CN107807440B - 广角可交换镜头 - Google Patents

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Abstract

一种广角可交换镜头,包括从物侧到像侧依次设置的第一镜片群、第二镜片群、包含光阑的第三镜片群,其中:第一镜片群包括具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二非球面镜片、具有负光焦度且胶合面朝向物方的第三胶合镜片、具有正光焦度的第四镜片;第三镜片群包括光阑、具有负光焦度且胶合面朝向像物方的第五胶合镜片、具有正光焦度的第六镜片、具有负光焦度的第七镜片和具有正光焦度的第八非球面镜片;第二镜片群采用①具有正光焦度且胶合面朝向物方的胶合镜片或两片分离镜片。本发明能够满足目前市面上最高分辨率的专业级8K分辨率摄影机同时,价格低廉。

Description

广角可交换镜头
技术领域
本发明涉及的是一种电影用光学设备领域的技术,具体是一种满足匹配全画幅及super35画幅的8k分辨率摄影机的广角可交换镜头。
背景技术
随着低成本、大尺寸感光件的摄影机不断涌现,镜头厂商开始将相机镜头做些改装和粉饰,使用可交换式镜头或是“电影风格”镜头的名义推向市场。但此部分镜头为了实现更低的价格,牺牲了一些关键的电影镜头特性,在分辨率、呼吸效应等方面做出了妥协。其主要缺点包括:1、分辨率不够:目前市面上几乎所有的相机镜头,解像力都不高,无法匹配目前高达6k或者8k分辨率的摄像机使用。2、有明显暗角:由于相机镜头的光学设计未考虑视频及电影拍摄需要,往往对暗角的要求不高,因此暗角比较明显,无法满足视频及电影拍摄使用。3、畸变大:动态影像的画面畸变往往比静态照片看起来更明显。枕形或桶形畸变一旦在画面出现动态元素的时候就会立刻现形,而摄影机主观视角移动的时候会更严重。由于银幕尺寸的原因,电影镜头绝对不允许出现相机镜头的那种畸变,如果影院观众的视野范围内出现太过明显的畸变,那么有可能导致运动眩晕症。所以电影镜头的像场必须尽可能平直。由于相机镜头往往对畸变的控制不够,所以无法满足电影镜头对畸变的高要求。4、呼吸效应明显:镜头进行对焦的过程中,内部的胶合镜片会发生一连串的位移,将特定距离的入射光聚焦在成像面上。当在多个焦点间移焦的时候,镜头内部胶合镜片的位移可能会轻微改变画面视野大小,这种效应被称为呼吸效应。要完全消除呼吸效应的话,镜头在设计的时候就必须加入应对措施。而对于电影制作来讲,画面内进行追焦或在不同主体之间移焦的手法很常见,所以对抑制呼吸效应的要求非常高,一般相机镜头无法满足要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出一种广角可交换镜头,能够满足目前市面上最高分辨率的专业级8K分辨率摄影机同时,价格低廉。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明包括从物侧到像侧依次设置的第一镜片群、第二镜片群、包含光阑的第三镜片群,其中:第一镜片群包括具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有负光焦度且胶合面凸向像方的第三胶合镜片、具有正光焦度的第四镜片;第三镜片群包括光阑、具有负光焦度且胶合面朝向像物方的第五胶合镜片、具有正光焦度的第六镜片、具有负光焦度的第七镜片和具有正光焦度的第八镜片。
所述的第二镜片群采用具有正光焦度且胶合面凸向像方的胶合镜片或两片分离镜片。
所述的广角可交换镜头采用后群组联动对焦的方式,即当拍摄物体从无限远向近距离变化时,第一镜片群固定不动,第二镜片群从像方向物方移动进行呼吸效应及像差补偿,第三镜片群从像方向物方移动进行聚焦。
所述的光阑位于第三镜片群内部,随着镜片群组的移动而同步移动以有效减弱呼吸效应。
所述的光阑与前后镜片的距离满足:-6<L1-L2<6,其中:L1为光阑到前镜片中心的距离,L2为光阑到后镜片中心的距离,使得镜头物距从无限远到近距离改变的过程中,镜头的视场角变化小。若镜头不符合该条件式,则会导致镜头物距从无限远到近距离改变的过程中,镜头的视场角变化过大,呼吸效应明显,不利于电影的拍摄使用。
所述的广角可交换镜头的光学后焦和整体焦距满足:1.3<BFL/EFL<1.8,其中:BFL为该镜头的光学后焦,EFL为该镜头的整体焦距,使得镜头的焦距和后焦的比值在一个合适的范围内。若低于该条件式的下限,则会导致镜头的尺寸过小或入射到传感器上的角度过大,使得镜头偏暗,或是无法匹配市面上全画幅尺寸的电影相机,实用性变差;若高于该条件式的上限,则会导致镜头后焦过长,一方面需要拉长镜头尺寸,增加设计成本,另一方面第三镜片群需要具有更高的光焦度去进行调焦,光学性能急剧恶化,达不到8k的分辨率。
所述的广角可交换镜头中的非球面镜片的非球面表达为:
Figure GDA0002229660190000021
其中:Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时,距非球面顶点的距离矢高sag;c=1/R,R表示镜面的曲率半径,K为圆锥系数conic,A、B、C、D、E、F为高次非球面系数,而系数中的e代表科学计数号,例e-005表示10-5
优选地,所述的第二镜片采用上述非球面设计,凹面对应于优化光学系统在不同物距下产生的场曲,提升了调焦过程中的画质均一性。
优选地,所述的第八镜片采用上述非球面设计以有效修正视场角过大带来的畸变,使镜头畸变符合实际目标值。
所述的第一镜片群的焦距满足:5<FG1/F<42.5,其中:FG1为该镜头第一镜片群的焦距,F为该镜头整体焦距。若低于该条件式的下限,则会导致镜头第一镜片群光焦度分布过多,在物距改变的调焦中,增加第二镜片群和第三镜片群的调焦距离,使调焦难度变大,难以矫正因为调焦引起的球面像差和周边色差以及慧差的变化。若高于该条件式的上限,则导致镜头第一镜片群光焦度过弱,在满足视场角的情况下镜头前端镜片口径过大,不利于镜头的小型化,也不利于镜头的装配和整体重量和重心的调整。
所述的第二镜片群的胶合镜片满足:0.9<NDx1/NDx2<50.6,其中:NDx1为胶合镜片靠近物方侧镜片的折射率,NDx2为胶合镜片靠近像方侧镜片的折射率。
所述的第二镜片群作为物距改变后的移动补偿群,若存在其他胶合镜片,其折射率的选择也满足上述条件式。若低于该条件式的上限,则会导致胶合面之间的反射率过强,造成镜头的鬼影严重。若高于该条件式的上限,则胶合镜片的折射率相差不大,不利于矫正镜头的轴向色差和倍率色差。
技术效果
为解决现有相机镜头分辨率不够的问题,在镜头中加入了玻璃非球面镜片,显著的提升了解像力和分辨率,无明显暗角,畸变极小和呼吸效应微弱
为解决现有相机镜头有明显暗角的问题,本发明在设计时提升了周边光亮比。即使在光圈全开的时候,周边光亮比也在35%以上,使通过整个镜头的光在画面上呈现得更均匀,有利于电影拍摄时的准确曝光。
为解决现有相机镜头畸变大的问题,本发明优化了镜头的结构和光路,特别地加强了镜头后端群组的对称性,使得畸变极小,TV畸变在1%以下,保证了画面从中心到最周边也不会出现变形和失真。
为解决现有相机镜头呼吸效应明显的问题,本发明采用后群组浮动对焦的方式。当拍摄物体从无限远向近距离变化时,前群固定不动,后群从像方向物方移动进行聚焦。并特别优化光阑与前后镜片的距离至最优位置,做到了镜头从无限远到最近距离聚焦时,画面视场变化在3%以内,以有效减弱呼吸效应。
附图说明
图1是实施例1剖面示意图;
图2是实施例1镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图;
图3是实施例1镜头相对于d线的慧差图;
图4是实施例2剖面示意图;
图5是实施例2镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图;
图6是实施例2镜头相对于d线的慧差图;
图中:第一镜片群G1、第二镜片群G2、第三镜片群G3、光阑STP、第一镜片L1、第二镜片L2、第三胶合镜片L3、第四镜片L4、第五胶合镜片L5、第六镜片L6、第七镜片L7、第八镜片L8、像面IMG、胶合镜片X1、分离镜片X2、X3。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,本实施例包括从物侧到像侧依次设置的第一镜片群G1、第二镜片群G2和第三镜片群G3,其中:第一镜片群G1包括具有负光焦度的第一镜片L1、具有负光焦度的第二镜片L2、具有负光焦度且胶合面凸向像方的第三胶合镜片L3、具有正光焦度的第四镜片L4;第二镜片群G2包括具有正光焦度且胶合面凸向像方的胶合镜片X1;第三镜片群G3包括光阑STP、具有负光焦度且胶合面朝向像物方的第五胶合镜片L5、具有正光焦度的第六镜片L6、具有负光焦度的第七镜片L7和具有正光焦度的第八镜片L8。
具体地,本实施例所述广角可交换镜头的整体焦距EFL=24mm,TNO=1.5(TNO为镜头计算透过率后的光圈值),其中:第二镜片群为胶合镜片,胶合面凸向像方。
本实施例的镜头结构参数具体如下
Figure GDA0002229660190000041
Figure GDA0002229660190000051
本实施例的镜头非球面系数具体如下
Figure GDA0002229660190000052
表3
POS1 POS2
D0 INF 350
FOV 41.96 40.88
从POS1到POS2变化的过程,即为物距从无穷远到最近摄影距离改变的过程。FOV为镜头的半视场角,变化时FOV只变化了2.6%,呼吸效应微弱。
本实施例中光阑到前镜片中心的距离L1=7.95,光阑到后镜片中心的距离L2=5.72,L1-L2=2.23;光学后焦BFL=39.1,整体焦距EFL=24,BFL/EFL=1.62;第一镜片群G1的焦距FG1=61,整体焦距F=24,FG1/F=2.54;
所述的第二镜片群G2的胶合镜片X1靠近物方侧镜片的折射率NDX1=1.66,胶合镜片X1靠近像方侧镜片的折射率NDx2=1.91,NDx1/NDx2=0.86。
实施例2
本实施例所述广角可交换镜头的整体焦距EFL=24mm,TNO=1.55(TNO为镜头计算透过率后的光圈值),其中:第二镜片群G2采用两片分离镜片,整体焦距为正。
本实施例的镜头结构参数具体如下
Figure GDA0002229660190000053
Figure GDA0002229660190000061
实施例3镜头非球面系数具体如下:
Figure GDA0002229660190000062
Figure GDA0002229660190000071
表6
POS1 POS2
D0 INF 350
FOV 41.95 41.04
从POS1到POS2变化的过程,即为物距从无穷远到最近摄影距离改变的过程。FOV为镜头的视场角,变化时,FOV只变化了2.2%,呼吸效应微弱。
本实施例中光阑到前镜片中心的距离L1=7.29,光阑到后镜片中心的距离L2=5.99,L1-L2=1.3;光学后焦BFL=34.67,整体焦距EFL=24,BFL/EFL=1.44;第一镜片群G1的焦距FG1=77,整体焦距F=24,FG1/F=3.21。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种广角可交换镜头,其特征在于,包括从物侧到像侧依次设置的第一镜片群、第二镜片群、包含光阑的第三镜片群,其中:第一镜片群包括具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二非球面镜片、具有负光焦度且胶合面凸向像方的第三胶合镜片、具有正光焦度的第四镜片;第三镜片群包括光阑、具有负光焦度且胶合面凸向物方的第五胶合镜片、具有正光焦度的第六镜片、具有负光焦度的第七镜片和具有正光焦度的第八镜片,第一镜片和第二镜片物侧面为凸面像侧面为凹面,第三胶合镜片物侧面为凹面像侧面为凸面,第四镜片为双凸镜片,第五胶合镜片物侧面为凹面像侧面为凸面,第六镜片为双凸镜片,第七镜片物侧面为凸面像侧面为凹面,第八镜片为双凸镜片;
所述的第二镜片群采用具有正光焦度且胶合面凸向像方的胶合镜片或两片分离镜片;
所述的广角可交换镜头采用后群组联动对焦的方式,即当拍摄物体从无限远向近距离变化时,第一镜片群固定不动,第二镜片群从像方向物方移动进行呼吸效应及像差补偿,第三镜片群从像方向物方移动进行聚焦;
所述的第八镜片为非球面镜片以有效修正视场角过大带来的畸变;
所述的第一镜片群的焦距满足:5<FG1/F<42.5,其中:FG1为该镜头第一镜片群的焦距,F为该镜头整体焦距;
所述的光阑与前后镜片的距离满足:-6<L1-L2<6,其中:L1为光阑到前镜片中心的距离,L2为光阑到后镜片中心的距离;
所述的广角可交换镜头的光学后焦和整体焦距满足:1.3<BFL/EFL<1.8,其中:BFL为该镜头的光学后焦,EFL为该镜头的整体焦距;
所述的第二镜片群的胶合镜片满足:0.9<NDx1/NDx2<50.6,其中:NDx1为胶合镜片靠近物方侧镜片的折射率,NDx2为胶合镜片靠近像方侧镜片的折射率。
2.根据权利要求1所述的广角可交换镜头,其特征是,所述的广角可交换镜头中的非球面镜片的非球面表达为:
Figure FDA0002229660180000011
其中:Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时,距非球面顶点的距离矢高sag;c=1/R,R表示镜面的曲率半径,K为圆锥系数conic,A、B、C、D、E、F为高次非球面系数。
3.根据权利要求1所述的广角可交换镜头,其特征是,所述的第一镜片群中:
第一镜片厚度为2.1,物侧面S1为球面,曲率半径为51.48,折射率为1.91,阿贝数为23.5;第一镜片的像侧面S2为球面,曲率半径为27.27,第一镜片的像侧面S2至第二镜片的物侧面S3的距离为8.68;
第二镜片厚度为3.18,物侧面S3为非球面,曲率半径为204.66,折射率为1.55,阿贝数为58.7;第二镜片的像侧面S4为非球面,曲率半径为41.12,第二镜片的像侧面S4至第三胶合镜片的物侧面S5的距离为12.02;
第三胶合镜片物侧面S5至胶合面S6厚度为4.5,物侧面S5为球面,曲率半径为-33.4,折射率为1.51,阿贝数为80.1;第三胶合镜片的胶合面S6为球面,曲率半径为-96.69,胶合面S6至像侧面S7的距离为5.19,折射率为1.68,阿贝数为28.4;第三胶合镜片的像侧面S7为球面,曲率半径为-52.68,第三胶合镜片的像侧面S7至第四镜片的物侧面S8的距离为0.17;
第四镜片厚度为9.2,物侧面S8为球面,曲率半径为69.5,折射率为1.95,阿贝数为25.3;第四镜片的像侧面S9为球面,曲率半径为-101.67,第四镜片的像侧面S9至胶合镜片的物侧面S10的距离为7.63;
所述的第二镜片群中:
胶合镜片的物侧面S10至胶合面S11的距离为8.31,物侧面S10为球面,曲率半径为-101.51,折射率为1.66,阿贝数为38.8;胶合镜片的胶合面S11为球面,曲率半径为-28.68,胶合面S11至像侧面S12的距离为4.2,折射率为1.91,阿贝数为23.5;胶合镜片的像侧面S12为球面,曲率半径为-53.11,胶合镜片的像侧面S12至光阑的距离为7.95;
所述的第三镜片群中:
光阑为平面,光阑至第五胶合镜片物侧面S14的距离为5.72;
第五胶合镜片物侧面S14至胶合面S15的距离为1.7,物侧面S14为球面,曲率半径为-33.77,折射率为1.68,阿贝数为45.4;第五胶合镜片的胶合面S15为球面,曲率半径为30.83,胶合面S15至像侧面S16的距离为13.69,折射率为1.55,阿贝数为75;第五胶合镜片的像侧面S16为球面,曲率半径为-38.54,第五胶合镜片的像侧面S16至第六镜片的物侧面S17的距离为1.95;
第六镜片厚度为13.02,物侧面S17为球面,曲率半径为42.83,折射率为1.42,阿贝数为93.2;第六镜片的像侧面S18为球面,曲率半径为-45.97,第六镜片的像侧面S18至第七镜片的物侧面S19的距离为0.1;
第七镜片厚度为1.75,物侧面S19为球面,曲率半径为318.21,折射率为1.81,阿贝数为20.7;第七镜片的像侧面S20为球面,曲率半径为58.04,第七镜片的像侧面S20至第八镜片的物侧面S21的距离为2.1;
第八镜片厚度为7.22,物侧面S21为非球面,曲率半径为79.83,折射率为1.63,阿贝数为55.3;第八镜片的像侧面S22为非球面,曲率半径为-59.67,第八镜片的像侧面S22至成像面的距离为39.1;
所述的第二镜片的物侧面S3圆锥系数为0,四阶非球面系数为2.18E-05,六阶非球面系数为-7.62E-06,八阶非球面系数为5.33E-08,十阶非球面系数为-9.14E-11;
所述的第二镜片的像侧面S4圆锥系数为0,四阶非球面系数为1.09E-04,六阶非球面系数为3.15E-05,八阶非球面系数为-2.83E-08,十阶非球面系数为-1.02E-13;
所述的第八镜片的物侧面S21圆锥系数为0,四阶非球面系数为6.60E-05,六阶非球面系数为-1.03E-07,八阶非球面系数为1.71E-10,十阶非球面系数为-5.38E-13;
所述的第八镜片的像侧面S22圆锥系数为0,四阶非球面系数为5.40E-04,六阶非球面系数为3.37E-05,八阶非球面系数为-1.61E-08,十阶非球面系数为-5.75E-13。
4.根据权利要求1所述的广角可交换镜头,其特征是,所述的第一镜片群中:
第一镜片厚度为2.71,物侧面S1为球面,曲率半径为55.14,折射率为1.93,阿贝数为24.74;第一镜片的像侧面S2为球面,曲率半径为29.58,第一镜片的像侧面S2至第二镜片的物侧面S3的距离为7.85;
第二镜片厚度为3.44,物侧面S3为非球面,曲率半径为206.82,折射率为1.59,阿贝数为60.02;第二镜片的像侧面S4为非球面,曲率半径为45.71,第二镜片的像侧面S4至第三胶合镜片的物侧面S5的距离为15.05;
第三胶合镜片的物侧面S5至胶合面S6的距离为4.38,物侧面S5为球面,曲率半径为-28.65,折射率为1.76,阿贝数为84.3;第三胶合镜片的胶合面S6为球面,曲率半径为-95.75,胶合面S6至像侧面S7的距离为5.43,折射率为1.88,阿贝数为31.62;第三胶合镜片的像侧面S7为球面,曲率半径为-48.33,第三胶合镜片的像侧面S7至第四镜片的物侧面S8的距离为0.44;
第四镜片厚度为9.15,物侧面S8为球面,曲率半径为70.03,折射率为2.04,阿贝数为30.28;第四镜片的像侧面S9为球面,曲率半径为-99.95,第四镜片的像侧面S9至第一分离镜片的物侧面S10的距离为9.11;
所述的第二镜片群中:
第一分离镜片厚度为8.7,物侧面S10为球面,曲率半径为-97.75,折射率为1.68,阿贝数为41.89;第一分离镜片的像侧面S11为球面,曲率半径为-25.66,第一分离镜片的像侧面S11至第二分离镜片的物侧面S12的距离为1.48;
第二分离镜片厚度为4.41,物侧面S12为球面,曲率半径为-27.79,折射率为1.95,阿贝数为26.04;第二分离镜片的像侧面S13为球面,曲率半径为-50.5,第二分离镜片的像侧面S13至光阑的距离为7.29;
所述的第三镜片群中:
光阑为平面,光阑至第五胶合镜片的物侧面S15的距离为5.99;
第五胶合镜片物侧面S15至胶合面S16的距离为1.93,物侧面S15为球面,曲率半径为-31.04,折射率为1.74,阿贝数为45.76;第五胶合镜片的胶合面S16为球面,曲率半径为32.36,胶合面S16至像侧面S17的距离为13.95,折射率为1.75,阿贝数为77.39;第五胶合镜片的像侧面S17为球面,曲率半径为-36.56,第五胶合镜片的像侧面S17至第六镜片的物侧面S18的距离为2.27;
第六镜片厚度为13.32,物侧面S18为球面,曲率半径为47.42,折射率为1.65,阿贝数为94.58;第六镜片的像侧面S19为球面,曲率半径为-41.42,第六镜片的像侧面S19至第七镜片的物侧面S20的距离为0.46;
第七镜片的物侧面S20为球面,曲率半径为320.56,物侧面的距离为1.9,折射率为1.89,阿贝数为22.63;第七镜片的像侧面S21为球面,曲率半径为61.08,第七镜片的像侧面S21至第八镜片的物侧面S22的距离为2.47;
第八镜片厚度为7.67,物侧面S22为球面,曲率半径为78.52,折射率为1.7,阿贝数为59.02;第八镜片的像侧面S23为球面,曲率半径为-58.36,第八镜片的像侧面S23至成像面的距离为34.67;
所述的第二镜片的物侧面S3圆锥系数为0,四阶非球面系数为3.25E-04,六阶非球面系数为-5.87E-06,八阶非球面系数为-1.75E-07,十阶非球面系数为6.22E-10;
所述的第二镜片的像侧面S4圆锥系数为0,四阶非球面系数为2.14E-04,六阶非球面系数为-6.93E-05,八阶非球面系数为-4.41E-08,十阶非球面系数为-1.32E-11。
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