏡片的前表面，S14為IR鏡片的后表面，S15為像平面的表面。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例參見圖1-圖8和圖22，本無人機鏡頭，從物側到像側依次包括前透鏡組G1、孔徑光闌ApertureStop和后透鏡組G2，孔徑光闌位于鏡頭的中部，其中，所述前透鏡組G1包括從物側到像側依次設置的負焦距的第一透鏡L1、負焦距的第二透鏡L2、正焦距的第三透鏡L3，所述前透鏡組G1中的各透鏡朝向物側一面為凸面，第一透鏡L1和第二透鏡L2朝向像面一側為凹面，第三透鏡L3朝向像面一側為凸面；所述后透鏡組G2包括從物側到像側依次設置的正焦距的第四透鏡L4、負焦距的第五透鏡L5、正焦距的第六透鏡L6，所述后透鏡組G2中的各透鏡朝向像側一面為凸面，第四透鏡L4和第六透鏡L6朝向物面一側為凸面，第五透鏡L5朝向物面一側為凹面；f1為第一透鏡L1的焦距，f2為第二透鏡L2的焦距；有1.2<f1/f2<3.5。所述第一透鏡L1和第二透鏡L2為彎向物側的負透鏡，主要用于降低畸變。所述負焦距的第二透鏡L2和正焦距的第六透鏡L6均為非球面透鏡，且設置在遠離孔徑光闌的位置，主要用于降低像面主光線入射角，提升抗溫度變化能力和降低畸變。所述前透鏡組G1的焦距為fg1，后透鏡組G2焦距為fg2，第六透鏡L6的焦距為f6，其滿足關系式：-0.7<f2/f6<-0.3；-1.8<f1/f6<-0.3；0.8<fg1/fg2<1.5。所述第一透鏡L1、第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5都為玻璃球面鏡片，第二透鏡L2和第六透鏡L6為玻璃非球面鏡片，孔徑光闌設置在第三透鏡L3與第四透鏡L4之間。所述第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5和第六透鏡L6折射率和阿貝數依次分別為n1、n2、n3、n4、n5、n6、v1、v2、v3、v4、v5和v6，其滿足關系式：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。所述第四透鏡L4和第五透鏡L5為膠合透鏡，第四透鏡L4和第五透鏡L5的焦距分別為f4和f5，其滿足關系式：3.5<n4/f4+0.05*v4<5.5；-2<n5/f5-0.045*v5<-0.7。所述第二透鏡L2的前表面S3為凸面，第二透鏡L2的后表面S4為凹面，第二透鏡L2的前表面S3和后表面S4均為橢圓形非球面；第六透鏡L6朝向物側的前表面S11為凸面，第六透鏡L6的前表面S11為雙曲線形非球面，第六透鏡L6朝向像側的后表面S12為凸面，第六透鏡L6的后表面S12扁圓形非球面；其中，第二透鏡L2的前表面S3和后表面S4以及第六透鏡L6前表面S11和后表面S12的半孔徑和矢高分別為SD3、SD4、SD11、SD12、Sag3、Sag4、Sag11、Sag12；其滿足關系式：0<Sag3/SD3<0.45；0<Sag4/SD4<0.75；-0.025<Sag11/SD11<0.09；-0.25<Sag12/SD12<0。所述第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間距為D1，第二透鏡L2與第三透鏡L3之間的間距D2，第一透鏡L1與像平面ImagePlane之間的間距為TL，鏡頭的總焦距為f；其滿足關系式：D1/TL<0.25；f/TL<0.3；0.2<(D1+D2)/TL<0.3。所述第一透鏡L1、第二透鏡L2和第六透鏡L6的中心厚度依次分別為T1、T2和T6，有：0.2<T1/T2<0.8；1<T2/T6<1.5。在本實施例中，當工作物距WD＝1m，無人機鏡頭的總焦距f＝3.47mm，光圈F#＝2.82，視場角FOV＝100°，鏡頭總長TL＝24.94mm時，f1f2f3f4f5f6fg1fg2-13.66-5.866.445.8-6.1110.210.339.12f1/f2f2/f6f1/f6fg1/fg22.33-0.57-1.341.13KABCDES3-0.293.35E-03-2.78E-041.65E-05-8.54E-071.80E-08S4-0.517.31E-03-8.55E-046.60E-05-1.76E-059.22E-07S11-16.3-8.86E-04-2.17E-04-9.74E-061.26E-06-9.78E-08S1212.896.16E-05-2.26E-04-3.81E-06-8.23E-07-4.11E-08n1+ln(v1)n2+v2/40.5n3+v3/40.5n6+v6/40.5n5+ln(v5)5.512.982.92.984.79D1/TLf/TL(D1+D2)/TLT1/T2T2/T6n4/f4+0.05*v4n5/f5-0.045*v50.070.140.250.411.144.76-1.13上述各表中，n為折射率，R為曲率半徑，第一透鏡L1～第六透鏡L6依次的焦距為f1～f6，fg1為前透鏡組G1的焦距，fg2為后透鏡組G2的焦距，D為鏡片間間隔，T為鏡片厚度，TL為無人機鏡頭的鏡頭總長，f為無人機鏡頭的鏡頭焦距，FOV代表全視場，F#指光圈，K、A、B、C、D、E為非球面系數。圖2至圖8和圖22分別為工作物距WD＝1m時的MTF、常溫離焦曲線、點列圖、場曲畸變圖、低溫-20℃、高溫60℃離焦曲線、矢高與半孔徑的比值關系圖，從圖中可以看出，第一實施例所提供的無人機鏡頭具有低畸變、大視場角、高分辨率、好的色彩還原性、強抗溫度變化能力等優勢。第二實施例參見圖9-圖15和圖23，在本實施例中，當工作物距WD＝1m，無人機鏡頭的總焦距f＝3.5mm，光圈F#＝2.85，全視場FOV＝100°，無人機鏡頭的鏡頭總長TL＝25.1mm時，KABCDES31.72144.47E+03-3.24E-042.11E-05-9.68E-071.64E-08S4-0.60781.09E-02-7.73E-041.46E-04-2.11E-059.26E-05S11-9.575-1.22E-04-1.43E-04-1.86E-062.44E-06-1.36E-07S12-5.53E+102.10E-04-2.63E-04-3.57E-069.65E-07-4.95E-08n1+ln(v1)n2+v2/40.5n3+v3/40.5n6+v6/40.5n5+ln(v5)5.512.82.93.174.79D1/TLf/TL(D1+D2)/TLT1/T2T2/T6n4/f4+0.05*v4n5/f5-0.045*v50.050.140.240.681.384.75-1.06上述各表中，n為折射率，R為曲率半徑，第一透鏡L1～第六透鏡L6依次的焦距為f1～f6，fg1為前透鏡組G1的焦距，fg2為后透鏡組G2的焦距，D為鏡片間間隔，T為鏡片厚度，TL為無人機鏡頭的鏡頭總長，f為無人機鏡頭的鏡頭焦距，FOV代表全視場，F#指光圈，K、A、B、C、D、E為非球面系數。圖9至圖15和圖23分別為工作物距WD＝1m時的MTF、常溫離焦曲線、點列圖、場曲畸變圖、低溫-20℃、高溫60℃離焦曲線、矢高與半孔徑的比值關系圖，從圖中可以看出，第二實施例所提供的無人機鏡頭具有低畸變、大視場角、高分辨率、好的色彩還原性、強抗溫度變化能力等優勢。第三實施例參見圖16-圖21和圖24，在本實施例中，當工作物距WD＝1m無人機鏡頭的總焦距f＝3.37mm，光圈F#＝2.82，FOV＝100°，TL＝25.1mm時，f1/f2f2/f6f1/f6fg1/fg23.29-0.59-1.951.18KABCDES3-0.32.51E-03-3.17E-041.92E-05-8.32E-071.61E-08S4-0.525.59E-03-1.42E-031.42E-03-1.99E-059.26E-07S11-161.80E-04-3.24E-04-1.14E-051.95E-06-1.36E-07S12131.37E-03-4.11E-045.49E-067.27E-07-4.95E-08n1+ln(v1)n2+v2/40.5n3+v3/40.5n6+v6/40.5n5+ln(v5)5.512.982.92.984.79D1/TLf/TL(D1+D2)/TLT1/T2T2/T6n4/f4+0.05*v4n5/f5-0.045*v50.040.130.250.661.24.74-1.11以下為列出在第一實施例至第三實施例中，各條件式滿足下面表格的條件：上述各表中，n為折射率，R為曲率半徑，第一透鏡L1～第六透鏡L6依次的焦距為f1～f6，fg1為前透鏡組G1的焦距，fg2為后透鏡組G2的焦距，D為鏡片間間隔，T為鏡片厚度，TL為無人機鏡頭的鏡頭總長，f為無人機鏡頭的鏡頭焦距，FOV代表全視場，F#指光圈，K、A、B、C、D、E為非球面系數。圖16至圖21和圖24為工作物距WD＝1m時的MTF、常溫離焦曲線、點列圖、場曲畸變圖、低溫-20℃、高溫60℃離焦曲線、矢高與半孔徑的比值關系圖，從圖中可以看出，第三實施例所提供的無人機鏡頭具有上述低畸變、大視場角、高分辨率、好的色彩還原性、強抗溫度變化能力等優勢。其中所使用的非球面系數采用如下計算公式：式中，r為光學表面上一點到光軸的距離，Z為該點沿光軸方向的矢高，c為該表面的曲率，k為該表面的二次曲面常數，當k＜-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當k＝-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當-1＜k＜0時，透鏡的面形曲線為橢圓；當k＝0時，透鏡的面形曲線為圓形；當0＜k時，透鏡的面形曲線為扁圓形。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3