CN110456482B - 超广角可交换式定焦镜头 - Google Patents

超广角可交换式定焦镜头 Download PDF

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Abstract

一种超广角可交换式定焦镜头，从物侧到像侧依次包括：第一透镜群、第二透镜群和第三透镜群，其中：第一透镜群固定设置，第二透镜群和第三透镜群从像方向物方移动进行浮动聚焦。本发明加入玻璃非球面镜片，提升了镜头的解像力和分辨率，达到专业级8K分辨率摄像机的使用需求；提升周边光亮比，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；优化镜头结构和光路，特别加强了镜头后端群组的对称性，使得TV畸变在1％以下，保证了画面从中心到周边不会出现变形和失真；采用后群组浮动对焦的方式，同时优化光阑前后镜片的距离，使画面视场变化在1％以内，改善相机镜头呼吸效应明显的问题。

Description

超广角可交换式定焦镜头
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种水平角度能够达到100°的超广角可交换式定焦镜头。
背景技术
电影镜头由于需求，其性能指标上要求包括：1、分辨率：达到6K或者8K；2、无暗角：相机镜头的光学设计未考虑视频及电影拍摄需求，往往对暗角的要求不高，因此暗角较为明显，无法满足视频及电影拍摄的使用要求；3、无畸变：由于银幕尺寸如发生畸变易造成观影者产生眩晕感的原因，电影镜头绝对不能出现类似相机镜头的畸变；4、无呼吸效应明显：电影画面内进行追焦或在不同主体之间移焦的拍摄手法对抑制呼吸效应有较高要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种超广角可交换式定焦镜头，能够匹配全画幅及super35画幅的8K分辨率摄像机，达到电影拍摄需求，且成本低廉。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从物侧到像侧依次包括：第一透镜群、第二透镜群和第三透镜群，其中：第一透镜群固定设置，第二透镜群和第三透镜群从像方向物方移动进行浮动聚焦。
所述的第一透镜群依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，其中：第四透镜为胶合透镜。
所述的第二透镜群依次包括：具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜，其中：第六透镜为胶合透镜。
所述的第三透镜群依次包括：具有负光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜，其中：第十一透镜为胶合透镜。
所述的第二透镜群具有至少一枚胶合透镜。
所述的第六透镜和第七透镜之间设有光阑。
所述的光阑满足：0.3<|S1/S2|<0.8，其中：S1为光阑距离光阑前透镜的距离，S2为光阑距离光阑后透镜的距离。
所述的镜头满足：0.3<EFL/BFL<0.5，其中：EFL为镜头的整体焦距，BFL为镜头的光学后焦。
所述的第一透镜群满足：3<FG1/F<5，其中：FG1为第一透镜群的焦距，F为镜头整体的焦距。
所述的第十透镜的折射率的范围为(1.45,1.65)。
技术效果
与现有技术相比，本发明加入玻璃非球面镜片，显著提升了镜头的解像力和分辨率，达到专业级8K分辨率摄像机的使用需求；提升周边光亮比，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；优化镜头结构和光路，特别加强了镜头后端群组的对称性，使得TV畸变在1％以下，保证了画面从中心到周边不会出现变形和失真；采用后群组浮动对焦的方式，同时优化光阑前后镜片的距离，使画面视场变化在1％以内，改善相机镜头呼吸效应明显的问题。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的相对于d线的各像差图；
图3为实施例1的MTF图；
图4为实施例2的结构示意图；
图5为实施例2的相对于d线的各像差图；
图6为实施例2的MTF图；
图中：第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3、光阑STP、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、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括：第一透镜群G1、第二透镜群G2和第三透镜群G3，其中：第一透镜群G1固定设置，第二透镜群G2和第三透镜群G3从像方向物方移动进行浮动聚焦以有效减弱呼吸效应。
所述的第一透镜群G1依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、具有负光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4和具有正光焦度的第五透镜L5，其中：第四透镜L4为胶合透镜。
所述的第二透镜群G2依次包括：具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7和具有正光焦度的第八透镜L8，其中：第六透镜L6为胶合透镜。
所述的第三透镜群G3依次包括：具有负光焦度的第九透镜L9、具有正光焦度的第十透镜L10和具有正光焦度的第十一透镜L11，其中：第十一透镜L11为胶合透镜。
本实施例镜头的整体焦距EFL＝15.0，镜头计算透过率后的光圈值TNO＝2.2，各透镜参数如下表所示：
表1实施例1镜头透镜的结构参数
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 D0
1 球面 85.98 2.60 1.75 55.2
2 球面 26.05 5.00
3 非球面 33.48 2.00 1.58 59.3
4 非球面 12.54 13.65
5 非球面 -197.08 2.74 1.85 41.5
6 非球面 112.80 2.39
7 球面 134.32 3.64 1.93 20.5
8 球面 27.21 10.21 1.90 31.2
9 球面 327.55 0.10
10 球面 58.88 8.04 1.80 25.5
11 球面 -43.74 D1
12 球面 140.87 3.00 1.90 37.4
13 球面 18.67 7.62 1.59 35.5
14 球面 -44.89 2.50
光阑 球面 INF 3.83
16 球面 -28.00 2.60 1.90 37.4
17 球面 364.22 0.17
18 球面 71.83 7.35 1.54 45.6
19 球面 -19.72 D2
20 非球面 -56.75 2.60 1.81 40.9
21 非球面 194.31 0.10
22 球面 50.48 9.97 1.50 75.5
23 球面 -23.54 0.10
24 球面 107.60 2.60 1.87 41.2
25 球面 28.62 14.58 1.45 81.5
26 球面 -27.05 D3
像面 -
其中：第四透镜L4、第六透镜L6和第十一透镜L11为胶合透镜，其各自第一镜片的后表面为第二镜片的前表面。
表2实施例1物距与摄像距离的改变过程
POS1 POS2
D0 INF 140
D1 10.32 1.51
D2 1.43 9.55
D3 38.51 39.30
FOV 109.1 109.6
其中：POS1到POS2变化过程，即为物距从无穷远到最近摄像距离改变的过程；FOV为镜头的视场角。从表上数据得出FOV的变化仅为0.5％，呼吸效应极小。
表3实施例1镜头的非球面系数
面编号 K A(4th) B(6th) C(8th) D(10th)
3 -1 2.5E-007 -1.1E-006 3.2E-010 -2.6E-009
4 0 6.65E-005 3.01E-006 -1.84E-007 -3.37E-010
5 0 -7.25E-007 5.23E-005 2.31E-010 -3.17E-009
6 0 7.59E-008 4.17E-006 -1.38E-007 -3.69E-009
20 2.367 1.44E-006 -4.33E-007 3.17E-008 -5.13E-008
21 1.15 2.56E-004 -7.14E-005 -1.85E-008 -8.16E-009
所述的光阑STP距离光阑前透镜的距离S1与光阑STP距离光阑后透镜的距离S2的比值的绝对值为|S1/S2|＝0.65，满足关系式0.3<|S1/S2|<0.8，使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，当低于关系式下限会导致光阑STP前方透镜的口径过大，进而使镜头光圈直径和整体外径增大，成本上升；当高于关系式上限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。
所述的镜头整体焦距EFL与镜头光学后焦BFL的比值为EFL/BFL＝0.39，满足：0.3<EFL/BFL<0.5，当高于该关系式的上限，则会导致镜头后焦过长，使第二透镜群G2需要具有更高的光焦度去调整因调焦引起的球面像差和周边慧差以及色差的变动，导致光学性能急剧恶化，达不到8k的分辨率；当低于该关系式的下限，则会导致镜头的后焦过短，使镜头不适用于市面上的电影摄影机，实用性变差。
所述的第一透镜群G1的焦距FG1与镜头整体的焦距F的比值为FG1/F＝4.6，满足：3<FG1/F<5，当低于该关系式的下限，则会导致第一透镜群G1光焦度分布过多，进而导致第二透镜群G2和第三透镜群G3光焦度过低，使得第二透镜群G2和第三透镜群G3的透镜口径增大，整体重量增多，不利于镜头在执行因为物距改变的对焦过程；当高于该关系式的上限，则导致第一透镜群G1光焦度过弱，使得镜头整体口径过大，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，还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。
所述的第十透镜L10的折射率为1.50，满足第十透镜L10的折射率范围在(1.45,1.65)的条件，当低于该条件式的下限，则该透镜的折射率过低，不利于矫正镜头的轴向色差和倍率色差，同时难以补偿第三透镜群G3形成的球面像差；当高于该条件式的上限，则会导致第三透镜群G3形成的球面像差补正过头，使镜头性能降低。
如图2所示，为587nm时的球差、场曲、像散与畸变曲线。
如图3所示，为587nm时的慧差曲线。
实施例2
如图4所示，与实施例1相比，本实施例各透镜参数如下表所示。
表4实施例2镜头透镜的结构参数
Figure GDA0002611148160000051
Figure GDA0002611148160000061
其中：第四透镜L4、第六透镜L6和第十一透镜L11为胶合透镜，其各自第一镜片的后表面为第二镜片的前表面。
表5实施例2物距与摄像距离的改变过程
POS1 POS2
D0 INF 140
D1 10.21 1.55
D2 1.96 9.45
D3 38.53 39.50
FOV 109.0 109.7
其中：FOV的变化仅为0.6％，呼吸效应极小。
表6实施例2镜头的非球面系数
面编号 K A(4th) B(6th) C(8th) D(10th)
3 0 3.43E-006 -1.74E-006 2.82E-009 -7.41E-009
4 0 6.12E-006 2.71E-006 -2.87E-007 -6.57E-010
5 0 -4.75E-007 4.28E-006 2.31E-011 -5.17E-009
6 0 4.89E-008 2.77E-006 -5.68E-007 -4.62E-009
20 0 4.47E-005 -7.35E-006 2.57E-010 -7.25E-008
21 0 4.86E-005 -7.34E-007 -2.45E-008 -6.16E-009
所述的光阑STP距离光阑前透镜的距离S1与光阑STP距离光阑后透镜的距离S2的比值的绝对值为|S1/S2|＝0.71，满足关系式0.3<|S1/S2|<0.8。
所述的镜头整体焦距EFL与镜头光学后焦BFL的比值为EFL/BFL＝0.39，满足：0.3<EFL/BFL<0.5。
所述的第一透镜群G1的焦距FG1与镜头整体的焦距F的比值为FG1/F＝3.3，满足：3<FG1/F<5。
所述的第十透镜L10的折射率为1.50，满足第十透镜L10的折射率范围在(1.45,1.65)的条件。
如图5所示，为587nm时的球差、场曲、像散与畸变曲线。
如图6所示，为587nm时的慧差曲线。
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 (1)

1.一种超广角可交换式定焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：第一透镜群、第二透镜群和第三透镜群，其中：第一透镜群依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，第二透镜群依次包括：具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜，第三透镜群依次包括：具有负光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜，第一透镜群固定设置，第二透镜群和第三透镜群从像方向物方移动进行浮动聚焦；
所述的第二透镜群具有至少一枚胶合透镜；
所述的第四透镜为胶合透镜；
所述的第六透镜为胶合透镜；
所述的第十一透镜为胶合透镜；
所述的第六透镜和第七透镜之间设有光阑；
所述的第一透镜群具有至少一枚非球面透镜以提升镜头的解像力；
所述的光阑满足：0.3<|S1/S2|<0.8，其中：S1为光阑距离光阑前透镜的距离，S2为光阑距离光阑后透镜的距离；
所述的镜头满足：0.3<EFL/BFL<0.5，其中：EFL为镜头的整体焦距，BFL为镜头的光学后焦；
所述的第一透镜群满足：3<FG1/F<5，其中：FG1为第一透镜群的焦距，F为镜头整体的焦距；
所述的第十透镜的折射率的范围为(1.45,1.65)。
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