CN114442290A - 一种全画幅单反镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全画幅单反镜头，包括沿光轴由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、可变光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；其中，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜、所述第五透镜和所述第七透镜为具有负光焦度的透镜。所述第一透镜为非球面透镜；所述第二透镜为弯月透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凸透镜；所述第五透镜为双凹透镜；所述第六透镜为月牙透镜；所述第七透镜为弯月透镜。本发明只需要7片镜片(包括一个非球面镜片)，即可达到同等的成像指标，并且极大的压缩了镜头的光学总长，便于携带。

Description

一种全画幅单反镜头
技术领域
本发明涉及一种全画幅单反镜头，属于光学成像技术领域。
背景技术
焦距35mm孔径F/1.8的全画幅单反镜头通常用于拍摄人物与风景的肖像，特别适合旅游摄影，是摄影中最常用的单反镜头之一。但是目前市场上，这款单反镜头大多采用9片以上的镜片，而且至少采用了两个非球面，导致镜头的尺寸很大携带不便，而且产品成本较高。
现有技术中焦距35mm孔径F/1.8的全画幅单反镜头，需要采用10片镜片包括两个非球面镜片，例如腾龙的F012(35mm F/1.8)以及三洋的AF 35mm F/1.8。其中腾龙的单反光学总长大于80mm，三洋单反的光学总长大于63mm。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种全画幅单反镜头，该镜头只需要7片镜片(包括一个非球面镜片)，即可达到同等的成像指标，并且极大的压缩了镜头的光学总长，便于携带。
本发明的技术方案如下：
一种全画幅单反镜头，包括沿光轴由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、可变光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；其中，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜、所述第五透镜和所述第七透镜为具有负光焦度的透镜。
在至少一种实施方式中，所述第一透镜为非球面透镜；所述第二透镜为弯月透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凸透镜；所述第五透镜为双凹透镜；所述第六透镜为月牙透镜；所述第七透镜为弯月透镜。
在至少一种实施方式中，所述第四透镜和所述第五透镜胶合形成双胶合透镜。
在至少一种实施方式中，所述第一透镜靠近像方的一面为非球面。
在至少一种实施方式中，所述第一透镜和所述第二透镜的组合系统满足：
|ΦAB|≤0.015mm-1；
其中，ΦAB为所述第一透镜和所述第二透镜的组合系统的光焦度。
在至少一种实施方式中，所述第三透镜满足：
Figure BDA0003508988700000011
其中，fC为所述第三透镜的光学焦距，dC为所述第三透镜的通光孔径。
在至少一种实施方式中，所述双胶合透镜满足：
nD≥1.85；
vE≤30.0；
其中，nD为所述第四透镜的介质的折射率，vE为所述第五透镜的介质的色散系数。
在至少一种实施方式中，所述第六透镜满足：
nF≥1.85；
vF≥35.0；
其中，nF为所述第六透镜的介质的折射率，vF为所述第六透镜的介质的色散系数。
所述第七透镜满足：
-70mm≤fG≤-30mm；
vG≥40.0；
其中，fG为所述第七透镜的光学焦距，vG为所述第七透镜的介质的色散系数。
在至少一种实施方式中，所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统满足：
|ΦFG|≤0.001mm-1；
其中，ΦFG为所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统的光焦度。
本发明具有如下有益效果：
1.该镜头的结构尺寸优于现有技术，使用镜片数量和非球面数量少于现有技术中公开的方案，成像性能与当前流行的指标一致。在成像性能满足需求的情况下，降低了镜头的生产成本和难度。同时，光学系统的长度缩短，便于携带。
2.该镜头30lp/mm在中心视场的传函约为0.7，30lp/mm在0.7视场的传函约为0.5，30lp/mm在整个视场传函都大于0.2，满足摄影分辨率需求。
3.单反镜头主要用于室外摄影，阳光(紫外线)容易直接进入镜头，因此需要严格要求全画幅单反镜头的垂轴色差(Lateral Color)，对于波长0.45um至0.68um的波长范围，通常需要小于0.02mm，否则容易出现紫边。该镜头在整个视场范围内，垂轴色差满足小于0.02mm的技术要求。
4.全画幅单反相机芯片的对角像高为21.6mm，对于焦距为35mm的镜头，其视场角为31.68°，对于成像这是一个非常大的角度，它会限制系统的畸变和相对照度。通常摄影镜头的畸变要小于2％，使拍摄出来的照片没有明显的形变。该镜头全视场的畸变都小于1％，满足摄影需求。
5.当成像镜头的相对照度小于25％时，拍摄的照片会出现暗角，该镜头全视场照度大于30％，满足摄影需求。
附图说明
图1为本发明实施例六的光学系统示意图。
图2为本发明实施例六在30lp/mm下的调制传递函数图。
图3为本发明实施例六在0.45um-0.65um波长范围内的垂轴色差图。
图4为本发明实施例六的畸变图。
图5为本发明实施例六的相对照度图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
一种全画幅单反镜头，包括沿光轴由物方到像方依次设置的第一透镜A、第二透镜B、第三透镜C、可变光阑S、第四透镜D、第五透镜E、第六透镜F和第七透镜G；其中，所述第三透镜C、所述第四透镜D和所述第六透镜F为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜B、所述第五透镜E和所述第七透镜G为具有负光焦度的透镜。所述可变光阑用于控制光通量。
在本发明的一种实施方式中，所述第一透镜A为非球面透镜；所述第二透镜B为弯月透镜；所述第三透镜C为双凸透镜；所述第四透镜D为双凸透镜；所述第五透镜E为双凹透镜；所述第六透镜F为月牙透镜；所述第七透镜G为弯月透镜。
在本发明的一种实施方式中，所述第四透镜D和所述第五透镜E胶合形成双胶合透镜。
实施例二
一种全画幅单反镜头，在实施例一的基础上，所述第一透镜A和所述第二透镜B的组合系统满足：
|ΦAB|≤0.015mm-1；
其中，ΦAB为所述第一透镜A和所述第二透镜B的组合系统的光焦度。
所述第一透镜A和所述第二透镜B的主要功能是引入负球差。为了减小整个镜头的光学系统长度，所述第一透镜A和所述第二透镜B的组合系统的组合光焦度需要很小，可以通过引入至少一个非球面实现。
在本发明的一种实施方式中，所述第一透镜A靠近像方的一面为非球面。
实施例三
一种全画幅单反镜头，在实施二的基础上，所述第三透镜C满足：
Figure BDA0003508988700000031
其中，fC为所述第三透镜C的光学焦距，dC为所述第三透镜C的通光孔径。
所述第三透镜C的主要功能是对光线进行聚焦，所述第三透镜C的f/d数值越小，越有助于减小整个镜头的光学系统长度。
在本发明一种实施方式中，所述双胶合透镜满足：
nD≥1.85；
vE≤30.0；
其中，nD为所述第四透镜的介质的折射率，vE为所述第五透镜的介质的色散系数。
所述第三透镜C的f/d数值越小，产生的像差也越大。所述第四透镜D和所述第五透镜E的主要功能是校正色差，因此所述第四透镜D需要采用高折射率的介质，所述第五透镜E需要采用小色散系数(色散系数越小，色散能力越大)的介质。
实施例四
一种全画幅单反镜头，在实施三的基础上，所述第六透镜满足：
nF≥1.85；
vF≥35.0；
其中，nF为所述第六透镜的介质的折射率，vF为所述第六透镜的介质的色散系数。
所述第七透镜满足：
-70mm≤fG≤-30mm；
vG≥40.0；
其中，fG为所述第七透镜的光学焦距，vG为所述第七透镜的介质的色散系数。
所述第六透镜F和所述第七透镜G的主要功能是校正场曲，为了达到最好的校正效果，同时尽量少的引入其他像差，尤其是色差，所述第六透镜F需要采用高折射率和高色散系数的介质。所述第七透镜G采用高色散系数的介质。
实施例五
一种全画幅单反镜头，在实施四的基础上，所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统满足：
|ΦFG|≤0.001mm-1；
其中，ΦFG为所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统的光焦度。
实施例六
参考图1-5，其中图1为本实施例光学系统示意图，一种全画幅单反镜头，在实施例一的基础上，如表1，是该单反镜头各个镜片的具体参数。
表1
Figure BDA0003508988700000051
其中，第二个表面(即所述第一透镜A靠近像方的一面)为非球面，非球面的矢高z与口径y的关系如下：
Figure BDA0003508988700000052
其中，c＝1/r。
本实施例中，非球面的各项系数如表2所示。
表2
Figure BDA0003508988700000053
其中，r为表面半径，k为圆锥系数，A4为四次非球面系数，A6为六次非球面系数，A8为八次非球面系数，A10为十次非球面系数。
在本实施例中，所述第一透镜A和所述第二透镜B的空气间隔为8.04mm，所述第二透镜B和所述第三透镜C的空气间隔为0.1mm，所述第三透镜C和所述可变光阑S的空气间隔为0.1mm，所述可变光阑S和所述第四透镜D的空气间隔为2.48mm，所述第五透镜E和所述第六透镜F的空气间隔为7.86mm，所述第六透镜F和所述第七透镜G的空气间隔为3.44mm。
整个系统将光线聚焦至像面I，所述第七透镜G和所述像面I的空气距离为14mm。
本实施例中镜头的光学焦距为35mm，光学系统的总长为55mm。
所述第一透镜A和所述第二透镜B的组合系统的光焦度为ΦAB＝0.012mm-1；所述第三透镜C满足
Figure BDA0003508988700000061
所述第四透镜D的折射率nD＝1.88，所述第五透镜E的色散系数vE＝27.8；所述第六透镜F的折射率nF＝1.88，色散系数vF＝40.8；所述第七透镜G的焦距fG＝-52.95mm，色散系数vG＝41.51；所述第六透镜F和所述第七透镜G的组合系统的光焦距ΦFG＝0.00038mm-1。
采用光线追击软件，根据以上镜片参数，可以计算出系统的传递函数(MTF)随像高视场(Field)的变化。如图2所示，X-MTF30表示30lp/mm弧矢视场的MTF随视场的变化，Y-MTF30表示30lp/mm子午视场的MTF随视场的变化。由图2，可以看出30lp/mm在中心视场的传函约为0.7，30lp/mm在0.7视场的传函约为0.5，30lp/mm在整个视场传函都大于0.2，满足摄影分辨率需求。
单反镜头主要用于室外摄影，阳光(紫外线)容易直接进入镜头，因此需要严格要求全画幅单反镜头的垂轴色差(Lateral Color)，对于波长0.45um至0.68um的波长范围，通常需要小于0.02mm，否则容易出现紫边。如图3所示，在整个视场范围内，垂轴色差满足小于0.02mm的技术要求。
全画幅单反相机芯片的对角像高为21.6mm，对于焦距为35mm的镜头，其视场角为31.68°，对于成像这是一个非常大的角度，它会限制系统的畸变和相对照度。通常摄影镜头的畸变要小于2％，使拍摄出来的照片没有明显的形变。根据本实施例的镜片参数，可以求得图4的畸变，可以看出全视场的畸变都小于1％，满足摄影需求。当成像镜头的相对照度小于25％时，拍摄的照片会出现暗角，如图5所示，是本实施例的相对照度，可以看出全视场照度大于30％，满足摄影需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种全画幅单反镜头，其特征在于，包括沿光轴由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、可变光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；其中，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜、所述第五透镜和所述第七透镜为具有负光焦度的透镜。
2.根据权利要求1所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第一透镜为非球面透镜；所述第二透镜为弯月透镜；所述第三透镜为双凸透镜；所述第四透镜为双凸透镜；所述第五透镜为双凹透镜；所述第六透镜为月牙透镜；所述第七透镜为弯月透镜。
3.根据权利要求2所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜胶合形成双胶合透镜。
4.根据权利要求2所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第一透镜靠近像方的一面为非球面。
5.根据权利要求4所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的组合系统满足：
|ΦAB|≤0.015mm-1；
其中，ΦAB为所述第一透镜和所述第二透镜的组合系统的光焦度。
6.根据权利要求5所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第三透镜满足：
Figure FDA0003508988690000011
其中，fC为所述第三透镜的光学焦距，dC为所述第三透镜的通光孔径。
7.根据权利要求6所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述双胶合透镜满足：
nD≥1.85；
vE≤30.0；
其中，nD为所述第四透镜的介质的折射率，vE为所述第五透镜的介质的色散系数。
8.根据权利要求7所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第六透镜满足：
nF≥1.85；
vF≥35.0；
其中，nF为所述第六透镜的介质的折射率，vF为所述第六透镜的介质的色散系数。
所述第七透镜满足：
-70mm≤fG≤-30mm；
vG≥40.0；
其中，fG为所述第七透镜的光学焦距，vG为所述第七透镜的介质的色散系数。
9.根据权利要求8所述全画幅单反镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统满足：
|ΦFG|≤0.001mm-1；
其中，ΦFG为所述第六透镜和所述第七透镜的组合系统的光焦度。
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