CN114660787B - 一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统 - Google Patents
一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，沿光轴方向由物侧到像侧依次包括第一透镜组，为固定镜片组，包括具有正屈光力的第一透镜，具有正屈光力的第二透镜，以及具有负屈光力的第三透镜；以及第二透镜组，为调焦镜片组，调焦时沿着光轴移动，包括具有负屈光力的第四透镜，具有正屈光力的第五透镜，以及具有正屈光力的第六透镜；本发明主要针对短法兰距全画幅机身进行设计，既满足了体积的缩小，结合古典结构设计和针对现在高密度数字传感器的现代计算机辅助设计，又使得光学系统具有优异的光学特性，能够满足最优的成像标准，实现在全画幅相机和摄影机上出色的成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域，特别涉及一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统。
背景技术
法兰距，即法兰焦距，是安装法兰到入射镜头平行光的汇聚点之间的距离，传统的单反相机中有五棱镜的存在，使得单反相机机身和镜头体积很大不便于携带，因而各大厂商都在推出了短法兰距的机身，进而需研制与之配合使用的光学系统；基于像场36cm*24cm全画幅数字传感器短法兰距设计的相机，本发明研制了一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，以解决传统光学系统仅适用于长法兰距的相机机身，进而导致相机体积过大不易携带的问题。
本发明的技术方案是：一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，沿光轴方向由物侧到像侧依次包括：
第一透镜组，为固定镜片组，包括具有正屈光力的第一透镜，具有正屈光力的第二透镜，以及具有负屈光力的第三透镜；
以及第二透镜组，为调焦镜片组，调焦时沿着光轴移动，包括具有负屈光力的第四透镜，具有正屈光力的第五透镜，以及具有正屈光力的第六透镜；
所述第一透镜组中，第一透镜、第二透镜及第三透镜的折射率及色散度满足的关系为：
nd1/nd2＞1，
0.9＜nd3/nd1＜1，
V1＞V2＞V3，
且V1/V2＞1.1，V2/V3＞1.4；
其中，nd1、nd2、nd3分别为第一透镜、第二透镜及第三透镜对应的折射率；V1、V2、V3分别为第一透镜、第二透镜及第三透镜对应的色散度；
所述第二透镜组中，第四透镜、第五透镜及第六透镜的折射率及色散度满足的关系为：
0.88＜nd5/nd6＜nd5/nd4＜0.96，
V5＞V6＞V4，
且V5/V6＞1.1，V6/V4＞2.5；
其中，nd4、nd5、nd6分别为第四透镜、第五透镜及第六透镜对应的折射率；V4、V5、V6分别为第四透镜、第五透镜及第六透镜对应的色散度。
优选的，所述第一透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1.5＜（R1+R2）/|R1-R2|＜3，
其中：R1为第一透镜、第二透镜及第三透镜偏向物侧的曲率半径，R2为第一透镜、第二透镜及第三透镜偏向像侧的曲率半径；
所述第二透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1＜（R3+R4）/|R3-R4|＜7，
其中：R3为第四透镜、第五透镜及第六透镜偏向物侧的曲率半径，R4为第四透镜、第五透镜及第六透镜偏向像侧的曲率半径。
优选的，所述第一透镜的折射率nd1的范围为1.82＜nd1＜1.89；
所述第五透镜的折射率nd5的范围为1.75＜nd5＜1.85。
优选的，所述第一透镜的色散系数V1的范围为44.32＜V1＜48.79，
所述第二透镜的色散系数V2的范围为38.89＜V2＜42.98，
所述第三透镜的色散系数V3的范围为26.37＜V3＜29.14，
所述第四透镜的色散系数V4的范围为17.04＜V4＜18.83，
所述第五透镜的色散系数V5的范围为49.70＜V5＜54.93，
所述第六透镜的色散系数V6的范围为44.32＜V1＜48.79。
优选的，所述第一透镜沿光轴的中心厚度为3.2mm±5%，所述第二透镜沿光轴的中心厚度为3.9mm±5%，所述第三透镜沿光轴的中心厚度为0.8mm±5%，所述第四透镜沿光轴的中心厚度为1.0mm±5%，所述第五透镜沿光轴的中心厚度为3.8mm±5%，所述第六透镜沿光轴的中心厚度为3.6mm±5%。
优选的，所述第一透镜与第二透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，所述第二透镜与第三透镜之间沿光轴方向的空气间隔为3.8～1.2mm，所述第三透镜与第四透镜之间沿光轴方向的空气间隔为12.3～9.5mm，所述第四透镜与第五透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，所述第五透镜与第六透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明主要针对短法兰距全画幅机身进行设计，既满足了体积的缩小，结合古典结构设计和针对现在高密度数字传感器的现代计算机辅助设计，又使得光学系统具有优异的光学特性，能够满足最优的成像标准，实现在全画幅相机和摄影机上出色的成像效果。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统的结构示意图；
图2-4为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统24mm焦距镜头，光圈值f分别为2.4、4、5.6对应的MTF曲线图；
图5-7为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统35mm焦距镜头，光圈值f分别为2.4、4、5.6对应的MTF曲线图；
图8-10为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统50mm焦距镜头，光圈值f分别为2.4、4、5.6对应的MTF曲线图；
图11-13为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统75mm焦距镜头，光圈值f分别为2.4、4、5.6对应的MTF曲线图；
图14-16为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统90mm焦距镜头，光圈值f分别为2.4、4、5.6对应的MTF曲线图；
图17为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统的场曲图；
图18为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统的畸变图；
图19为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统的相对照度曲线；
图20为为本发明所述的一种针对短法兰距无反光镜相机摄影机设计的全画幅光学系统的照度曲线。
其中：1、第一透镜组；
11、第一透镜，12、第二透镜，13、第三透镜；
2、第二透镜组；
21、第四透镜，22、第五透镜，23、第六透镜。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
如图1所示，一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，沿光轴方向由物侧到像侧依次包括：
第一透镜组1，为固定镜片组，包括具有正屈光力的第一透镜11，具有正屈光力的第二透镜12，以及具有负屈光力的第三透镜13；
以及第二透镜组2，为调焦镜片组，调焦时沿着光轴移动，包括具有负屈光力的第四透镜21，具有正屈光力的第五透镜22，以及具有正屈光力的第六透镜23。
针对光学系统的材料规格，重要的参数条件包括折射率及色散度，各透镜之间的折射率与色散度满足的关系为：
nd1/nd2＞1，
0.9＜nd3/nd1＜1，
0.88＜nd5/nd6＜nd5/nd4＜0.96，
其中，ndi分别为各透镜的折射率，i=1，2，3，4，5，6；
V1＞V2＞V3，
V1/V2＞1.1，V2/V3＞1.4，
V5＞V6＞V4，
且V5/V6＞1.1，V6/V4＞2.5；
其中，Vi分别为各透镜的色散度，i=1，2，3，4，5，6；
其依次可选取的范围为如下：
| 透镜i | 折射率ndi | 色散度Vi |
| 1 | [1.82,1.89] | [44.32，48.79] |
| 2 | [1.81,1.87] | [38.89，42.98] |
| 3 | [1.73,1.81] | [26.37，29.14] |
| 4 | [1.91,1.98] | [17.04，18.83] |
| 5 | [1.75,1.85] | [49.70，54.93] |
| 6 | [1.92,1.98] | [44.32，48.79] |
针对光学系统的生产规格，重要的参数条件包括物侧曲率半径、像侧曲率半径、中心厚度、空气间隔。
在第一透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1.5＜（R1+R1’）/|R1-R1’|＜3,
1.5＜（R2+R2’）/|R2-R2’|＜3,
1.5＜（R3+R3’）/|R3-R3’|＜3,
其中：R1为第一透镜偏向物侧的曲率半径，R1’为第一透镜偏向像侧的曲率半径；
R2为第二透镜偏向物侧的曲率半径，R2’为第二透镜偏向像侧的曲率半径；
R3为第三透镜偏向物侧的曲率半径，R3’为第三透镜偏向像侧的曲率半径；
在第二透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1＜（R4+R4’）/|R4-R4’|＜7，
1＜（R5+R5’）/|R5-R5’|＜7，
1＜（R6+R6’）/|R6-R6’|＜7，
其中：R4为第四透镜偏向物侧的曲率半径，R4’为第四透镜偏向像侧的曲率半径；
R5为第五透镜偏向物侧的曲率半径，R5’为第五透镜偏向像侧的曲率半径；
R6为第六透镜偏向物侧的曲率半径，R6’为第六透镜偏向像侧的曲率半径；
具体的参数选取范围如下：
| 透镜i | 物侧曲率半径R(mm) | 像侧曲率半径R’(mm) |
| 1 | [48.86,54.12] | [162.78,179.90] |
| 2 | [162.78,179.90] | [26.73,29.53] |
| 3 | [23.00,25.41] | [9.89，10.93] |
| 4 | [7.90，8.72] | [10.98，12.12] |
| 5 | [20.84，23.02] | [11.81，13.06] |
| 6 | [621.72，687.16] | [32.98，36.44] |
关于中心厚度，第一透镜沿光轴的中心厚度为3.2mm±5%，所述第二透镜沿光轴的中心厚度为3.9mm±5%，所述第三透镜沿光轴的中心厚度为0.8mm±5%，所述第四透镜沿光轴的中心厚度为1.0mm±5%，所述第五透镜沿光轴的中心厚度为3.8mm±5%，所述第六透镜沿光轴的中心厚度为3.6mm±5%。
关于空气间隔，第一透镜与第二透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，第二透镜与第三透镜之间沿光轴方向的空气间隔为3.8～1.2mm，第三透镜与第四透镜之间沿光轴方向的空气间隔为12.3～9.5mm，第四透镜与第五透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，第五透镜与第六透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm。
本实施例中，针对各透镜，选取的参数规格如下（其中，空气间隔指与上一透镜之间在光轴方向的间隔）：
| 透镜i | 折射率ndi | 色散度Vi | 物侧曲率半径R（mm） | 像侧曲率半径R’（mm） | 中心厚度（mm） | 空气间隔（mm） |
| 1 | 1.85 | 45.56 | 51.44 | 171.34 | 3.2 | |
| 2 | 1.84 | 40.94 | 171.34 | 28.13 | 3.9 | 0.09 |
| 3 | 1.78 | 27.76 | 24.20 | 10.41 | 0.8 | 2.3 |
| 4 | 1.94 | 17.94 | 8.31 | 11.55 | 1.0 | 11.2 |
| 5 | 1.80 | 52.32 | 21.93 | 12.44 | 3.8 | 0.15 |
| 6 | 1.95 | 46.56 | 654.44 | 34.71 | 3.6 | 0.15 |
针对该实施例，根据图2-16所示，分别为焦距镜头为24mm、35mm、50mm、75mm及90mm时，依次对应光圈值为2.4、4和5.6时的MTF曲线，根据MTF曲线分析，焦距段为24mm和35mm时，MTF值波动较大，而焦距段为50mm、75mm及90mm时，MTF值基本大于0.5，其均能满足成像标准，实现全画幅成像效果；而关于成像的优劣，以图8为例，在光圈值为f=2.4时，线频为1000cyc/mm时，在胶片基地处径向的MTF值是0.95，切向的MTF值也是0.95；在距基地10.9mm处，径向的MTF值是0.85，切向的MTF值是0.81；在线频为2000cyc/mm时，在胶片基地处径向的MTF值是0.85，切向的MTF值也是0.85；在距基地10.9mm处，径向的MTF值是0.7，切向的MTF值也是0.7；在线频为4000cyc/mm时，在胶片基地处径向的MTF值是0.65，切向的MTF值也是0.65；在距基地10.9mm处，径向的MTF值是0.5，切向的MTF值为0.49；而在光圈值为f=4时，各线频下的径、切向曲线数据都有明显提高，此时成像效果相较于光圈值f=2.4时效果更好。
再结合图17、图18所示，本实施例的子午场曲和弧矢场曲在±0.2mm内，说明场曲得到良好的校正；畸变量在±2.5%内，说明畸变得到良好的校正，图示18中各波长对应的畸变曲线呈重合状态；结合图19、图20所示，为图像整体的相对照度以及图像在四个不同象限内分别对应的照度曲线，以图19为例，在图像高度13mm处的相对照度达到80%，图像高度15mm处的相对照度达到70%，周边视场的相对照度也较高，性能优良。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，其特征在于，沿光轴方向由物侧到像侧依次包括：
第一透镜组，为固定镜片组，包括具有正屈光力的第一透镜，具有正屈光力的第二透镜，以及具有负屈光力的第三透镜；
以及第二透镜组，为调焦镜片组，调焦时沿着光轴移动，包括具有负屈光力的第四透镜，具有正屈光力的第五透镜，以及具有正屈光力的第六透镜；
所述第一透镜组与第二透镜组中的透镜总数为六片；
所述第一透镜组中，第一透镜、第二透镜及第三透镜的折射率及色散度满足的关系为：
nd1/nd2＞1，
0.9＜nd3/nd1＜1，
V1＞V2＞V3，
且V1/V2＞1.1，V2/V3＞1.4；
其中，nd1、nd2、nd3分别为第一透镜、第二透镜及第三透镜对应的折射率；V1、V2、V3分别为第一透镜、第二透镜及第三透镜对应的色散度；
所述第二透镜组中，第四透镜、第五透镜及第六透镜的折射率及色散度满足的关系为：
0.88＜nd5/nd6＜nd5/nd4＜0.96，
V5＞V6＞V4，
且V5/V6＞1.1，V6/V4＞2.5；
其中，nd4、nd5、nd6分别为第四透镜、第五透镜及第六透镜对应的折射率；V4、V5、V6分别为第四透镜、第五透镜及第六透镜对应的色散度；
所述第一透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1.5＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜3，n=1,2,3;
其中：R1为第一透镜偏向物侧的曲率半径，R2为第二透镜偏向物侧的曲率半径，R3为第三透镜偏向物侧的曲率半径；
R1’为第一透镜偏向像侧的曲率半径，R2’为第二透镜偏向像侧的曲率半径，R3’为第三透镜偏向像侧的曲率半径；
所述第二透镜组中，各透镜的曲率半径满足的关系为：
1＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜7，n=4,5,6；
其中：R4为第四透镜偏向物侧的曲率半径，R5为第五透镜偏向物侧的曲率半径，R6为第六透镜偏向物侧的曲率半径；
R4’为第四透镜偏向像侧的曲率半径，R5’为第五透镜偏向像侧的曲率半径，R6’为第六透镜偏向像侧的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一透镜的折射率nd1的范围为1.82＜nd1＜1.89；
所述第五透镜的折射率nd5的范围为1.75＜nd5＜1.85。
3.根据权利要求2所述的一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一透镜的色散系数V1的范围为44.32＜V1＜48.79，
所述第二透镜的色散系数V2的范围为38.89＜V2＜42.98，
所述第三透镜的色散系数V3的范围为26.37＜V3＜29.14，
所述第四透镜的色散系数V4的范围为17.04＜V4＜18.83，
所述第五透镜的色散系数V5的范围为49.70＜V5＜54.93，
所述第六透镜的色散系数V6的范围为44.32＜V1＜48.79。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一透镜沿光轴的中心厚度为3.2mm±5%，所述第二透镜沿光轴的中心厚度为3.9mm±5%，所述第三透镜沿光轴的中心厚度为0.8mm±5%，所述第四透镜沿光轴的中心厚度为1.0mm±5%，所述第五透镜沿光轴的中心厚度为3.8mm±5%，所述第六透镜沿光轴的中心厚度为3.6mm±5%。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种针对短法兰距设计的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，所述第二透镜与第三透镜之间沿光轴方向的空气间隔为3.8～1.2mm，所述第三透镜与第四透镜之间沿光轴方向的空气间隔为12.3～9.5mm，所述第四透镜与第五透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm，所述第五透镜与第六透镜之间沿光轴方向的空气间隔为0.55～0.05mm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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