光学镜头及成像设备的制作方法

1.本发明涉及光学成像的技术领域，特别涉及一种光学镜头及成像设备。


背景技术：

2.传统航空摄影只能从垂直角度拍摄地物，倾斜摄影则通过在同一平台搭载多颗镜头，同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像，有效弥补了传统航空摄影的局限，可以迅速地变换拍摄角度与构图，突破地形与拍摄角度的限制，使航拍摄影更具灵活性。
3.无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项高新技术，倾斜摄影技术三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性；借助无人机，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模；倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出dsm、dom、tdom、dlg等多种成果。目前，无人机倾斜摄影测量技术已被越来越多的行业认可和应用，因此，对航拍摄像镜头的性能要求越来越高。
4.无人机倾斜摄影测量技术对所搭载的摄影镜头要求极高，首先要求其通光能力强，能适应外界环境的明暗变化，同时要求镜头有较高的成像清晰度，能有效分辨地面环境的细节，同时要求镜头能够对图像边缘的物体具有良好的分辨能力，以满足倾斜摄影测量的特殊要求。然而，现有市场上的大多镜头均不能很好的满足上述要求，因此，开发一种可以配合无人机倾斜摄影测量技术的大光圈、高解像力、正f-theta畸变的光学镜头是当务之急。


技术实现要素：

5.基于此，本发明提供一种光学镜头，至少具有大光圈、高解像力、正f-theta畸变的特点，以满足无人机倾斜摄影测量技术的需求。
6.本发明实施例通过以下技术方案实现上述的目的。
7.第一方面，一种光学镜头，共六片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包含：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面，且所述第二透镜和所述第三透镜组成第一粘合透镜组；光阑；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成第二粘合透镜组；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面；所述光学镜头满足条件式：
2.1mm-1
＜ttl/(ih*f)＜2.4mm-1
；其中，ttl表示所述光学镜头的光学总长，ih表示所述光学镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，f表示所述光学镜头的有效焦距。
8.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：-1.2＜r3/r5＜-1；0.4＜r3/ttl＜0.5；-0.42＜r5/ttl＜-0.38；其中，r3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，r5表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。
9.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：-12＜f2/f3＜-10；-1.2＜f4/f5＜-0.4其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距。
10.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：2.8＜ttl/ct2＜4；其中，ct2表示所述第二透镜的中心厚度。
11.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：(cra)
max
＜24
°
；其中，(cra)
max
表示所述光学镜头全视场主光线在像面上入射角的最大值。
12.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：0.45＜vd2/vd3＜0.6；1.05＜nd2/nd3＜1.1；2.1＜vd4/vd5＜2.6；0.85＜nd4/nd5＜1；其中，vd2表示所述第二透镜的阿贝数，vd3表示所述第三透镜的阿贝数，nd2表示所述第二透镜的折射率，nd3表示所述第三透镜的折射率，vd4表示所述第四透镜的阿贝数，vd5表示所述第五透镜的阿贝数，nd4表示所述第四透镜的折射率，nd5表示所述第五透镜的折射率。
13.在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：-46
°
＜|
ϕ
9|-arctan[d9/(r9
2-d92)
1/2
]＜46
°
；-27
°
＜| ϕ
10|-arctan[d10/(r10
2-d102)
1/2
]＜27
°
；其中，
ϕ
9表示所述第六透镜的物侧面在有效半口径处的面心角，
ϕ
10表示所述第六透镜的像侧面在有效半口径处的面心角；d9表示所述第六透镜的物侧面的有效半口径，d10表示所述第六透镜的像侧面的有效半口径；r9表示所述第六透镜的物侧面的曲率半径，r10表示所述第六透镜的像侧面的曲率半径。
[0014]
在一些实施例中，所述光学镜头满足条件式：-1.6＜f1/f＜-1.2；-25＜f2/f＜-15；
1.6＜f3/f＜2；1.5＜f4/f＜1.9；-4＜f5/f＜-1.5；2＜f6/f＜20；其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f6表示所述第六透镜的有效焦距。
[0015]
在一些实施例中，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为球面玻璃镜片，所述第一透镜和所述第六透镜均为非球面玻璃镜片。
[0016]
相比于现有技术，本发明有益效果为：本发明的光学镜头采用六片玻璃镜片，通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有大光圈、高解像力、正f-theta畸变等有益效果；而且全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻的技术领域。
[0017]
第二方面，本发明实施例还提供了一种成像设备，其包括上述所述的光学镜头和成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
[0018]
相比于现有技术，本发明有益效果为：该成像设备采用上述光学镜头，具有大光圈、高解像力、正f-theta畸变的特点，以满足无人机倾斜摄影测量技术的需求。
[0019]
本发明的附加方面与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
[0020]
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：图1为本发明第一实施例中光学镜头的结构示意图；图2为本发明第一实施例中光学镜头的场曲示意图；图3为本发明第一实施例中光学镜头的f-theta畸变示意图；图4为本发明第一实施例中光学镜头的mtf曲线示意图；图5为本发明第二实施例中光学镜头的结构示意图；图6为本发明第二实施例中光学镜头的场曲示意图；图7为本发明第二实施例中光学镜头的f-theta畸变示意图；图8为本发明第二实施例中光学镜头的mtf曲线示意图。
[0021]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0022]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0023]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0024]
本发明提供一种光学镜头，共六片镜片，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面，且第二透镜和第三透镜组成第一粘合透镜组；光阑；第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，且第四透镜和第五透镜组成第二粘合透镜组；第六透镜具有正光焦度，其物侧面在近光轴处为凸面；进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：2.1mm-1
＜ttl/(ih*f)＜2.4mm-1
；（1）其中，ttl表示光学镜头的光学总长，ih表示光学镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，f表示光学镜头的有效焦距。满足条件式（1），可以实现镜头像面扩大同时压缩镜头的总长和有效焦距，使镜头的设计更加小型化，便于搭载在终端设备上。
[0025]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：-1.2＜r3/r5＜-1；（2）0.4＜r3/ttl＜0.5；（3）-0.42＜r5/ttl＜-0.38；（4）其中，r3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，r5表示第三透镜像侧面的曲率半径，ttl表示光学镜头的光学总长。满足上述条件式（2）至（4），可以改变第二透镜的物侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置和第三透镜的像侧面二次反射鬼像的光瞳像在焦面上的相对位置，通过控制曲率半径可以使得鬼像的光瞳像远离焦面，有效降低鬼像的相对能量值，提高镜头成像画面的质量。
[0026]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：0.9＜f/ih＜1；（5）f/enpd＜1.81；（6）其中，f表示光学镜头的有效焦距，ih表示光学镜头在成像面上有效像素区域最大直径的一半，enpd表示光学镜头的入瞳直径。满足上述条件式（5），表明光学镜头具有较大的成像面，能满足大靶面芯片的成像需求。满足上述条件式（6），通过将光阑前移至第三透镜和第四透镜间，可以使光学镜头具有更大的光圈，在明暗环境中具有良好成像。
[0027]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：-12＜f2/f3＜-10；（7）-1.2＜f4/f5＜-0.4；（8）其中，f2表示第二透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距，f5表示第五透镜的有效焦距。满足条件式（8）至（9），通过胶合两枚正负光焦度的镜片，达到消除色差的作用。
[0028]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：2.8＜ttl/ct2＜4；（9）其中，ct2表示第二透镜的中心厚度，ttl表示光学镜头的光学总长。满足条件式（9），通过增大第二透镜的中心厚度，达到矫正场曲的作用。
[0029]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：(cra)
max
＜24
°
；（10）其中，(cra)
max
表示光学镜头的全视场主光线在像面上入射角的最大值。满足条件式（10），可以使光学镜头的cra与芯片感光元件的cra更匹配，提高芯片感光效率。
[0030]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：0.45＜vd2/vd3＜0.6；（11）1.05＜nd2/nd3＜1.1；（12）2.1＜vd4/vd5＜2.6；（13）0.85＜nd4/nd5＜1；（14）其中，vd2表示第二透镜的阿贝数，vd3表示第三透镜的阿贝数，nd2表示第二透镜的折射率，nd3表示第三透镜的折射率，vd4表示第四透镜的阿贝数，vd5表示第五透镜的阿贝数，nd4表示第四透镜的折射率，nd5表示第五透镜的折射率。满足条件式（11）至（14），通过增大第二透镜l2和第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5之间的阿贝数差值和折射率差值，更有利于色差的消除。
[0031]
进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：-46
°
＜|
ϕ
9|-arctan[d9/(r9
2-d92)
1/2
]＜46
°
；（15）-27
°
＜|
ϕ
10|-arctan[d10/(r10
2-d102)
1/2
]＜27
°
； （16）其中，
ϕ
9表示第六透镜的物侧面在有效半口径处的面心角，
ϕ
10表示第六透镜的像侧面在有效半口径处的面心角；d9表示第六透镜的物侧面的有效半口径，d10 表示第六透镜的像侧面的有效半口径；r9表示第六透镜的物侧面的曲率半径，r10表示第六透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（15）至（16），使得第六透镜的镜片中心到边缘光焦度的变化趋势更接近余弦函数，在温度变化时，所有视场的离焦曲线会更加聚拢，有利于改善镜头的温度性能。
[0032]
进一步地，所述光学镜头满足条件式：-1.6＜f1/f＜-1.2；（17）-25＜f2/f＜-15；（18）1.6＜f3/f＜2；（19）1.5＜f4/f＜1.9；（20）-4＜f5/f＜-1.5；（21）2＜f6/f＜20；（22）其中，f1表示第一透镜的焦距，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，f4表示第四透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距，f6表示第六透镜的焦距，f表示光学镜头的焦距。满足上述条件式，通过各透镜的光焦度的合理组合，能够更好矫正系统的像差，提高镜头的成像品质。
[0033]
进一步地，其中，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均
为球面玻璃镜片，所述第一透镜和所述第六透镜均为非球面玻璃镜片；光学镜头全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证光学镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻的技术领域。
[0034]
本发明中各个实施例中所述成像镜头的非球面的表面形状均满足下列方程：其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，k表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，b、c、d、e、f分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶曲面系数。
[0035]
下面分多个实施例对本技术进行进一步的说明。在以下每个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径有所不同，具体不同可参见各实施例中的参数表。下述实施例仅为本技术的较佳实施方式，但本技术的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本技术创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本技术的保护范围之内。
[0036]
第一实施例请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包含：第一透镜l1，第二透镜l2，第三透镜l3，光阑sto，第四透镜l4，第五透镜l5，第六透镜l6，滤光片l7以及成像面s13；第一透镜l1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面；第二透镜l2具有负光焦度，其物侧面s3为凸面，像侧面为凹面；第三透镜l3具有正光焦度，其物侧面和像侧面s5均为凸面，第二透镜l2和第三透镜l3组成第一粘合透镜组，即第二透镜的像侧面和第三透镜的物侧面的胶合面为s4；光阑sto；第四透镜l4具有正光焦度，其物侧面s6和像侧面均为凸面；第五透镜l5具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面s8为凹面，第四透镜l4和第五透镜l5组成第二粘合透镜组，即第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面的胶合面为s7；第六透镜l6具有正光焦度，其物侧面s9在近光轴处为凸面，像侧面s10为凸面；其中，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5均为玻璃球面镜片，第一透镜l1和第六透镜l6为玻璃非球面镜片。滤光片l7的物侧面s11以及像侧面s12位于第六透镜的像侧面s10及成像面s13之间。
[0037]
请参阅表1-1，所示为本发明第一实施例中提供的光学镜头中各个镜片的相关参数。
[0038]
表 1-1
本发明第一实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表1-2所示。
[0039]
表1-2请参照图2、图3和图4，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、f-theta畸变图和mtf曲线图。
[0040]
图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，在全视场角内子午像面和弧矢像面的最大场曲控制在
±
0.05毫米以下，说明光学镜头的场曲矫正良好。
[0041]
图3的f-theta畸变曲线表示成像面上不同视场角度的f-theta畸变值。其中，图3中横轴表示f-theta畸变值（单位：%），纵轴表示视场角（单位：度）。从图3中可以看出，在最大视场角度的f-theta畸变值接近30%，说明光学镜头在边缘视场的f-theta畸变是正向增长，边缘视场可以包含更多的图像信息。
[0042]
图4的mtf曲线表示不同空间频率的近轴mtf。其中，图4中横轴表示空间频率(单位：周期/毫米)，纵轴表示mtf值。从图4中可以看出，在最大空间频率下的近轴mtf值依然有0.7以上，说明光学镜头的近轴像差得到良好的校正。
[0043]
第二实施例图5为本发明第二实施例提供的光学镜头的结构示意图，本实施例当中的光学镜头与第一实施例当中的光学镜头大抵相同，不同之处在于，各个透镜的曲率半径、厚度等有所不同，具体各个透镜的相关参数参见表2-1所示。
[0044]
本发明第二实施例提供的光学镜头中各透镜的相关参数如表2-1所示。
[0045]
表 2-1
本发明第二实施例提供的光学镜头中各非球面的面型系数如表2-2所示。
[0046]
表 2-2请参照图6、图7和图8，所示分别为本实施例中光学镜头的场曲曲线图、f-theta畸变图和mtf曲线图。
[0047]
图6的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图6中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图6中可以看出，在全视场角内子午像面和弧矢像面的最大场曲控制在
±
0.05毫米以下，说明光学镜头的场曲矫正良好。
[0048]
图7的f-theta畸变曲线表示成像面上不同视场角度的f-theta畸变值。其中，图7中横轴表示f-theta畸变值（单位：%），纵轴表示视场角（单位：度）。从图7中可以看出，在最大视场角度的f-theta畸变值接近30%，说明光学镜头在边缘视场的f-theta畸变是正向增长，边缘视场可以包含更多的图像信息。
[0049]
图8的mtf曲线表示不同空间频率的近轴mtf。其中，图8中横轴表示空间频率(单位：周期/毫米)，纵轴表示mtf值。从图8中可以看出，在最大空间频率下的近轴mtf值依然有0.7以上，说明光学镜头的近轴像差得到良好的校正。
[0050]
表3是上述实施例中对应的光学特性，包括所述光学镜头的有效焦距f、光学总长ttl、视场角fov、光圈数f#和前面所述每个条件式对应的数值。
[0051]
表 3
综上所述，本发明的光学镜头采用六片玻璃镜片，通过各镜片面型的合理配置以及光焦度的合理搭配，使镜头在实现良好成像质量的同时，具有大光圈、高解像力、正f-theta畸变的特点；而且全部使用玻璃透镜，能够很大程度上保证镜头的信赖性品质，使其能适用于对环境比较苛刻领域，以满足无人机倾斜摄影测量技术的需求。
[0052]
第三实施例本实施例提供一种成像设备,包括上述任一实施例中的光学镜头和成像元件,所述成像元件设于所述成像面s13的外侧，所述成像元件将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
[0053]
进一步地，所述成像元件可以是cmos(complementary metal oxide semiconductor,互补性金属氧化物半导体)图像传感器,还可以是ccd(charge coupled device,电荷耦合器件)图像传感器。
[0054]
进一步地，所述成像设备可以是无人机倾斜摄影镜头等。
[0055]
本实施例提供的成像设备包括光学镜头,由于光学镜头采用玻璃球面与非球面相结合的方式,更好地校正了成像系统的各种像差,因此本实施例提供的成像设备具备大光圈、高解像力、正f-theta畸变的特点等特性。
[0056]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。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与改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。