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CN106575028A - 用于无人飞机的侦察物镜 - Google Patents

用于无人飞机的侦察物镜 Download PDF

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CN106575028A
CN106575028A CN201480078450.0A CN201480078450A CN106575028A CN 106575028 A CN106575028 A CN 106575028A CN 201480078450 A CN201480078450 A CN 201480078450A CN 106575028 A CN106575028 A CN 106575028A
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reconnaissance
scout
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周朝明
孙博
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Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
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Abstract

一种用于无人飞机的侦察物镜，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)；其中所述第一透镜(L1)为双凸透镜，所述第二透镜(L2)为双凹透镜，所述第三透镜(L3)为弯月透镜，所述第四透镜(L4)为弯月透镜，所述第五透镜(L5)为弯月透镜；其中所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)相互胶合，所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)相互胶合。上述用于无人飞机的侦察物镜通过利用正、负光焦度的第一至第五透镜(L1‑L5)的合理配置，有效解决了目前无人飞机的侦察物镜难以实现大视场、高分辨率和低畸变的技术难题。

Description

用于无人飞机的侦察物镜
【技术领域】
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种无人飞机的低空侦察物镜。
【背景技术】
目前，无人飞机已广泛应用在现在社会中，由于其无需人员驾驶，所以能执行更危险的任务。无人机技术广泛的应用在侦查搜索领域，即航空侦察摄影直接即刻传回地面，以判断侦察目标。
无人飞机既可用于军用侦查，例如用于战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估、电子战等，也可用于民用侦查，如边境巡逻、核辐射探测、航空摄影、航空探矿、灾情监视、交通巡逻、治安监控等。
根据光学侦察的领域不同，可分为低空侦察，中空侦察和高空侦察几种，无论是哪种侦察，都需要用到的一项主要技术，即空中摄影。然而，现有的用于无人飞行器的光学镜头普遍存在视场角较小、分辨率低、高畸变等缺点。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种高分辨率低畸变的用于无人飞机的侦察物镜。
一种用于无人飞机的侦察物镜，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；其中所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜也为弯月透镜，所述第四透镜为弯月透镜，所述第五透镜为弯月透镜；其中所述第一透镜和所述第二透镜相互胶合，所述第四透镜和所述第五透镜相互胶合；
所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面，所述第四透镜包括第七曲面和第八曲面，所述第五透镜包括第九曲面和第十曲面；所述第一曲面至第十曲面沿入射光线的传输方向依次排布；
所述第一至第十曲面的曲率半径依次为：112、-150、-150、250、64、150、-31、-60、-60、-50；
所述第一至第五透镜的中心厚度依次为：12mm、4mm、8mm、2mm、4mm。
在其中一个实施例中，所述第一至第五透镜的折射率与阿贝数的比例依次为：1.5/64、1.7/32、1.63/62、1.6/60、1.6/40。
在其中一个实施例中，所述第二透镜至所述第三透镜的间距为0.5mm；所述第三透镜至所述第四透镜的间距为80mm。
在其中一个实施例中，所述第一、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的外径分别依次为70mm、70mm、60mm、20mm及20mm。
在其中一个实施例中，用于无人飞机的侦察物镜还包括一光阑，所述光阑设于所述第四透镜的物像侧，用于控制进入第四透镜的光通量。
在其中一个实施例中，所述曲率半径、中心厚度、折射率与阿贝数的比例以及所述间距的公差范围均为5%。
上述用于无人飞机的侦察物镜通过利用正、负光焦度的第一至第五透镜的合理配置，有效解决了目前无人飞机的侦察物镜难以实现大视场、高分辨率和低畸变的技术难题。所以，不仅具有体积轻便小巧、拍摄画幅大、图像清晰、高分辨率、低畸变、大视场的优点，还具有信息量大、使用效率高、大大降低使用成本的优点。
【附图说明】
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将会变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为一实施例的用于无人飞机的侦察物镜的结构示意图；
图2为一实施例的用于无人飞机的侦察物镜的调制传递函数特性曲线图；
图3为一实施例的用于无人飞机的侦察物镜的几何像差图；
图4为一实施例的用于无人飞机的侦察物镜的场曲特性曲线图；
图5为一实施例的用于无人飞机的侦察物镜的畸变特性曲线图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1，一实施方式的侦察物镜100主要用于无人飞机的中低空侦查，其包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5。
第一透镜L1为双凸透镜，其包括向物侧凸出的第一曲面S1和向像侧凸出的第二曲面S2。第一曲面S1的曲率半径为112；第二曲面S2的曲率半径为-150（在本文中，负号表示光从左向右传播，以球面和主光轴的交点为准，球面的球心在该点以左，则曲率半径为负，反之，球心在在该点以右，则曲率半径为正，以下同理）。第一透镜L1的中心厚度，即第一透镜L1在光轴上的厚度d1为12mm。第一透镜L1的外径（直径）为Φ70mm。第一透镜L1的折射率Nd1与阿贝数Vd1的比例为1.5/64。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
第二透镜L2为双凹透镜，其与第一透镜L1相互胶合形成一组胶合透镜。第二透镜L2包括向像侧凹陷的第三曲面S3和向物侧凹陷的第四曲面S4。第三曲面S3的曲率半径为-150mm；第四曲面S4的曲率半径为250mm。第二透镜L2的中心厚度d2为4mm。第二透镜L2的外径为Φ70mm。第二透镜L2的折射率Nd2与阿贝数Vd2的比例为1.7/32。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
第三透镜L3为弯月透镜。第三透镜L3包括向物侧凸出第五曲面S5和向物侧凹陷的第六曲面S6。第五曲面S5的曲率半径为64mm；第六曲面S6的曲率半径为150mm。第三透镜L3的中心厚度d3为8mm。第三透镜L3的外径为Φ60mm。第三透镜L3的折射率Nd3与阿贝数Vd3的比例为1.63/62。第三透镜L3与第二透镜L2的间距T1，即第五曲面S5与第四曲面S4在光轴上的间距为0.5mm。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
侦察物镜100还包括一光阑A。光阑A位于第三透镜L3与第四透镜L4之间且靠近第四透镜L4。光阑A用于控制进入第四透镜L4的光通量。
第四透镜L4也为弯月透镜。第四透镜L4包括向像侧凹陷的第七曲面S7和向像侧凸出的第八曲面S8。第七曲面S7的曲率半径为-31mm；第八曲面S8的曲率半径为-60mm。第四透镜L4的中心厚度d4为2mm。第四透镜L4的外径为Φ20mm。第四透镜L4的折射率Nd4与阿贝数Vd4的比例为1.6/60。第四透镜L4与第三透镜L3的间距T2，即第七曲面S7与第六曲面S6在光轴上的间距为80mm。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
第五透镜L5也为弯月透镜，其与第四透镜L4相互胶合形成一组胶合透镜。第五透镜L5包括向像侧凹陷的第九曲面S9和向像侧凸出的第十曲面S10。第第九曲面S9的曲率半径为-60mm；第十曲面S10的曲率半径为-50mm。第五透镜L5的中心厚度d5为4mm。第五透镜L5的外径为Φ20mm。第五透镜L5的折射率Nd5与阿贝数Vd5的比例为1.6/40。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
上述侦察物镜100具有如下参数：ƒ=200mm，D/ƒ=1：3.5。
本实施方式中，光线自物侧入射至第一透镜L1，并依次经第二透镜L2、第三透镜L3、光阑A、第四透镜L4及第五透镜L5后成像于成像面B。可以理解，可通过设置影像传感器(图未示)，如电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)，于所述成像面B处以组成一成像系统。
图2~5分别示出了上述用于无人飞机的侦察物镜的传递函数M.T.F图；几何象差图、及场曲特性和畸变特性曲线图。上述附图表明，当分辨率为50线对/mm时，其M.T.F还有0.4，已达到了理想效果。其弥散斑大小ΔΦ≈0.015左右，达到理想水平；无论是细光束象差图或是色差都得到了校正，畸变也控制在非常小的范围内，满足中低空侦查对畸变的要求。
上述用于无人飞机的侦察物镜不仅具有体积轻便小巧、拍摄画幅大、图像清晰、高分辨率、低畸变、大视场的优点，还具有信息量大、使用效率高、大大降低使用成本的优点。
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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

  1. 一种用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；其中所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜也为弯月透镜，所述第四透镜为弯月透镜，所述第五透镜为弯月透镜；其中所述第一透镜和所述第二透镜相互胶合，所述第四透镜和所述第五透镜相互胶合；
    所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面，所述第四透镜包括第七曲面和第八曲面，所述第五透镜包括第九曲面和第十曲面；所述第一曲面至第十曲面沿入射光线的传输方向依次排布；
    所述第一至第十曲面的曲率半径依次为：112、-150、-150、250、64、150、-31、-60、-60、-50；
    所述第一至第五透镜的中心厚度依次为：12mm、4mm、8mm、2mm、4mm。
  2. 根据权利要求1所述的用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，所述第一至第五透镜的折射率与阿贝数的比例依次为：1.5/64、1.7/32、1.63/62、1.6/60、1.6/40。
  3. 根据权利要求1所述的用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，所述第二透镜至所述第三透镜的间距为0.5mm；所述第三透镜至所述第四透镜的间距为80mm。
  4. 根据权利要求1所述的用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，所述第一、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的外径分别依次为70mm、70mm、60mm、20mm及20mm。
  5. 根据权利要求1所述的用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，还包括一光阑，所述光阑设于所述第四透镜的物像侧，用于控制进入第四透镜的光通量。
  6. 根据权利要求1~4任意一项所述的用于无人飞机的侦察物镜，其特征在于，所述曲率半径、中心厚度、折射率与阿贝数的比例以及所述间距的公差范围均为5%。
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