CN115079388B - 一种全画幅光学系统及电影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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；光焦度为正的第二固定透镜组，第二固定透镜组包括一枚光焦度为负的第三双胶合透镜、以及至少一枚第二正透镜；光焦度为正的第二调焦透镜组，第二调焦透镜组包括一枚第三正透镜、一枚光焦度为正的第四双胶合透镜；光焦度为正的第三固定透镜组。系统的透镜组采用“两组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状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280mm，且全程畸变小于2％，相对照度大于40％。

Description

一种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，特别涉及一种全画幅光学系统及电影镜头。

背景技术

随着电影艺术的发展，人们对于镜头的要求也越来越高，但并不是所有安装在电影摄像机前的镜头都叫电影镜头。静帧摄影师只捕捉某一特定时刻的一幅画，相机镜头就可以满足，但电影摄影师以时间为媒介，利用影像的连续动作进行叙事，就对镜头的光学素质和机械结构提出了较高的要求，而电影镜头就是为这样的拍摄环境量身定做的。

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一枚弯月型的第一负透镜、至少两枚双凸型的第一正透镜、一枚光焦度为正的第一双胶合透镜，所述弯月型的第一负透镜朝向物方的一侧为凸面；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双凹型的第二负透镜、以及一枚光焦度为正的第二双胶合透镜；光焦度为正的第二固定透镜组，所述第二固定透镜组包括一枚光焦度为负的第三双胶合透镜、以及至少一枚第二正透镜；光焦度为正的第二调焦透镜组，所述第二调焦透镜组包括一枚第三正透镜、一枚光焦度为正的第四双胶合透镜；光焦度为正的第三固定透镜组，所述第三固定透镜组包括一枚第三负透镜。

根据本发明实施例的一种全画幅光学系统，至少具有如下有益效果：

系统的透镜组采用“两组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状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280mm，且全程畸变小于2％，相对照度大于40％。

根据本发明的一些实施例，所述第三固定透镜组包括的负透镜为弯向像面的弯月型透镜或者双凹型透镜。

根据本发明的一些实施例，所述第三固定透镜组还包括一枚双凸型的第四正透镜或者一枚第五双胶合透镜。

根据本发明的一些实施例，所述第一固定透镜组的焦距F1与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.45≤F1/F≤0.61；

所述第一调焦透镜组的焦距F2与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-0.64≤F2/F≤-0.45；

所述第二固定透镜组的焦距F3与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

1.04≤F3/F≤1.6；

所述第二调焦透镜组的焦距F4与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.91≤F4/F≤2.54；

所述第三固定透镜组的焦距F5与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-1.52≤F5/F≤-1.24；

所述全画幅光学系统的焦距F和光学总长L满足以下关系式：

0.28≤F/L≤0.39。

根据本发明的一些实施例，所述第一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，所述全画幅光学系统的焦距F＝75mm，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一种全画幅光学系统的结构示意图；

图2为本发明一种实施例在物距无穷远时的MTF图；

图3为本发明一种实施例在-1x放大倍率时的MTF图；

图4为本发明一种实施例在物距无穷远时的畸变图；

图5为本发明一种实施例在-1x放大倍率时的畸变图；

图6为本发明另一种实施例的一种全画幅光学系统的结构示意图；

图7为本发明另一种实施例在物距无穷远时的MTF图；

图8为本发明另一种实施例在-1x放大倍率时的MTF图；

图9为本发明另一种实施例在物距无穷远时的畸变图；

图10为本发明另一种实施例在-1x放大倍率时的畸变图。

附图标号：

弯月型的第一负透镜11、第一双胶合透镜13、14、第一正透镜12、第一正透镜15、第一正透镜16、

双凹型的第二负透镜21、第二双胶合透镜22、23、

第三双胶合透镜31、32、第二正透镜33、

第三正透镜41、第四双胶合透镜42、43、

第三负透镜51、第四正透镜52、第四负透镜53。

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、光焦度为负的第一调焦透镜组、光焦度为正的第二固定透镜组、光焦度为正的第二固定透镜组、光焦度为正的第三固定透镜组。

其中，第一固定透镜组包括一枚弯月型的第一负透镜11、至少两枚双凸型的第一正透镜(图中以第一正透镜12、第一正透镜15、第一正透镜16为例)、一枚光焦度为正的第一双胶合透镜13、14，弯月型的负透11朝向物方的一侧为凸面；轴外视场的光线经过第一固定透镜组弯月型的第一负透镜11后角度减小，使得后组与视场有关的彗差、场曲、畸变稍微减少，但上述弯月型的第一负透镜11与后组拉开一定距离后，光线口径增大较多，因此将产生较多的球差，正透镜12、正透镜15、正透镜16可以使得光线汇聚后孔径减小，从而减小球差，同时双胶合透镜13、14的正负透镜的色散系数相差较大，可以有效降低色差。

第一调焦透镜组包括至少一枚双凹型的第二负透镜21、以及一枚光焦度为正的第二双胶合透镜22、23，第二双胶合透镜22、23的正负透镜色散系数相差较大，有益于降低色差。整个第一调焦透镜组光焦度为负，可以在整个调焦过程中有效的改变整个系统的等效焦距，从而提高不同物距的成像质量。

第二固定透镜组包括一枚光焦度为负的第三双胶合透镜31、32、以及至少一枚第二正透镜33；由于第二固定透镜组为组合光焦度为正的群组，光线经过前面群组的发散之后口径变的比较大，因此在此处减小球差成为重点，双胶合透镜的正透镜32和第三正透镜33可以分摊减小球差；此外，由于第二固定透镜组处在靠近光阑STO的位置，负的双胶合透镜31、32可以有效降低轴上色差。

第二调焦透镜组包括一枚第三正透镜41、一枚光焦度为正的第四双胶合透镜42、43；第三固定透镜组至少包括一枚第三负透镜51。

可以看出，本系统的透镜组采用“两组对焦，三组固定”的结构型式，对各光学镜片的光焦度、形状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280mm，且全程畸变小于2％，相对照度大于40％。

在本发明的一些实施例中，第三固定透镜组包括的第三负透镜51为弯向像面的弯月型透镜或者双凹型透镜，图中以弯向像面的弯月型透镜进行示意。

在本发明的一些实施例中，第三固定透镜组还包括一枚双凸型的第四正透镜52或者一枚第五双胶合透镜，分别如图1和图6所示，其中，第五双胶合透镜由第四正透镜52和第四负透镜53胶合而成。

在本发明的一些实施例中，第一固定透镜组的焦距F1与全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.45≤F1/F≤0.61；

第一调焦透镜组的焦距F2与全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-0.64≤F2/F≤-0.45；

第二固定透镜组的焦距F3与全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

1.04≤F3/F≤1.6；

第二调焦透镜组的焦距F4与全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.91≤F4/F≤2.54；

第三固定透镜组的焦距F5与全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-1.52≤F5/F≤-1.24；

全画幅光学系统的焦距F和光学总长L满足以下关系式：

0.28≤F/L≤0.39。

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，第一调焦透镜组与第二固定透镜组之间设置有光阑STO，利用光阑来限制光束口径。

以下两个具体的实施例来说明该微距电影镜头。具体符合上述条件的各实施例的参数如下表1所示：半径R、厚度的单位均为毫米。

	实施例1(0.50)	实施例2(0.57)
			F1	40.73	43.80
F2	-37.03	-48.69
			F3	118.80	78.57
F4	67.94	190.55
			F5	-93.63	-114.08

表1

其中，F1至F5分别为第一调焦透镜组至第三固定透镜组的焦距，参数0.50与0.57分别为F1至F5分别与全画幅光学系统的焦距F的比值。在本发明的一些实施例中，全画幅光学系统的焦距F＝75mm，FNO＝2.8，成像尺寸为36mm×24mm。

实施例1的具体参数如表2所示：

表2实施例1针对不同物距(不同倍率)的调焦数据如下表3：

	无穷远	-0.5x	-1x
				D1	0.6636	4.2509	8.8148
D2	10.4169	6.8296	2.2657
				D3	19.9763	10.1334	0.2
D4	2	11.8429	21.7763

表3

参见图1，结合表1至表3，本实施例通过第一调焦组和第二调焦组的移动来保证不同物距的成像质量。

图2所示，为本实施例1在物距无穷远时的MTF，图3所示，为本实施例1在-1x放大倍率时的MTF，可以看出，在不同像高下MTF值始终处于高位，光学性能极好。图4所示，为本实施例1在物距无穷远时的畸变，图5所示为本实施例1在-1x放大倍率时的畸变，在不同像高下畸变小于1.5。

实施例2的具体参数如表4所示：

表4实施例2针对不同物距(不同倍率)的调焦数据如下表5：

	无穷远	-0.5x	-1x
				D1	0.6	5.7779	11.414
D2	11.814	6.6362	1.0
				D3	48.6904	23.5053	0.6
D4	2.6890	27.8741	50.7794

表5

参见图6，结合表4至表5，本实施例通过第一调焦组和第二调焦组的移动来保证不同物距的成像质量。

图7所示，为本实施例1在物距无穷远时的MTF，图8所示，为本实施例1在-1x放大倍率时的MTF，可以看出，在不同像高下MTF值始终处于高位，光学性能极好。图9所示，为本实施例1在物距无穷远时的畸变，图10所示，为本实施例1在-1x放大倍率时的畸变，在不同像高下畸变小于1.5。

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，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，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。

本发明还包括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，实现不同物距的高分辨率、低畸变、高相对照度的要求。所有镜片均为玻璃材料，温度适用范围广，不易老化使用寿命长。

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 (10)

1.一种全画幅光学系统，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一枚弯月型的第一负透镜、至少两枚双凸型的第一正透镜、一枚光焦度为正的第一双胶合透镜，所述弯月型的第一负透镜朝向物方的一侧为凸面；

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双凹型的第二负透镜、以及一枚光焦度为正的第二双胶合透镜；

光焦度为正的第二固定透镜组，所述第二固定透镜组包括一枚光焦度为负的第三双胶合透镜、以及至少一枚第二正透镜；

光焦度为正的第二调焦透镜组，所述第二调焦透镜组包括一枚第三正透镜、一枚光焦度为正的第四双胶合透镜；

光焦度为正的第三固定透镜组，所述第三固定透镜组包括一枚第三负透镜。

2.根据权利要求1所述的全画幅光学系统，其特征在于：所述第三固定透镜组包括的第三负透镜为弯向像面的弯月型透镜或者双凹型透镜。

3.根据权利要求2所述的全画幅光学系统，其特征在于：所述第三固定透镜组还包括一枚双凸型的第四正透镜或者一枚第五双胶合透镜。

4.根据权利要求1所述的全画幅光学系统，其特征在于：

所述第一固定透镜组的焦距F1与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.45≤F1/F≤0.61；

所述第一调焦透镜组的焦距F2与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-0.64≤F2/F≤-0.45；

所述第二固定透镜组的焦距F3与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

1.04≤F3/F≤1.6；

所述第二调焦透镜组的焦距F4与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

0.91≤F4/F≤2.54；

所述第三固定透镜组的焦距F5与所述全画幅光学系统的焦距F满足如下关系式：

-1.52≤F5/F≤-1.24；

所述全画幅光学系统的焦距F和光学总长L满足以下关系式：

0.28≤F/L≤0.39。

5.根据权利要求1所述的全画幅光学系统，其特征在于：所述第一调焦透镜组与所述第二固定透镜组之间设置有光阑。

6.根据权利要求1所述的全画幅光学系统，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。

7.根据权利要求6所述的全画幅光学系统，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。

8.根据权利要求7所述的全画幅光学系统，其特征在于：所述感光芯片与滤光片之间设置有保护玻璃。

9.根据权利要求1所述的全画幅光学系统，其特征在于：所述全画幅光学系统的焦距F＝75mm，FNO＝2.8，成像尺寸为36mm×24mm。

10.一种电影镜头，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9任一所述的一种全画幅光学系统。

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