CN115061267A - 一种用于连接不同画幅的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连接不同画幅的光学系统，沿光轴方向由物侧到像侧依次包括第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜，所述第一透镜与第二透镜为胶合件，所述第四透镜与第五透镜为胶合件；本发明可应用于将针对大尺寸图像传感器设计的光学镜头应用于全画幅数字传感器相机或者摄影机上，在基本不损失原来光学镜头的分辨率和保持极低的畸变前提下，使得原来的光学镜头加上这个光学转换器以后，完美的匹配全画幅图像传感器系统，保持了原来的镜头视场角，镜头光圈还增亮一档。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域，特别涉及一种用于连接不同画幅的光学系统。
背景技术
全画幅也称为135画其大小为36mm*24mm，大尺寸图像传感器是指介于44mm*33mm到60mm*90mm英寸的中画幅数字图像传感器；全画幅与不同大小中画幅之间的转换系数一般采用对角线的比例进行换算；其一，6*4.5中画幅与全画幅的焦长比为0.62；其二，6*6中画幅与全画幅的焦长比为0.55；其三，6*7中画幅与全画幅的焦长比为0.5；其四，6*8中画幅与全画幅的焦长比为0.45；其五，6*9中画幅与全画幅的焦长比为0.43。
但由于针对中画幅设计的镜头与全画幅的机身因自身光学传感器的尺寸不同，无法将中画幅的镜头完全发挥应用于全画幅的相机上，通过机械接口转接的方案只是将中心部分的成像进行了裁剪；基于现有技术中“大尺寸图像传感器设计的光学镜头”与“全画幅相机和摄影机的机身”不能直接转换使用的原因，本发明研制了一种用于连接不同画幅的光学系统，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种用于连接不同画幅的光学系统，以解决现有技术中由于中画幅的镜头和全画幅的机身因自身光学传感器的尺寸不同，而无法将中画幅的镜头应用于全画幅的相机上的问题。
本发明的技术方案是：一种用于连接不同画幅的光学系统，由第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜构成，并沿光轴方向由物侧到像侧依次分布；
所述第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜中，折射率及色散度满足的关系如下：
nd2=nd3，
且0.9＜nd2/nd1＜nd1/nd4＜nd4/nd5＜1;
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的折射率；
25＜V3＜30，
且0.42＜V3/Vn＜0.67，n=1，2，4，5；
其中，V1、V2、V3、V4、V5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的色散度；
所述第一透镜与第二透镜为胶合件，对应的曲率半径满足：
4＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜7.5，n=1，2；
R1’=R2；
其中，R1为第一透镜物侧的曲率半径，R1’为第一透镜像侧的曲率半径；
R2为第二透镜物侧的曲率半径，R2’为第二透镜像侧的曲率半径；
所述第三透镜对应的曲率半径满足：
2.5＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜2.8，n=3；
其中，R3为第三透镜物侧的曲率半径，R3’为第三透镜像侧的曲率半径；
所述第四透镜与第五透镜为胶合件，对应的曲率半径满足：
1＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜1.5，n=4，5；
R4’=R5；
其中，R4为第四透镜物侧的曲率半径，R4’为第四透镜像侧的曲率半径；
R5为第五透镜物侧的曲率半径，R5’为第五透镜像侧的曲率半径。
优选的，所述第二透镜及第三透镜的折射率范围为1.61＜nd2=nd3＜1.67。
优选的，所述第一透镜中，4＜（R1+R1’）/|R1-R1’|＜4.3，
所述第二透镜中，7＜（R2+R2’）/|R2-R2’|＜7.5，
所述第四透镜中，1.2＜（R4+R4’）/|R4-R4’|＜1.5，
所述第五透镜中，1＜（R5+R5’）/|R5-R5’|＜1.2。
优选的，所述第一透镜及第二透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.012～0.083mm；
所述第四透镜及第五透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.010～0.165mm。
优选的，所述第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜中，中心厚度满足的关系为：
1.33mm＜d1=d5＜1.47mm，
7.27mm＜d2＜8.03mm，
3.21mm＜d3＜3.55mm，
4.36mm＜d4＜4.82mm，
其中，d1、d2、d3、d4、d5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的中心厚度。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明在保证成像品质的情况下，实现了将针对大尺寸图像传感器设计的光学镜头用在全画幅相机、摄影机机身上的高效替换，使用成本相对合理，且能极大的拓宽了使用全画幅相机摄影机的情况下，选择优质镜头进行摄影和摄像市场的需求。
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用于连接不同画幅的光学系统的结构示意图；
图2为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统中各透镜对应的材料规格参数范围表；
图3为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统中各透镜对应的生产规格参数范围表；
图4为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统中各透镜对应的材料规格及生产规格参数表；
图5为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统在应用场景下的设计参数表；
图6为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，转换系数为0.7，光圈值为2.8对应的MTF曲线；
图7为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，转换系数为0.7，光圈值为5.6对应的MTF曲线；
图8为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，对应的场曲图；
图9为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，对应的畸变图；
图10为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，对应的倍率色差图；
图11为本发明所述的一种用于连接不同画幅的光学系统应用于中画幅镜头与全画幅相机上之后，对应的相对照度曲线图。
其中：1、第一透镜，2、第二透镜，3、第三透镜，4、第四透镜，5、第五透镜。
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，一种用于连接不同画幅的光学系统，由第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4及第五透镜5构成，并沿光轴方向由物侧到像侧依次分布；其中，第一透镜1与第二透镜2为胶合件，第四透镜4与第五透镜5为胶合件。
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，各透镜的折射率与色散度满足的关系为：
nd2=nd3＜nd1＜nd4＜nd5，
1.61＜nd2=nd3＜1.67，
且0.9＜nd2/nd1＜nd1/nd4＜nd4/nd5＜1;
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的折射率；
25＜V3＜30，
且0.42＜V3/Vn＜0.67，n=1，2，4，5；
其中，V1、V2、V3、V4、V5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的色散度。
基于上述满足的关系，针对折射率及色散度，各透镜对应参数范围如图2所示。
针对光学系统的生产规格，重要的参数条件包括曲率半径（物侧曲率半径、像侧曲率半径）、中心厚度、空气间隔。
关于各透镜的物侧曲率半径、像侧曲率半径，其满足的范围为：
a、因第一透镜与第二透镜为胶合件，因此R1’=R2；
同时，4＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜7.5，n=1，2；
其中，R1为第一透镜物侧的曲率半径，R1’为第一透镜像侧的曲率半径；
R2为第二透镜物侧的曲率半径，R2’为第二透镜像侧的曲率半径；
作为更具体的，
第一透镜中，4＜（R1+R1’）/|R1-R1’|＜4.3，
第二透镜中，7＜（R2+R2’）/|R2-R2’|＜7.5。
b、第三透镜对应的曲率半径满足：
2.5＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜2.8，n=3；
其中，R3为第三透镜物侧的曲率半径，R3’为第三透镜像侧的曲率半径；
c、因第四透镜与第五透镜为胶合件，因此R4’=R5；
同时，1＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜1.5，n=4，5；
其中，R4为第四透镜物侧的曲率半径，R4’为第四透镜像侧的曲率半径；
R5为第五透镜物侧的曲率半径，R5’为第五透镜像侧的曲率半径；
作为更具体的，
第四透镜中，1.2＜（R4+R4’）/|R4-R4’|＜1.5，
第五透镜中，1＜（R5+R5’）/|R5-R5’|＜1.2。
关于各透镜的中心厚度，其满足的关系为：
第一透镜的中心厚度为1.33～1.47mm，第二透镜的中心厚度为7.27～8.03mm，第三透镜的中心厚度为3.21～3.55mm，第四透镜的中心厚度为4.36～4.82mm，第五透镜的中心厚度为1.33～1.47mm。
关于各透镜的空气间隔，其满足的关系为：
第一透镜及第二透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.012～0.083mm；
第四透镜及第五透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.010～0.165mm。
基于上述满足的关系，针对物侧曲率半径、像侧曲率半径、中心厚度、空气间隔，各透镜对应参数范围（单位：mm）如图3所示。
针对上述参数范围，本实施例中，各透镜选取的参数规格如图4所示，其中空气间隔的两组数据分别表示第一透镜及第二透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔、以及第四透镜及第五透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔。
本发明用于实现将针对“大尺寸图像传感器”设计的光学镜头用在“全画幅相机、摄影机机身”上的高效替换，其中“大尺寸图像传感器”是指介于44mm*33mm到60mm*90mm英寸的中画幅数字图像传感器；本发明可应用场景为将著名的中画幅镜头Hasselblad V应用于Sony E, Leica SL, Leica M全画幅相机上，转换系数为0.7，保持了本来镜头的视场角，镜头速度增加一档，得到了优异品质的转换效果；由于前者的镜头在对比度、抗闪光性、色彩饱和度和焦外成像等方面享有盛誉，与后者相机的结合使成像品质得到保障，实现中画幅镜头在全画幅机身上的高效替换，使用成本低，且能满足摄影需求，相关设计参数如图5所示。
基于本实施例中，镜头的转换系数为0.7，即0.7倍的原始镜头焦距，如图6、图7所示，分别为光圈值为2.8和5.6的MTF曲线，最上面一对是空间频率为10lp/mm对应的MTF值，中间一对是空间频率为20lp/mm对应的MTF值，最下面一对是空间频率为40lp/mm对应的MTF值，其中每对曲线中实线代表从图面基地向四周辐射方向的MTF值（径向），虚线代表环绕图面基地的圆的切线方向的MTF值(切向)；结合图6、图7所示，光圈值为5.6时，镜头的光学成像会优于光圈值为2.8时的水平。
如图8所示，为不同波长光对应的子午场曲（T）和弧矢场曲（S），其中，T1、S1为波长为0.4861的色光对应的子午量和弧矢量，T2、S2为波长为0.5876的色光对应的子午量和弧矢量；T3、S3为波长为0.6567的色光对应的子午量和弧矢量；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；如图9所示，畸变量基本控制在±3.5%内，说明畸变得到良好的校正，图示中各波长对应的畸变曲线呈重合状态。
如图10所示，为倍率色差曲线，横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场；图中两条Airy表示的曲线为艾里斑范围，从图中可以看出系统的倍率色差基本小于艾里斑范围，倍率色差得到很好的校正。
如图11所示，为相对照度曲线，横轴为以画面为中心的距离，纵轴为相对照度，即四角最暗处的亮度值与中心最亮处的亮度值的比值，在距离中心13mm处的相对照度能够达到80%，在距离中心16mm处的相对照度能够达到70%，周边视场的相对照度也较高，性能优良。
综合上述，采用本发明的光学系统，具有良好的成像画面及较小的畸变，像面全域成像质量佳；本发明在保证成像品质的情况下，实现了将针对大尺寸图像传感器设计的光学镜头用在全画幅相机、摄影机机身上的高效替换，使用成本相对合理，且能极大的拓宽了使用全画幅相机摄影机的情况下，选择优质镜头进行摄影和摄像市场的需求。
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)
1.一种用于连接不同画幅的光学系统，其特征在于：由第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜构成，并沿光轴方向由物侧到像侧依次分布；
所述第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜中，折射率及色散度满足的关系如下：
nd2=nd3，
且0.9＜nd2/nd1＜nd1/nd4＜nd4/nd5＜1;
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的折射率；
25＜V3＜30，
且0.42＜V3/Vn＜0.67，n=1，2，4，5；
其中，V1、V2、V3、V4、V5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的色散度；
所述第一透镜与第二透镜为胶合件，对应的曲率半径满足：
4＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜7.5，n=1，2；
R1’=R2；
其中，R1为第一透镜物侧的曲率半径，R1’为第一透镜像侧的曲率半径；
R2为第二透镜物侧的曲率半径，R2’为第二透镜像侧的曲率半径；
所述第三透镜对应的曲率半径满足：
2.5＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜2.8，n=3；
其中，R3为第三透镜物侧的曲率半径，R3’为第三透镜像侧的曲率半径；
所述第四透镜与第五透镜为胶合件，对应的曲率半径满足：
1＜（Rn+Rn’）/|Rn-Rn’|＜1.5，n=4，5；
R4’=R5；
其中，R4为第四透镜物侧的曲率半径，R4’为第四透镜像侧的曲率半径；
R5为第五透镜物侧的曲率半径，R5’为第五透镜像侧的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一种用于连接不同画幅的光学系统，其特征在于：所述第二透镜及第三透镜的折射率范围为1.61＜nd2=nd3＜1.67。
3.根据权利要求1所述的一种用于连接不同画幅的光学系统，其特征在于：所述第一透镜中，4＜（R1+R1’）/|R1-R1’|＜4.3，
所述第二透镜中，7＜（R2+R2’）/|R2-R2’|＜7.5，
所述第四透镜中，1.2＜（R4+R4’）/|R4-R4’|＜1.5，
所述第五透镜中，1＜（R5+R5’）/|R5-R5’|＜1.2。
4.根据权利要求1所述的一种用于连接不同画幅的光学系统，其特征在于：所述第一透镜及第二透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.012～0.083mm；
所述第四透镜及第五透镜组成的胶合件与第三透镜之间的空气间隔为0.010～0.165mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于连接不同画幅的光学系统，其特征在于：所述第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜中，中心厚度满足的关系为：
1.33mm＜d1=d5＜1.47mm，
7.27mm＜d2＜8.03mm，
3.21mm＜d3＜3.55mm，
4.36mm＜d4＜4.82mm，
其中，d1、d2、d3、d4、d5分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜及第五透镜的中心厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220916 |