CN114994885B - 一种具有微距功能的全画幅光学系统及电影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有微距功能的全画幅光学系统及电影镜头，涉及光学系统技术领域，包括自物侧到像侧依次设置的：光焦度为正的第一固定透镜组；光焦度为负的第一调焦透镜组；光焦度为正的第二调焦透镜组；光焦度为正的第二固定透镜组；光焦度为负的第三调焦透镜组；光焦度为正的第三固定透镜组。系统的透镜组采用“三组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，实现从无穷远物距到‑1×近距离物距整个范围内的清晰对焦，最近对焦距离为146.3mm,且全程畸变小于2％，相对照度大于50％。

Description

一种具有微距功能的全画幅光学系统及电影镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种具有微距功能的全画幅光学系统及电影镜头。
背景技术
随着5G技术的推动，短视频等行业的兴起，使人们对于电影镜头的需求越来越多。电影镜头是为电影工业量身打做的镜头，对成像质量、相对照度、畸变、色彩等方面都有比较高的要求。而微距镜头能让我们进入一个前所未有的微观世界，让平常看不清的小东西放大到整个电影屏幕画面的感觉可以让每一个摄影师为之兴奋。微距镜头大多为定焦镜头，但纵观国内，现有的定焦电影镜头多数放大倍率不够，不能实现微距功能，并被国外品牌所垄断，价格昂贵，给普通消费者造成巨大的经济负担。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有微距功能的全画幅光学系统，能够在低成本的条件下实现微距功能和高分辨率。
本发明还提出一种电影镜头。
根据本发明第一方面实施例的一种具有微距功能的全画幅光学系统，包括自物侧到像侧依次设置的：光焦度为正的第一固定透镜组，所述第一固定透镜组包括至少两枚第一正透镜和一枚第一胶合透镜；光焦度为负的第一调焦透镜组，所述第一调焦透镜组包括至少一枚第一负透镜和第二胶合透镜；光焦度为正的第二调焦透镜组，所述第二调焦透镜组包括至少一枚第二正透镜；光焦度为正的第二固定透镜组，所述第二固定透镜组包括至少一枚第三正透镜；光焦度为负的第三调焦透镜组，所述第三调焦透镜组包括至少一枚第四正透镜和第二负透镜；光焦度为正的第三固定透镜组，所述第三固定透镜组包括至少一枚第五正透镜和第三负透镜。
根据本发明实施例的一种具有微距功能的全画幅光学系统，至少具有如下有益效果：
系统的透镜组采用“三组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，实现从无穷远物距到-1×近距离物距整个范围内的清晰对焦，在物距从无穷远对焦到-1x放大倍率的过程中，镜头总长保持不变，第一调焦透镜组与第一固定透镜组之间的间隔不断增大；第二调焦透镜组与第一调焦透镜组之间的间隔不断减小，其与光阑STO之间的间隔先增大后减小；第三调焦透镜组与第二固定透镜组之间的间隔先减小后增大，其与第三固定组透镜组之间的间隔先增大后减小，最近对焦距离为146.3mm, 且全程畸变小于2%，相对照度大于50%。
根据本发明的一些实施例，两枚所述第一正透镜的色散系数Vd≥80。
根据本发明的一些实施例，所述第一负透镜与第二胶合透镜的负透镜折射率Nd≥1.80。
根据本发明的一些实施例，所述第一固定透镜组的焦距F1与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.45 ≤ F1/F ≤ 0.66；
所述第一调焦透镜组的焦距F2与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
-0.68 ≤ F2/F ≤ -0.55；
所述第二调焦透镜组的焦距F3与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.98 ≤ F3/F ≤ 1.5；
所述第二固定透镜组的焦距F4与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.85 ≤ F4/F ≤ 1.8；
所述第三调焦透镜组的焦距F5与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
-0.63 ≤ F5/F ≤ -0.34；
所述第三固定透镜组的焦距F6与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.68 ≤ F6 / F ≤ 0.77。
根据本发明的一些实施例，所述第二调焦透镜组与所述第二固定透镜组之间设置有光阑。
根据本发明的一些实施例，还包括感光芯片，所述感光芯片位于像侧并与所述第三固定透镜组间隔设置。
根据本发明的一些实施例，所述第三固定透镜组与感光芯片之间设置有滤光片。
根据本发明的一些实施例，所述感光芯片与滤光片之间设置有保护玻璃。
根据本发明的一些实施例，所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F=100mm，FNO=2.8，成像尺寸为36mm×24mm。
根据本发明第二方面实施例的一种电影镜头，包括镜筒、以及设置在所述镜筒内的所述的一种具有微距功能的全画幅光学系统。
根据本发明实施例的电影镜头，至少具有如下有益效果：
通过合理分配镜片光焦度、合理搭配材料，实现最高-1x的放大倍率，通过“三组固定，三组调焦”的方式，实现不同物距的高分辨率、低畸变、高相对照度的要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的全画幅光学系统的调焦示意图；
图2为本发明一种实施例在物距无穷远时的畸变图；
图3为本发明一种实施例在物距无穷远时的相对照度图。
附图标号：
第一固定透镜组G1、
第一调焦透镜组G2、
第二调焦透镜组G3、
光阑STO、
第二固定透镜组G4、
第三调焦透镜组G5、
第三固定透镜组G6。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，为本发明第一方面实施例的一种具有微距功能的全画幅光学系统，包括自物侧到像侧依次设置的：光焦度为正的第一固定透镜组G1，光焦度为负的第一调焦透镜组G2，光焦度为正的第二调焦透镜组G3，光焦度为正的第二固定透镜组G4，光焦度为负的第三调焦透镜组G5，光焦度为正的第三固定透镜组G6。
其中，第一固定透镜组G1包括至少两枚第一正透镜和一枚第一胶合透镜，长焦镜头在使用前组透镜光焦度为正的结构时，往往在前组透镜具有较大的口径，球差相对比较大，叠加使用正透镜可以分担光焦度，减小光线在透镜表面的入射角，从而减小球差；第一胶合透镜的使用有益于校正轴上和垂轴色差。
第一调焦透镜组G2包括至少一枚第一负透镜和第二胶合透镜，使用光焦度为负的第一调焦透镜组G2，可以在整个调焦过程中有效改变光学系统的等效焦距，从而满足不同物距的对焦需要。
第二调焦透镜组G3包括至少一枚第二正透镜，使用第二调焦透镜组G3可对第一调焦透镜组G2在移动过程中造成的后焦偏移进行补偿；第二固定透镜组G4包括至少一枚第三正透镜；第三调焦透镜组G5包括至少一枚第四正透镜和第二负透镜，使用第三调焦透镜组G5可对第一调焦透镜组G2在移动过程中造成的后焦偏移进一步实施补偿；第三固定透镜组G6包括至少一枚第五正透镜和第三负透镜。
如上所述，本系统的透镜组采用“三组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，实现从无穷远物距到-1×近距离物距整个范围内的清晰对焦，在物距从无穷远对焦到-1x放大倍率的过程中，镜头总长保持不变，第一调焦透镜组G2与第一固定透镜组G1之间的间隔不断增大；第二调焦透镜组G3与第一调焦透镜组G2之间的间隔不断减小，其与光阑STO之间的间隔先增大后减小；第三调焦透镜组G5与第二固定透镜组G4之间的间隔先减小后增大，其与第三固定组透镜组之间的间隔先增大后减小，最近对焦距离为146.3mm, 且全程畸变小于2%，相对照度大于50%。
在本发明的一些实施例中，两枚第一正透镜的色散系数Vd≥80，使用高色散系数的第一正透镜可以有效校正系统像差。
此外，在本发明的一些实施例中，第一负透镜与第二胶合透镜的负透镜折射率Nd≥1.80，高折射率的负透镜可以进一步校正系统像差。
在本发明的一些实施例中，第一固定透镜组G1的焦距F1与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.45 ≤ F1/F ≤ 0.66；
第一调焦透镜组G2的焦距F2与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
-0.68 ≤ F2/F ≤ -0.55；
第二调焦透镜组G3的焦距F3与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
0.98 ≤ F3/F ≤ 1.5；
第二固定透镜组G4的焦距F4与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
0.85 ≤ F4/F ≤ 1.8；
第三调焦透镜组G5的焦距F5与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
-0.63 ≤ F5/F ≤ -0.34；
第三固定透镜组G6的焦距F6与具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.68 ≤ F6 / F ≤ 0.77。
光焦度越大的镜片一般对像差的贡献量也比较大，通过合理的搭配光焦度有利于各像差的平衡。
在本发明的一些实施例中，第二调焦透镜组G3与第二固定透镜组G4之间设置有光阑，利用光阑来限制光束口径。
本发明的一个具体的实施例如下表1所示：半径R、厚度的单位均为毫米。
表1
针对不同物距（不同倍率）的调焦数据如下表2：
表2
参见图1，结合表1至表2，本实施例通过第一~第三调焦透镜组的移动来保证不同物距的成像质量。在调焦至最近物距146.3mm时，物体和像成1:1的比例，可以观察到平常肉眼看不清的小物体，同时长焦镜头特有的虚化效果使得画面主体更加突出，最终实现震撼的微距电影感画面。
图2为本发明一种实施例在物距无穷远时的畸变图，全视场时畸变小于2％，畸变量很小，保证成像画面出现尽量小的形变量；图3为本发明一种实施例在物距无穷远时的相对照度图，全视场相对照度大于50％，较高的相对照度能保证整体画面亮度的均匀性，即使在画面边角也不会存在暗角。
在本发明的一些实施例中，通过尽量少设置渐晕或不设置渐晕，使周边视场光线尽量多的通过镜头到达芯片表面，从而使得镜头获得较高的相对照度，保证像面亮度的整体均匀性和通透性。
在本发明的一些实施例中，还包括感光芯片，感光芯片位于像侧并与第三固定透镜组G6间隔设置，用于获取成像信号并形成图像。
在本发明的一些实施例中，第三固定透镜组G6与感光芯片之间设置有滤光片，滤光片能过滤一部分长波和杂散光，防止感光芯片受到红外线的干扰，从而使图像像质清晰，色彩亮丽。
在本发明的一些实施例中，感光芯片与滤光片之间设置有保护玻璃，可以保护像侧的感光芯片免受外力的直接破坏。
在本发明的一些实施例中，具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F=100mm，FNO=2.8，成像尺寸为36mm×24mm。
本发明第二方面实施例的一种电影镜头，包括镜筒、以及设置在镜筒内的的一种具有微距功能的全画幅光学系统。
通过合理分配镜片光焦度、合理搭配材料，实现最高-1x的放大倍率，通过“三组固定，三组调焦”的方式，实现不同物距的高分辨率、低畸变、高相对照度的要求。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于，包括自物侧到像侧依次设置的：
光焦度为正的第一固定透镜组，所述第一固定透镜组包括至少两枚第一正透镜和一枚第一胶合透镜；
光焦度为负的第一调焦透镜组，所述第一调焦透镜组包括至少一枚第一负透镜和第二胶合透镜；
光焦度为正的第二调焦透镜组，所述第二调焦透镜组包括至少一枚第二正透镜；
光焦度为正的第二固定透镜组，所述第二固定透镜组包括至少一枚第三正透镜；
光焦度为负的第三调焦透镜组，所述第三调焦透镜组包括至少一枚第四正透镜和第二负透镜；
光焦度为正的第三固定透镜组，所述第三固定透镜组包括至少一枚第五正透镜和第三负透镜；
所述第一固定透镜组的焦距F1与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.45 ≤ F1/F ≤ 0.66；
所述第一调焦透镜组的焦距F2与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
-0.68 ≤ F2/F ≤ -0.55；
所述第二调焦透镜组的焦距F3与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
0.98 ≤ F3/F ≤ 1.5；
所述第二固定透镜组的焦距F4与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F 满足如下关系式：
0.85 ≤ F4/F ≤ 1.8；
所述第三调焦透镜组的焦距F5与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
-0.63 ≤ F5/F ≤ -0.34；
所述第三固定透镜组的焦距F6与所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：
0.68 ≤ F6 / F ≤ 0.77。
2.根据权利要求1所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：两枚所述第一正透镜的色散系数Vd≥80。
3.根据权利要求2所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一负透镜与第二胶合透镜的负透镜折射率Nd≥1.80。
4.根据权利要求1所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：所述第二调焦透镜组与所述第二固定透镜组之间设置有光阑。
5.根据权利要求1所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：还包括感光芯片，所述感光芯片位于像侧并与所述第三固定透镜组间隔设置。
6.根据权利要求5所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：所述第三固定透镜组与感光芯片之间设置有滤光片。
7.根据权利要求6所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：所述感光芯片与滤光片之间设置有保护玻璃。
8.根据权利要求1所述的具有微距功能的全画幅光学系统，其特征在于：所述具有微距功能的全画幅光学系统的焦距F=100mm，FNO=2.8，成像尺寸为36mm×24mm。
9.一种电影镜头，其特征在于：包括镜筒、以及设置在所述镜筒内的如权利要求1至8任一所述的一种具有微距功能的全画幅光学系统。
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