CN111929816B - 一种高清航拍光学***及镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高清航拍光学***，包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜，具有负光焦度；第二透镜，具有负光焦度且与第一透镜间隔设置；第三透镜，具有正光焦度且与第二透镜组成粘合透镜；第四透镜，具有正光焦度且与第三透镜间隔设置；光阑STO，与第四透镜间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜，具有正光焦度且与光阑STO间隔设置；第六透镜，具有负光焦度且与第五透镜组成粘合透镜；第七透镜，具有负光焦度且与第六透镜间隔设置；第八透镜，具有正光焦度且与第七透镜间隔设置。通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了高清航拍光学***的大靶面、低畸变和高相对照度。

Description

一种高清航拍光学***及镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种高清航拍光学***及镜头。
背景技术
随着图像无线传输技术的发展，无人机搭载摄像***进行航拍受到越来越多人们的青睐，市场潜力巨大。为了得到画面清晰、比例真实、照度均匀的图像，此类镜头往往要求较高像素、较小的画面失真度、较高的相对照度，目前市场上的航拍镜头普遍靶面较小，且基本使用玻塑混合的结构，带有塑胶镜头的普遍缺点，如像素不高、大视场镜头畸变太大，物像对比失真严重、相对照度较低、温度适用范围小，易老化，寿命短。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高清航拍光学***及镜头，可解决传统航拍镜头的低像素、靶面较小问题。
根据本发明第一方面实施例的一种高清航拍光学***，包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜，其具有负光焦度；第二透镜，其具有负光焦度且与所述第一透镜间隔设置；第三透镜，其具有正光焦度且与所述第二透镜组成粘合透镜；第四透镜，其具有正光焦度且与所述第三透镜间隔设置；光阑STO，其与所述第四透镜间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜，其具有正光焦度且与所述光阑STO间隔设置；第六透镜，其具有负光焦度且与所述第五透镜组成粘合透镜；第七透镜，其具有负光焦度且与所述第六透镜间隔设置；第八透镜，其具有正光焦度且与所述第七透镜间隔设置。
根据本发明第一方面实施例的高清航拍光学***，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了高清航拍光学***的大靶面、低畸变和高相对照度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第二透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第三透镜为弯月形结构，朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第四透镜的两个面均为凸面；所述第五透镜的两个面均为凸面；所述第六透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第七透镜的两个面均为凹面；所述第八透镜的两个面均为凸面。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述高清航拍光学***满足以下关系式
-3<f1/f<-1；
-19<f2-3/f<-16；
2<f4/f<4；
1<f5-6/f<3；
-3<f7/f<-1；
2<f8/f<4；
3<TL/f<6；
其中，f为所述高清航拍光学***的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2-3为第二透镜和第三透镜的组合焦距，f4为第四透镜的焦距，f5-6为第五透镜和第六透镜的组合焦距，f7为第七透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距，TL为所述高清航拍光学***的总体长度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述高清航拍光学***满足以下关系式
Nd1≤1.7；Nd2≥1.8；
Nd3≥1.8；Nd4≥1.8；
|Nd5-Nd6|≥0.3；Nd7≥1.8；
Nd8≤1.8；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率，Nd6为第六透镜的折射率，Nd7为第七透镜的折射率，Nd8为第八透镜的折射率。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述高清航拍光学***满足以下关系式
Vd1≥50；|Vd2-Vd3|≥25；
Vd4≤30；|Vd5-Vd6|≥40；
Vd7≤30；Vd8≤50；
其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数，Vd6为第六透镜的色散系数，Vd7为第七透镜的色散系数，Vd8为第八透镜的色散系数。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜均采用玻璃材质。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一透镜与所述第八透镜为非球面镜片。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第八透镜和像侧之间设置有滤光片。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述滤光片和像侧之间设置有保护玻璃。
根据本发明第二方面实施例的一种视讯镜头，包括镜筒，以及设置在镜筒内的所述高清航拍光学***。
根据本发明第二方面实施例的高清航拍光学***，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了高清航拍光学***的大靶面、低畸变和高相对照度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的高清航拍光学***示意图；
图2为本发明第一方面实施例的高清航拍光学***MTF曲线图；
图3为本发明第一方面实施例的高清航拍光学***离焦MTF曲线图；
图4为本发明第一方面实施例的高清航拍光学***畸变曲线图；
图5为本发明第一方面实施例的高清航拍光学***相对照度曲线图。
附图标记：
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、感光芯片9、滤光片10、保护玻璃11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，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。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1所示，为本技术方案根据本发明第一方面实施例的一种高清航拍光学***，包括自物侧至像侧依次设置的：第一透镜1，其具有负光焦度；第二透镜2，其具有负光焦度且与所述第一透镜1间隔设置；第三透镜3，其具有正光焦度且与所述第二透镜2组成粘合透镜；第四透镜4，其具有正光焦度且与所述第三透镜3间隔设置；光阑STO，其与所述第四透镜4间隔设置并用于限制光束口径；第五透镜5，其具有正光焦度且与所述光阑STO间隔设置；第六透镜6，其具有负光焦度且与所述第五透镜5组成粘合透镜；第七透镜7，其具有负光焦度且与所述第六透镜6间隔设置；第八透镜8，其具有正光焦度且与所述第七透镜7间隔设置。其中，像侧用于设置感光芯片9，感光芯片9与第八透镜8间隔设置，用于捕捉成像信号并形成图像。
本实施例通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了高清航拍光学***的大靶面、低畸变和高相对照度。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一透镜1朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第二透镜2朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第三透镜3为弯月形结构，朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第四透镜4的两个面均为凸面；所述第五透镜5的两个面均为凸面；所述第六透镜6朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；所述第七透镜7的两个面均为凹面；所述第八透镜8的两个面均为凸面。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述高清航拍光学***满足以下关系式
-3<f1/f<-1；
-19<f2-3/f<-16；
2<f4/f<4；
1<f5-6/f<3；
-3<f7/f<-1；
2<f8/f<4；
3<TL/f<6；
其中，f为所述高清航拍光学***的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2-3为第二透镜2和第三透镜3的组合焦距，f4为第四透镜4的焦距，f5-6为第五透镜5和第六透镜6的组合焦距，f7为第七透镜7的焦距，f8为第八透镜8的焦距，TL为所述高清航拍光学***的总体长度。
本实施例中各镜片光焦度具有合理的分配比例，前组的第一透镜1具有负的光焦度，能快速降低轴外光束的高度，从而减小后接镜片的光束入射角，有利于轴外像差的校正；前组第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和后组第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7形成一个近似对称的结构，有利于校正彗差和畸变；第八透镜8具有正的光焦度，可以减小最终光线在像面上的入射角，有利于提高相对照度。光学***前组和后组在光阑前后拉开一定距离，有利于光线入射到像面处达到目标高度，实现较大靶面。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述高清航拍光学***满足以下关系式
Nd1≤1.7；Nd2≥1.8；
Nd3≥1.8；Nd4≥1.8；
|Nd5-Nd6|≥0.3；Nd7≥1.8；
Nd8≤1.8；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜3的折射率，Nd4为第四透镜4的折射率，Nd5为第五透镜5的折射率，Nd6为第六透镜6的折射率，Nd7为第七透镜7的折射率，Nd8为第八透镜8的折射率。本实施例中，满足上述折射率关系的透镜组合结构，有利于实现光焦度合理分配，能较好的平衡球差、彗差、场曲，从而提高光学***解像能力，获得高清图像。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述高清航拍光学***满足以下关系式
Vd1≥50；|Vd2-Vd3|≥25；
Vd4≤30；|Vd5-Vd6|≥40；
Vd7≤30；Vd8≤50；
其中，Vd1为第一透镜1的色散系数，Vd2为第二透镜2的色散系数，Vd3为第三透镜3的色散系数，Vd4为第四透镜4的色散系数，Vd5为第五透镜5的色散系数，Vd6为第六透镜6的色散系数，Vd7为第七透镜7的色散系数，Vd8为第八透镜8的色散系数。
由于轴外光束在第一片上的入射高度较大，容易产生较大的垂轴色差，因此第一透镜1选用色散系数较低的材料有利于减小轴外色差；中心视场的边缘光线经过第一透镜1的发散后在第二透镜2和第三透镜3组成的粘合透镜上孔径增大，因此第二透镜2和第三透镜3选用高折射率的材料有利于减小球差和彗差造成的影响，同时有利于减小自身的场曲；光线在经过光阑前后一段较长距离的传播后，色差累积变大，因此第五透镜5采用一个超低色散的材料来减小不同波长之间的差异，从而减小色差，进一步提高镜头解像能力。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8均采用玻璃材质。相比塑胶材质，对可见光的透过率更高，最终光能损失较少，成像的通透性更好，同时玻璃材质不容易老化变形，使用寿命更长。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一透镜1与所述第八透镜8为非球面镜片，由于非球面面型的自由度大，对光线的偏折及像差的校正能力都明显强于球面，能在进一步提升镜头分辨率的同时校正镜头畸变。
在本发明的一些实施例中，通过尽量少设置渐晕或不设置渐晕，使周边视场光线尽量多的通过镜头到达芯片表面，从而使得镜头获得较高的相对照度，保证像面亮度的整体均匀性和通透性。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第八透镜8和像侧之间设置有滤光片10，滤光片10能过滤一部分长波和杂散光，防止感光芯片受到红外线的干扰，从而使图像像质清晰，色彩亮丽。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述滤光片10和像侧之间设置有保护玻璃11，可以保护像侧的感光芯片9免受外力的直接破坏。
根据本发明第二方面实施例的一种视讯镜头，包括镜筒，以及设置在镜筒内的高清航拍光学***，通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，获得高清分辨率的同时，实现了视讯镜头的大靶面、低畸变和高相对照度。
在本发明的一些实施例中，高清航拍镜头的焦距f＝9mm，FNO＝2.4，FOV为84°，光学***总长TL＝47.48mm，可搭配用于1”的感光芯片。
本实施例镜头具体参数如下表所示：
面编号 半径R 厚度 折射率Nd 阿贝数Vd
物面 Infinity Infinity - -
*S1 12.4177 1.000 1.6209 63.876
*S2 5.0354 7.702 - -
S3 -9.9215 1.183 1.9229 20.882
S4 -27.7815 3.104 1.8028 46.774
S5 -11.8108 0.097 - -
S6 67.2245 2.354 1.8467 23.787
S7 -35.8546 7.531 - -
光阑 Infinity 2.191 - -
S9 10.1248 4.746 1.4378 94.577
S10 -7.5602 1.124 1.816 46.571
S11 -10.3897 2.558 - -
S12 -18.1313 1.168 1.8052 25.477
S13 30.9291 0.067 - -
*S14 26.4688 1.811 1.774 49.604
*S15 -33.8897 0.500 - -
S16 Infinity 0.300 1.5168 64.212
S17 Infinity 0.200 - -
S18 Infinity 0.400 1.5168 64.212
S19 Infinity 9.449 - -
S20 像面 - - -
在上表中，半径R、厚度及半口径的单位均为毫米；标记“*”的面表示非球面，非球面透镜的面型满足以下关系式：
式中，参数c为透镜半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位与透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面型曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面型曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面型曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面型曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面型曲线为扁椭圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。详细的非球面相关参数如下表所示：
k a1 a2 a3 a4
*S1 -0.0777 0 -1.6484E-04 -5.9237E-07 2.0502E-09
*S2 -0.9658 0 3.7627E-04 9.8285E-07 3.3751E-08
*S14 4.2262 0 -5.0108E-05 6.6273E-07 -6.5885E-09
*S15 -95.5671 0 2.5926E-05 1.2128E-05 -2.0893E-07
续表：
a5 a6 a7 a8
*S1 -1.1511E-11 0 0 0
*S2 -6.3350E-10 0 0 0
*S13 -4.0351E-09 0 0 0
*S14 -9.2001E10 0 0 0
图2至图5为本发明实施例的光学性能图，其中图2为光学***MTF曲线，用来评价光学***的分辨能力，从图中曲线可以看出0.9视场以内MTF在200lp/mm处均大于0.2，具有极好的分辨能力，且轴上和轴外MTF曲线趋势基本一致；图3为光学***的离焦MTF曲线，用来分析光线经过***后成像的整体均匀性及锐利度，从图中可以看出，各个视场的最佳像面重合性非常好，保证了周边视场与中心视场的成像一致性，能用于高像素芯片；图4为光学***的畸变曲线，全视场时畸变仅为-2％，畸变量很小，保证成像画面出现尽量小的形变量；图5为光学***的相对照度曲线，全视场相对照度为60％，较高的相对照度能保证整体画面亮度的均匀性，即使在画面边角也不会存在暗角。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高清航拍光学***，其特征在于：包括自物侧至像侧依次设置的
第一透镜（1），其具有负光焦度；
第二透镜（2），其具有负光焦度且与所述第一透镜（1）间隔设置；
第三透镜（3），其具有正光焦度且与所述第二透镜（2）组成粘合透镜；
第四透镜（4），其具有正光焦度且与所述第三透镜（3）间隔设置；
光阑STO，其与所述第四透镜（4）间隔设置并用于限制光束口径；
第五透镜（5），其具有正光焦度且与所述光阑STO间隔设置；
第六透镜（6），其具有负光焦度且与所述第五透镜（5）组成粘合透镜；
第七透镜（7），其具有负光焦度且与所述第六透镜（6）间隔设置；
第八透镜（8），其具有正光焦度且与所述第七透镜（7）间隔设置;
所述高清航拍光学***的透镜数量为8片；
所述第一透镜（1）朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；
所述第二透镜（2）朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第三透镜（3）为弯月形结构，朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第四透镜（4）的两个面均为凸面；
所述第五透镜（5）的两个面均为凸面；
所述第六透镜（6）朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第七透镜（7）的两个面均为凹面；
所述第八透镜（8）的两个面均为凸面；
所述高清航拍光学***满足以下关系式
-3<f1/f<-1；
2<f4/f<4；
其中，f为所述高清航拍光学***的焦距，f1为第一透镜（1）的焦距，f4为第四透镜（4）的焦距。
2.根据权利要求1所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述高清航拍光学***满足以下关系式
-19<f2-3/f<-16；
1<f5-6/f<3；
-3<f7/f<-1；
2<f8/f<4；
3<TL/f<6；
其中，f2-3为第二透镜（2）和第三透镜（3）的组合焦距，f5-6为第五透镜（5）和第六透镜（6）的组合焦距，f7为第七透镜（7）的焦距，f8为第八透镜（8）的焦距，TL为所述高清航拍光学***的总体长度。
3.根据权利要求1所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述高清航拍光学***满足以下关系式
Nd1≤1.7；Nd2≥1.8;
Nd3≥1.8; Nd4≥1.8；
|Nd5-Nd6|≥0.3；Nd7≥1.8;
Nd8≤1.8;
其中，Nd1为第一透镜（1）的折射率，Nd2为第二透镜（2）的折射率，Nd3为第三透镜（3）的折射率，Nd4为第四透镜（4）的折射率，Nd5为第五透镜（5）的折射率，Nd6为第六透镜（6）的折射率，Nd7为第七透镜（7）的折射率，Nd8为第八透镜（8）的折射率。
4.根据权利要求1所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述高清航拍光学***满足以下关系式
Vd1≥50；|Vd2-Vd3|≥25；
Vd4≤30；|Vd5-Vd6|≥40；
Vd7≤30；Vd8≤50；
其中，Vd1为第一透镜（1）的色散系数，Vd2为第二透镜（2）的色散系数，Vd3为第三透镜（3）的色散系数，Vd4为第四透镜（4）的色散系数，Vd5为第五透镜（5）的色散系数，Vd6为第六透镜（6）的色散系数，Vd7为第七透镜（7）的色散系数，Vd8为第八透镜（8）的色散系数。
5.根据权利要求1所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）、第六透镜（6）、第七透镜（7）、第八透镜（8）均采用玻璃材质。
6.根据权利要求5所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述第一透镜（1）与所述第八透镜（8）为非球面镜片。
7.根据权利要求1所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述第八透镜（8）和像侧之间设置有滤光片（10）。
8.根据权利要求7所述的高清航拍光学***，其特征在于：所述滤光片（10）和像侧之间设置有保护玻璃（11）。
9.一种高清航拍镜头，其特征在于：包括镜筒，以及设置在镜筒内的如权利要求1至8任一所述的高清航拍光学***。
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