CN115061332A - 转换镜头、可交换镜头和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供转换镜头、可交换镜头和摄像装置。转换镜头具有负屈光力并被设置在主镜头的像侧，使得整个系统的焦距大于主镜头单独的焦距。转换镜头包括：第一透镜元件，其最接近物体；以及第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧。适当地确定转换镜头的焦距、由第一透镜元件和第二透镜元件形成的空气透镜的焦距、第一透镜元件的像侧透镜表面的形状、以及第二透镜元件的物侧透镜表面的形状。

Description

转换镜头、可交换镜头和摄像装置
本申请是申请日为2020年2月25日，申请号为202010114722.5，发明名称为“转换镜头、可交换镜头和摄像装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
实施例的方面涉及转换镜头、可交换镜头和摄像装置。
背景技术
已知后转换镜头(converter lens)附装在摄像装置与包括主镜头的可交换镜头之间，使得整个系统的焦距增大。
后转换镜头的优点在于，整个透镜系统的尺寸小于在将转换镜头设置在主镜头的物侧的情况下的尺寸。然而，主镜头的残余像差与放大倍率成比例地增大，使得图像质量容易劣化。因此，即使在将后转换镜头设置在主镜头的像侧的情况下，也要适当地校正后转换镜头的像差，以便成功地维持整个系统的像差。
WO 17/134928讨论了后转换镜头，该后转换镜头可以与具有相对短的后焦距的主镜头一起使用。
增大整个系统的焦距的后转换镜头具有负屈光力。换句话说，后转换镜头倾向于具有大负分量的Petzval和。因此，当将后转换镜头设置在主镜头的像侧时，像场弯曲特别有可能增大。在许多情况下，后转换镜头中没有设置孔径光阑，而是使用主镜头的孔径光阑。因此，在后转换镜头中，离轴光线的主光线穿过在径向上远离光轴的位置而不与光轴交叉。这是像场弯曲增大的另一个原因。
此外，特别是在主镜头具有短的后焦距的情况下，设置在主镜头的像侧的后转换镜头很可能具有大的透镜直径，并且也很难获得用于放置大量透镜的空间。因此，难以在校正像场弯曲和倍率色差的同时减小转换镜头的尺寸。尽管如WO 17/134928中所讨论可以使用非球面透镜来减小转换镜头的尺寸，但是可能需要对倍率色差的进一步改善。
发明内容
根据实施例的一方面，提供了一种转换镜头，其具有负屈光力并被设置在主镜头的像侧，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距，所述转换镜头包括：第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，其中，满足以下不等式(即，条件表达式)：1.45<|fa/f|<8.55；-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及30.0<νAN<39.0，其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且νAN是以d线为基准的所述转换镜头中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝(Abbe)数。
根据实施例的另一方面，提供了一种可交换镜头，其包括主镜头和转换镜头，所述转换镜头具有负屈光力并被构造为设置在主镜头的光路上，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距，所述转换镜头包括：第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，其中，满足以下不等式：1.45<|fa/f|<8.55；-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及30.0<νAN<39.0，其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且νAN是以d线为基准的所述转换镜头中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝数。
根据实施例的又一方面，提供了一种摄像装置，其包括：主镜头；转换镜头，其具有负屈光力并被设置在所述主镜头的光路上，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距；以及图像传感器，所述转换镜头包括：第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，其中，满足以下不等式：1.45<|fa/f|<8.55；-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及30.0<νAN<39.0，其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且νAN是以d线为基准的所述转换镜头中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝数。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本公开的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1示出了主镜头和转换镜头的截面图。
图2示出了当无限远物体对焦时的主镜头的像差图。
图3示出了根据第一示例性实施例的转换镜头的截面图。
图4示出了在根据第一示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图5示出了根据第二示例性实施例的转换镜头的截面图。
图6示出了在根据第二示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图7示出了根据第三示例性实施例的转换镜头的截面图。
图8示出了在根据第三示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图9示出了根据第四示例性实施例的转换镜头的截面图。
图10示出了在根据第四示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图11示出了根据第五示例性实施例的转换镜头的截面图。
图12示出了在根据第五示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图13示出了根据第六示例性实施例的转换镜头的截面图。
图14示出了在根据第六示例性实施例的转换镜头被设置在主镜头的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
图15A和图15B示出了摄像系统的构造。
具体实施方式
以下将参照附图描述根据本公开的各示例性实施例的后转换镜头(以下称为“转换镜头”)和摄像装置。
如图1所示，根据本公开的示例性实施例的转换镜头RCL设置在诸如可交换镜头的主镜头ML(主镜头系统)的像侧，使得包括主镜头ML和转换镜头RCL的摄像光学系统(整个系统)的焦距比包括主镜头ML的摄像光学系统的焦距长。
主镜头ML是在诸如数字摄像机、数字照相机、卤化银胶片照相机和电视(TV)照相机的摄像装置中使用的摄像透镜系统。
在图1所示的主镜头ML和图3、图5、图7、图9、图11和图13所示的转换镜头RCL的截面图中，左侧是物侧(例如，前方)，而右侧是像侧(例如，后方)。孔径光阑SP确定(限制)全孔径f数(Fno)的光通量。
在摄像装置是数字摄像机或数字照相机的情况下，像平面IP对应于诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的图像传感器(例如，光电转换元件)的摄像面。在摄像装置是卤化银胶片相机的情况下，像平面IP对应于胶片表面。
图2是示出主镜头ML的像差图。图4、图6、图8、图10、图12和图14是示出根据以下描述的各示例性实施例的转换镜头RCL的像差图。在各球面像差图中，实线表示d线，双点划线表示g线。在各像散图中，虚线ΔM表示子午像平面上的像差量，实线ΔS表示矢状像平面上的像差量。各畸变像差示出d线。各倍率色差示出g线。此外，ω表示半视角(以度为单位)，并且是通过近轴计算获得的视角。Fno表示f数。
根据各示例性实施例的具有负屈光力的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧，使得整个系统的焦距大于主镜头ML单独的焦距。
此外，转换镜头RCL包括第一透镜元件L1和第二透镜元件L2。在转换镜头RCL中，第一透镜元件L1被设置成最接近物体。第二透镜元件L2以在第一透镜元件L1与第二透镜元件L2之间留有空间的方式被设置为临近第一透镜元件L1的像侧。如本文所用，术语“透镜元件”是指包括单个透镜或具有多个透镜的胶合透镜(cemented lens)的透镜元件。在本说明书中，第一透镜元件L1与第二透镜元件L2之间的空间也被称为“空气透镜”。具体地，第一透镜元件L1与第二透镜元件L2之间的空气透镜也是转换镜头RCL中最接近物体的空气透镜。即使在第一透镜元件L1和第二透镜元件L2被部分地胶合的情况下，如果在第一透镜元件L1与第二透镜元件L2之间存在沿光轴的空间，则该空间也被称为空气透镜。
此外，空气透镜的焦距fa被表达为：
fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，
其中，na1是第一透镜元件L1的像侧透镜表面材料的d线折射率，na2是第二透镜元件L2的物侧透镜表面材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件L1的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件L2的物侧透镜表面的曲率半径。
在第一透镜元件L1包括胶合透镜的情况下，na1是第一透镜元件L1中最接近像的透镜的材料的d线折射率。此外，在第二透镜元件L2包括胶合透镜的情况下，na2是第二透镜元件L2中最接近物体的透镜的d线折射率。
在透镜表面是非球面的情况下，曲率半径是基本曲率半径(近轴曲率半径)。
在透镜表面是非球面的情况下，非球面形状例如被表达为x＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12，
其中k是偏心率，A4、A6、A8、A10和A12是非球面系数，x是基于透镜表面的顶点在距光轴的高度h处沿光轴方向的位移，R是近轴曲率半径。表达式的曲率半径分量为
(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}1/2]。空气透镜的焦距fa被计算为
r’＝[R-{R2-(1+k)R2}1/2]/(1+k)。使用主镜头ML或转换镜头RCL的最大图像高度h作为转换镜头RCL的代表值来计算距光轴的高度h。
在k>0的情况下，使用k＝0进行计算。
此时，满足以下不等式(1)和(2)：
1.45<|fa/f|<8.55，(1)
-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)-2.00，(2)
其中f是转换镜头RCL的焦距，并且焦距fa以及曲率半径ra1和ra2如上所述。
最接近物体的空气透镜的屈光力和形状是成功校正像平面特性并增大在选择临近空气透镜的透镜的材料时的自由度以减小Petzval和的重要要素。
不等式(1)使用相对于转换镜头RCL的焦距的空气透镜的焦距，来定义转换镜头RCL中最接近物体的空气透镜的屈光力的理想范围。
如果不等式(1)的值超过其上限值，并且空气透镜的焦距增大(即，焦距的绝对值增大)且空气透镜的屈光力减小，则难以校正第一透镜元件L1和第二透镜元件L2中的离轴彗形像差。因此，不希望超过不等式(1)的上限值。如果不等式(1)的值低于其下限值，并且空气透镜的焦距减小(即，焦距的绝对值减小)且空气透镜的屈光力增大，则出现关于各波长的像场弯曲的波动。因此，不希望低于不等式(1)的下限值。
不等式(2)定义了空气透镜的理想形状因子。如果满足不等式(2)，则可以成功地校正像场弯曲、倍率色差和畸变像差，并且可以实现高光学性能。
如果不等式(2)的值超过其上限值，并且第一透镜元件L1的像侧透镜表面的形状和第二透镜元件L2的物侧透镜表面的形状相似，则空气透镜的像差校正功能不足，并且难以成功地校正倍率色差和畸变像差。因此，不希望超过不等式(2)的上限值。如果不等式(2)的值低于其下限值并且空气透镜的弯月形状的程度增大，则像场弯曲增大并且关于各波长的像场弯曲的波动增大。因此，不希望低于不等式(2)的下限值。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，可以实现具有高光学性能的转换镜头RCL。取决于转换镜头RCL的焦距，可以减小转换镜头RCL的尺寸。根据本公开的示例性实施例的转换镜头RCL尤其适用于设置在无反光镜照相机与具有相对短的后焦距的可交换镜头之间的转换装置，该可交换镜头可相对于无反光镜照相机安装和拆卸。
在一个实施例中，不等式(1)和(2)的数值范围是：
1.47<|fa/f|<8.52，(1a)
-75.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-3.00。(2a)
在另一个实施例中，不等式(1)和(2)的数值范围是：
1.48<|fa/f|<8.50，(1b)
-70.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-4.40。(2b)
此外，在一个实施例中，转换镜头RCL满足以下不等式(3)至(11)中的一个或多个：
1.58<nAP<1.80， (3)
1.80<nAN<2.20， (4)
0.01<|f1/fa|<0.40， (5)
0.15<|f1/f|<0.70， (6)
30.0<νAN<39.0， (7)
0.02<rl/f<0.32， (8)
1.75<nd1<2.00， (9)
0.04<f2/f<1.10， (10)
1.00<ra2/rl<3.40。 (11)
在转换镜头RCL包括至少一个正透镜的情况下，nAP是转换镜头RCL中包括的每个正透镜的材料的平均d线折射率。在转换镜头RCL包括至少一个负透镜的情况下，nAN是转换镜头RCL中包括的每个负透镜的材料的平均d线折射率。
此外，f1是第一透镜元件L1的焦距，f2是第二透镜元件L2的焦距。
在转换镜头RCL包括至少一个负透镜的情况下，νAN是以d线为基准的转换镜头RCL中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝数。材料的阿贝数νi由以下表达式表达：
νi＝(Nd-1)/(NF-NC)，
其中Nd、NF和NC分别是Fraunhofer d线(587.56nm)、F线(486.13nm)和C线(656.27nm)的折射率。
在转换镜头RCL中最接近像的透镜表面相对于图像凸出的情况下，rl是透镜表面的曲率半径。
在转换镜头RCL包括至少一个正透镜的情况下，nd1是转换镜头RCL的正透镜当中最接近物体的正透镜Lp的材料的d线折射率。
在第一透镜元件L1具有正屈光力而第二透镜元件L2具有负屈光力的情况下，rl是转换镜头RCL中最接近像的透镜表面的曲率半径。
不等式(3)定义了包括在转换镜头RCL中的每个正透镜的材料的平均折射率。如果满足不等式(3)，则尤其是可以成功地校正轴上色差和像场弯曲。
如果不等式(3)的值超过其上限值并且平均折射率增大，则Petzval和的绝对值增大并且像场弯曲增大。因此，不希望超过不等式(3)的上限值。此外，因为难以减小转换镜头RCL的尺寸，所以不希望增大透镜的数量来校正像场弯曲。如果不等式(3)的值低于下限值，并且平均折射率降低且材料的阿贝数增大，则难以校正轴上色差。因此，不希望低于不等式(3)的下限值。
通常，存在负透镜的材料的折射率越高，阿贝数越小的趋势。因此，如果不等式(4)的值超过其上限值，并且平均折射率增大且阿贝数减小，则一阶色差不能被适当地校正，并且难以校正倍率色差。因此，不希望超过不等式(4)的上限值。如果不等式(4)的值低于下限值并且平均折射率降低，则Petzval和的负分量增大并且像场弯曲增大。因此，不希望低于不等式(4)的下限值。此外，因为难以减小转换镜头RCL的尺寸，所以不希望增大透镜的数量来校正像场弯曲。
不等式(4)定义了包括在转换镜头RCL中的每个负透镜的材料的平均折射率。如果满足不等式(4)，则尤其是可以成功地校正倍率色差和像场弯曲。
不等式(5)使用空气透镜的焦距定义第一透镜元件L1的焦距。如果满足不等式(5)，则可以减小比第一透镜元件L1更接近像的透镜的尺寸，或者可以成功地校正诸如像场弯曲的像差。
如果不等式(5)的值超过其上限值，并且第一透镜元件L1的焦距增大(即，焦距的绝对值增大)且第一透镜元件L1的屈光力减小，则从第一透镜元件L1输出的离轴光线的主光线与光轴的角度增大。因此，比第一透镜元件L1更接近像的透镜的直径增大，并且难以减小转换镜头RCL的尺寸。因此，不希望超过不等式(5)的上限值。此外，因为像场弯曲和倍率色差增大，所以不希望超过不等式(5)的上限值。如果不等式(5)的值低于下限值，并且第一透镜元件L1的焦距减小(即，焦距的绝对值减小)且第一透镜元件L1的屈光力增大，则球面像差在负方向上增大。因此，不希望低于不等式(5)的下限值。
不等式(6)使用转换镜头RCL的焦距定义第一透镜元件L1的焦距。如果满足不等式(6)，则第一透镜元件L1的屈光力增大，并且转换镜头RCL的尺寸减小，同时转换镜头RCL的负屈光力减小，并且可以成功地校正像场弯曲。
如果不等式(6)的值超过其上限值，并且第一透镜元件L1的焦距增大(即，焦距的绝对值增大)且第一透镜元件L1的屈光力减小，则整个转换镜头RCL的负屈光力变得过强。因此，Petzval和在负方向上增大，并且难以校正像场弯曲。因此，不希望超过不等式(6)的上限值。如果不等式(6)的值低于下限值，并且第一透镜元件L1的焦距减小(即，焦距的绝对值减小)且第一透镜元件L1的屈光力增大，则难以使用比第一透镜元件L1更接近像的透镜来校正第一透镜元件L1中的轴上色差。因此，不希望低于不等式(6)的下限值。此外，因为要增大透镜的数量来校正轴上色差，并且难以减小转换镜头RCL的尺寸，所以不希望低于不等式(6)的下限值。
不等式(7)定义了转换镜头RCL中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝数。在折射率为1.80以上的高折射区域中，随着阿贝数减小，部分色散比趋于增大。为了减小倍率色差的二次光谱，使用了高折射且具有相对较高的色散特性(例如，低阿贝数)的材料。然而，如果阿贝数不在理想范围内(如在不等式(7)的值超过上限值的情况或不等式(7)的值低于下限值的情况下)，则校正一阶色差变得困难，并且校正像场弯曲和倍率色差变得困难。因此，不希望超过不等式(7)的上限值或低于不等式(7)的下限值。
不等式(8)使用转换镜头RCL的焦距定义转换镜头RCL中最接近像的透镜表面的曲率半径rl。为了减小由入射在像平面IP上的离轴光线引起的像差，各离轴光线将入射到转换镜头RCL中最接近像的透镜表面，同时相对于出射光瞳维持基本相同的同心度。因此，在出射光瞳的位置接近像平面IP的光学系统中，重要的是将相对于图像凸出的透镜表面布置为最接近像的透镜表面，并且适当地设置该透镜表面的曲率半径。
如果不等式(8)的值超过上限值，并且转换镜头RCL中最接近像的透镜表面的曲率半径的绝对值大于(即，曲率小于)转换镜头RCL的负屈光力，则像场弯曲和畸变像差没有得到适当校正。因此，不希望超过不等式(8)的上限值。如果不等式(8)的值低于下限值，并且在转换镜头RCL中最接近像的透镜表面的曲率半径的绝对值小于(即，曲率大于)转换镜头RCL的负屈光力且透镜表面的半角孔径增大，则进行诸如抛光和涂覆的处理变得困难。因此，不希望低于不等式(8)的下限值。
不等式(9)定义了包括在转换镜头RCL中的正透镜当中最接近物体的正透镜Lp的材料的折射率。如果满足不等式(9)，则可以减小转换镜头RCL的尺寸以及球面像差和彗形像差。
如果不等式(9)的值超过上限值并且正透镜Lp的材料的折射率增大，则正透镜Lp相对于轴上光线的屈光力与正透镜Lp相对于离轴光线的屈光力之间的差减小，并且像场弯曲和倍率色差没有得到适当校正。因此，不希望超过不等式(9)的上限值。如果不等式(9)的值低于下限值并且正透镜Lp的材料的折射率减小，则出现明显的高阶球面像差和彗形像差，并且校正高阶球面像差和彗形像差变得困难。因此，不希望低于不等式(9)的下限值。
不等式(10)使用转换镜头RCL的焦距定义第二透镜元件L2的焦距。具有正屈光力的第一透镜元件L1使离轴光线折射，使得离轴光线的主光线的角度接近平行于光轴的方向，并且具有强的负屈光力的第二透镜元件L2被设置在第一透镜元件L1的像侧，从而成功地校正了像场弯曲。
如果不等式(10)的值超过上限值，并且第二透镜元件L2的焦距增大(即，焦距的绝对值增大)且第二透镜元件L2的屈光力减小，则成功地校正离轴彗形像差变得困难。因此，不希望超过不等式(10)的上限值。如果不等式(10)的值低于下限值，并且第二透镜元件L2的焦距减小(即，焦距的绝对值减小)、第二透镜元件L2的屈光力增大、从第二透镜元件L2输出的离轴光线的主光线相对于光轴的角度增大，则比第二透镜元件L2更接近像的透镜的直径增大，并且减小转换镜头RCL的尺寸变得困难。因此，不希望低于不等式(10)的下限值。
不等式(11)使用转换镜头RCL中最接近像的透镜表面的曲率半径来定义第二透镜元件L2的物侧透镜表面的曲率半径。不等式(11)指示转换镜头RCL中最接近像的透镜表面和第二透镜元件L2的物侧透镜表面都相对于同一方向凸出。如果满足不等式(11)，则从第一透镜元件L1输出的离轴光线以适当的角度入射到像平面IP，从而成功地校正了像场弯曲、畸变像差和倍率色差。
如果不等式(11)的值超过上限值，并且第二透镜元件L2的物侧透镜表面的曲率半径的绝对值增大(即，曲率减小)，则校正诸如像场弯曲和畸变像差的像差变得困难。因此，不希望超过不等式(11)的上限值。如果不等式(11)的值低于下限值，并且第二透镜元件L2的物侧透镜表面的曲率半径的绝对值减小(即，曲率增大)，则诸如像场弯曲和畸变像差的像差被过度校正。因此，不希望低于不等式(11)的下限值。
在一个实施例中，不等式(3)至(11)的数值范围是：
1.60<nAP<1.75，(3a)
1.84<nAN<2.00，(4a)
0.10<|f1/fa|<0.35(5a)
0.02<|f1/f|<0.55(6a)
0.04<rl/f<0.28，(8a)
1.78<nd1<1.90，(9a)
0.07<f2/f<0.80，(10a)
1.10<ra2/rl<3.00。(11a)
在另一个实施例中，不等式(3)至(11)的数值范围是：
1.62<nAP<1.73，(3b)
1.86<nAN<1.95，(4b)
0.03<|f1/fa|<0.31，(5b)
0.27<|f1/f|<0.53，(6b)
0.06<rl/f<0.24，(8b)
1.80<nd1<1.86，(9b)
0.10<f2/f<0.60，(10b)
1.30<ra2/rl<2.80。(11b)
如果满足以上不等式中的至少一个，则可以通过成功地校正像差(诸如像场弯曲和倍率色差)来实现高光学性能。此外，可以减小转换镜头RCL的尺寸。
接下来，将描述转换镜头RCL的构造。
如下面在第一和第三至第六示例性实施例中所述，第二透镜元件L2包括胶合透镜，该胶合透镜包括胶合在一起并从物侧到像侧依次布置的负透镜、正透镜和负透镜。这使Petzval和接近零，并成功地校正了像场弯曲。
在一个实施例中，第二透镜元件L2中最接近物体的透镜表面相对于物体凹入。此外，第二透镜元件L2中最接近像的透镜表面相对于图像凹入。这减小了像散。
在一个实施例中，转换镜头RCL中最接近像的透镜元件(例如，包括胶合在一起的多个透镜的单个胶合透镜或单个透镜)具有正屈光力。这使得校正像场弯曲变得容易。
在一个实施例中，转换镜头RCL的每个透镜是球面透镜。在不使用非球面透镜的情况下，转换镜头RCL的制造成本可以较低。
接下来，将描述根据示例性实施例的主镜头ML和根据示例性实施例的转换镜头RCL。
[主镜头]
在本说明书中，主镜头ML的构造对于转换镜头RCL的第一至第六示例性实施例通用。
图1是示出了当无限远物体对焦时的主镜头ML的截面图。图2是当无限远物体对焦时的主镜头ML的像差图。主镜头ML的f数为2.90，半视角为3.16度，后焦距为39mm。在示例性实施例中描述的主镜头ML的各构造仅是示例，并且可以采用能够在像平面IP上形成图像的任何其他光学系统。
[转换镜头]
接下来，将描述根据第一至第六示例性实施例的转换镜头RCL。
图3是示出根据第一示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图4是在将根据第一示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第一示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是转换镜头RCL中的被设置为最接近物体的正透镜Lp。第二透镜元件L2是胶合透镜，其包括负透镜和设置在临近负透镜的像侧的正透镜。负透镜是转换镜头RCL中从物体起的第二透镜。
图5是示出根据第二示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图6是在将根据第二示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第二示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是胶合透镜，其包括在转换镜头RCL中最接近物体的负透镜和设置在临近负透镜的像侧的正透镜Lp。第二透镜元件L2是胶合透镜，其包括负透镜和设置在临近负透镜的像侧的正透镜。负透镜是转换镜头RCL中从物体起的第三透镜。
图7是示出根据第三示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图8是在将根据第三示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第三示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是转换镜头RCL中最接近物体的正透镜Lp。第二透镜元件L2是包括三个透镜的胶合透镜，该三个透镜依次为负透镜、正透镜和负透镜。这些透镜被设置在从转换镜头RCL中最接近物体的透镜起的第二、第三和第四透镜位置。
图9是示出根据第四示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图10是在将根据第四示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第四示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是转换镜头RCL中最接近物体的正透镜Lp。第二透镜元件L2是包括三个透镜的胶合透镜，该三个透镜依次为负透镜、正透镜和负透镜。这些透镜被设置在从转换镜头RCL中最接近物体的透镜起的第二、第三和第四透镜位置。
图11是示出根据第五示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图12是在将根据第五示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第五示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是转换镜头RCL中最接近物体的正透镜Lp。第二透镜元件L2是包括三个透镜的胶合透镜，该三个透镜依次为负透镜、正透镜和负透镜。这些透镜被设置在从转换镜头RCL中最接近物体的透镜起的第二、第三和第四透镜位置。
图13是示出根据第六示例性实施例的转换镜头RCL的截面图。图14是在将根据第六示例性实施例的转换镜头RCL设置在主镜头ML的像侧的情况下当无限远物体对焦时的像差图。
在根据第六示例性实施例的转换镜头RCL中，第一透镜元件L1是转换镜头RCL中最接近物体的正透镜Lp。第二透镜元件L2是包括三个透镜的胶合透镜，该三个透镜依次为负透镜、正透镜和负透镜。这些透镜被设置在从转换镜头RCL中最接近物体的透镜起的第二、第三和第四透镜位置。
在第一至第六示例性实施例的各个中，满足不等式(1)至(11)，使得在转换镜头RCL的尺寸较小的同时实现了高光学性能。
将描述主镜头ML的数值示例性实施例和分别对应于根据第一至第六示例性实施例的转换镜头RCL的第一至第六数值示例性实施例。
在各数值示例性实施例中，面编号指示从物侧起的光学面的顺序。另外，r是光学面的曲率半径(mm)，面编号i处的d是第i个光学面与第i+1个光学面之间的间隔(mm)，nd是光学部件的材料的d线折射率，并且νd是以d线为基准的光学部件的材料的阿贝数。如上所述，阿贝数的定义是：νd＝(Nd-1)/(NF-NC)。
BF是后焦距。在数值示例性实施例中，主镜头ML的后焦距是：光轴上的从最接近像的表面到近轴像平面的距离的空气等效长度。
在数值示例性实施例中，主镜头ML的整个透镜长度是：后焦距和光轴上的从主镜头ML中最接近物体的表面(即，第一透镜表面)到主镜头ML中最接近像的表面(即，最后透镜表面)之间的距离之和。在数值示例性实施例中，转换镜头RCL的整个透镜长度是：光轴上的从转换镜头RCL中最接近物体的透镜表面(即，第一透镜表面)到转换镜头RCL中最接近像的透镜表面(即最后透镜表面)之间的距离。
主镜头ML与转换镜头RCL之间的透镜间隔是：光轴上的从主镜头ML中最接近像的表面到转换镜头RCL中最接近物体的表面之间的距离。主镜头ML与转换镜头RCL之间的间隔由空气等效长度指定。
前主点位置是从最接近物体的表面到前主点的距离，后主点位置是从最接近像的表面到后主点的距离。前主点位置和后主点位置的各数值是近轴量，并且该值的符号在从物侧到像侧的方向上为正。
表1示出了在第一至第六数值示例性实施例中的上述不等式中使用的物理量。表2示出了对应于不等式的值。
在表2中，SFa是在不等式(2)中描述的(ra2+ra1)/(ra2-ra1)的值。
[主镜头]-对于根据第一至第六数值示例性实施例的转换镜头通用
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000161
Figure BDA0003753403940000171
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000172
[转换镜头]
[第一数值示例性实施例]
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000181
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000182
根据第一数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[第二数值示例性实施例]
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000183
Figure BDA0003753403940000191
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000192
根据第二数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[第三数值示例性实施例]
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000193
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000194
根据第三数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[第四数值示例性实施例]
单位mm
面数据
面编号 r d nd νd
1 159.417 3.91 1.80518 25.5
2 -68.675 3.95
3 -50.952 1.20 1.90043 37.4
4 16.198 9.93 1.66565 35.6
5 -32.188 1.20 1.83481 42.7
6 37.352 0.46
7 31.866 5.03 1.72047 34.7
8 -260.827 5.20
9 -75.715 1.50 1.91082 35.3
10 30.495 10.24 1.67300 38.3
11 -41.863 1.60 2.05090 26.9
12 -917.130 1.18
13 544.949 12.25 1.54814 45.8
14 -26.693
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000201
根据第四数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[第五数值示例性实施例]
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000211
各种类型的数据
Figure BDA0003753403940000212
根据第五数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[第六数值示例性实施例]
单位mm
面数据
Figure BDA0003753403940000213
Figure BDA0003753403940000221
根据第六数值示例性实施例的主镜头与转换镜头之间的间隔：6.00
[表1]
Figure BDA0003753403940000222
[表2]
Figure BDA0003753403940000223
Figure BDA0003753403940000231
[根据示例性实施例的摄像装置]
图15A和图15B示出了摄像装置(例如，数字照相机)10的构造。图15A是透视图，图15B是侧视图。摄像装置10包括照相机主体13、主镜头ML、根据上述第一至第六示例性实施例中的任何一个的转换镜头RCL、以及被构造为光电转换由主镜头ML和转换镜头RCL形成的图像的光接收元件(例如，图像传感器)12。可以将诸如CCD传感器和CMOS传感器的图像传感器用作光接收元件12。主镜头ML和转换镜头RCL可以与照相机主体13集成，或者可以分别被布置为可相对于照相机主体13安装和拆卸。在主镜头ML和转换镜头RCL与照相机主体13集成的情况下，转换镜头RCL可以以可插入可移除的方式布置在光轴上。
[根据示例性实施例的可交换镜头]
实施例的方面可应用于可交换镜头，该可交换镜头在同一镜筒中包括主镜头ML和转换镜头RCL，并且可相对于摄像装置安装和拆卸。主镜头ML可以是定焦镜头或变焦镜头。在这种情况下，转换镜头RCL以可插入可移除的方式布置在光轴上。基于经由操作构件或用户界面的用户指令，将转换镜头RCL设置在光轴上或光轴外。
虽然参照示例性实施例对本公开进行了描述，但是应当理解，本公开并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (16)

1.一种转换镜头，其具有负屈光力并被设置在主镜头的像侧，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距，所述转换镜头包括：
第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及
第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，
其中，满足以下不等式：
1.45<|fa/f|<8.55；
-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及
0.15<|f1/f|≦0.520，
其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，以及fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且f1是第一透镜元件的焦距。
2.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，所述转换镜头包括至少一个正透镜，并且
其中，满足以下不等式：
1.58<nAP<1.80
其中，nAP是所述转换镜头中包括的每个正透镜的材料的平均d线折射率。
3.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，所述转换镜头包括至少一个负透镜，并且
其中，满足以下不等式：
1.80<nAN<2.20
其中，nAN是所述转换镜头中包括的每个负透镜的材料的平均d线折射率。
4.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，满足以下不等式：
0.01<|f1/fa|<0.40
其中，f1是第一透镜元件的焦距。
5.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，所述转换镜头中最接近像的透镜表面相对于所述像凹入，并且
其中，满足以下不等式：
0.02<rl/f<0.32
其中，rl是所述透镜表面的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，所述转换镜头包括至少一个正透镜，并且
其中，满足以下不等式：
1.75<nd1<2.00
其中，nd1是所述转换镜头中包括的正透镜当中最接近物体的正透镜的d线折射率。
7.根据权利要求1所述的转换镜头，
其中，第一透镜元件具有正屈光力，并且第二透镜元件具有负屈光力，并且
其中，满足以下不等式：
0.04<f2/f<1.10
其中，f2是第二透镜元件的焦距。
8.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，满足以下不等式：
1.00<ra2/rl<3.40
其中，rl是所述转换镜头中最接近像的透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
9.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，第二透镜元件包括胶合透镜，所述胶合透镜从物侧到像侧依次包括负透镜、正透镜和负透镜。
10.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，第二透镜元件的物侧透镜表面相对于物体凹入。
11.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，第二透镜元件的像侧透镜表面相对于图像凹入。
12.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，所述转换镜头中最接近像的透镜元件具有正屈光力。
13.根据权利要求1所述的转换镜头，其中，满足以下不等式：
30.0<νAN<39.0，
其中，νAN是以d线为基准的所述转换镜头中包括的每个负透镜的材料的平均阿贝数。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的转换镜头，其中，所述转换镜头的每个透镜是球面透镜。
15.一种可交换镜头，其包括主镜头和转换镜头，所述转换镜头具有负屈光力并被构造为插入所述主镜头的光路或从所述主镜头的光路移除，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距，所述转换镜头包括：
第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及
第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，
其中，满足以下不等式：
1.45<|fa/f|<8.55；
-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及
0.15<|f1/f|≦0.520，
其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且f1是第一透镜元件的焦距。
16.一种摄像装置，其包括：
主镜头；
转换镜头，其具有负屈光力并被设置在所述主镜头的光路上，使得整个系统的焦距大于所述主镜头单独的焦距；以及
图像传感器，
所述转换镜头包括：
第一透镜元件，其在所述转换镜头中最接近物体；以及
第二透镜元件，其以在第一透镜元件与第二透镜元件之间留有空间的方式临近第一透镜元件的像侧，
其中，满足以下不等式：
1.45<|fa/f|<8.55；
-80.0<(ra2+ra1)/(ra2-ra1)<-2.00；以及
0.15<|f1/f|≦0.520，
其中，f是所述转换镜头的焦距，na1是第一透镜元件的像侧透镜表面的材料的d线折射率，na2是第二透镜元件的物侧透镜表面的材料的d线折射率，ra1是第一透镜元件的像侧透镜表面的曲率半径，ra2是第二透镜元件的物侧透镜表面的曲率半径，fa是第一透镜元件与第二透镜元件之间的空间的焦距并被定义为fa＝1/[{(1/ra1)×(1-na1)/na2}-{(1/ra2)×(1-na2)/na2}]，并且f1是第一透镜元件的焦距。
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