CN116974052B - 全画幅变形镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明供了一种全画幅变形镜头，包括从物方到像方依次设置的第一球面透镜组、第二球面透镜组、变形镜组、第三球面透镜组、光阑孔径和第四球面透镜组，所述第一球面透镜组具有负光焦度，所述第二球面透镜组、第三球面透镜组和第四球面透镜组均具有正光焦度；所述变形镜组包括前置球面透镜、第一柱面透镜、第二柱面透镜、第三柱面透镜和第四柱面透镜；物体从无穷远向近处移动时，合焦过程中第二球面透镜组沿光轴向着像侧方向移动，其余透镜组相对于像面位置保持不变。本发明实现了镜头水平拍摄的视场角增加，使实际拍摄的画面宽度变大，同时使焦外光斑变成椭圆形状，在不同工作距下拥有相同变宽比例。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种全画幅变形镜头。
背景技术
随着时代科技的飞速发展，摄影及视频成了生活中必不可少的一部分。再者，使用手机、相机等工具拍摄短片、Vlog、微电影等视频的人越来越多。常规的拍照设备的拍摄比例为3:2或者16:9，而常用的电影放映画幅为2.4:1甚至更大比例的画幅，现下人们对画质的要求越来越高，对变形镜头的需求也在不断的提升，而且微电影或者视频拍摄需要不同焦段的镜头进行配合。
目前，专业的变形电影镜头通常面向专利级别的客户，不仅价格昂贵，还因其体积、重量原因无法随时携带，而普通的变形电影镜头通常变形比例一致性较差，水平方向视角宽度较窄，成像效果不理想。
发明内容
本发明针对现有技术存在之缺失，提供一种全画幅变形镜头，其体积小重量轻，内部调焦部件放置在变形镜组之前，变形镜组又在光阑孔径前，具有成像优异，变形比例一致，焦外光斑椭圆等特点。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种全画幅变形镜头，包括从物方到像方依次设置的第一球面透镜组、第二球面透镜组、变形镜组、第三球面透镜组、光阑孔径和第四球面透镜组，所述第一球面透镜组具有负光焦度，所述第二球面透镜组、第三球面透镜组和第四球面透镜组均具有正光焦度；
所述第一球面透镜组由从物方到像方依次设置的第一球面透镜和第二球面透镜组成，所述第一球面透镜具有负光焦度，所述第二球面透镜具有正光焦度；所述第二球面透镜组由从物方到像方依次设置的第三球面透镜、第四球面透镜和第五球面透镜组成，所述第五球面透镜具有负光焦度，所述第三球面透镜和第四球面透镜具有正光焦度；
所述变形镜组由前置球面透镜、第一柱面透镜、第二柱面透镜、第三柱面透镜和第四柱面透镜组成，其中，所述第一柱面透镜、第二柱面透镜、第三柱面透镜和第四柱面透镜构成压缩镜片组，所述前置球面透镜具有正光焦度，所述第一柱面透镜和第三柱面透镜具有负光焦度，所述第二柱面透镜和第四柱面透镜具有正光焦度；物体从无穷远向近处移动时，合焦过程中第二球面透镜组沿光轴向着像侧方向移动，其余透镜组相对于像面位置保持不变；所述第一球面透镜组满足以下条件式：
1.0≤|F1/F|≤3.0 (1)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F1表示第一球面透镜组的焦距。
作为一种优选技术方案，所述第二球面透镜组满足以下条件式：
20≤|F2/DA|≤40 (2)；
其中，DA表示物距从无限远到变形方向0.03倍放大倍率时第二球面透镜组移动的距离，F2表示第二球面透镜组的焦距。
作为一种优选技术方案，所述第一柱面透镜和第二变形镜组合为胶合透镜，所述第三柱面透镜和第四变形镜组合为胶合透镜，变形镜组满足以下条件式：
0.5≤|Fy/L|≤2.0 (3)；
0.35≤|Fz1/（Fz2+DAz）|≤160 (4)；
其中，L表示整个全画幅变形镜头的长度，Fy表示y方向柱面镜组的焦距，Fz1为变形镜组中第一柱面透镜和第二柱面透镜组成胶合透镜的合成焦距，Fz2为变形镜组中第三柱面透镜和第四柱面透镜组成胶合透镜的合成焦距，DAz为第一柱面透镜面向物侧的表面和第四柱面透镜面向像侧的表面之间的总长度。
作为一种优选技术方案，所述第三球面透镜组满足以下条件式：
3.0≤F3/F≤5.0 (5)；
其中，F表示全画幅变形镜头的焦距，F3表示第三球面透镜组的合成焦距。
作为一种优选技术方案，所述第四球面透镜组满足以下条件式：
0.8≤F4/F≤3.2 (6)；
其中，F表示全画幅变形镜头的焦距，F4表示第四球面透镜组的合成焦距。
作为一种优选技术方案，所述第一球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第二球面透镜面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面，所述第三球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第四球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第五球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
作为一种优选技术方案，所述第三球面透镜组由从物方到像方依次设置的第六球面透镜、第七球面透镜和第八球面透镜组成，所述第六球面透镜和第七球面透镜具有正光焦度，所述第八球面透镜具有负光焦度，所述第七球面透镜和第八球面透镜组成胶合透镜组。
作为一种优选技术方案，所述第六球面透镜面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面；所述第七球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第八球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
作为一种优选技术方案，所述第四球面透镜组由从物方到像方依次设置的第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二球面透镜和第十三球面透镜组成，所述第九球面透镜和第十三球面透镜具有负光焦度，所述第十球面透镜、第十一球面透镜和第十二球面透镜具有正光焦度，所述第十二球面透镜和第十三球面透镜组成胶合透镜组。
作为一种优选技术方案，所述第九球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第十球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十一球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十二球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十三球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
该全画幅变形镜头使水平方向视角变宽33%，同时使得焦外光斑变成椭圆形状，在不同工作距离下拥有相同变宽比例；通过将调焦组设置在变形镜组前面，使得对焦在不同距离下的变形比例一致；通过将变形镜组设置在光阑孔径前，保证焦外光斑椭圆，提高成像效果；第一球面透镜组负光焦度能够减小前端口径，使得镜头整体口径较小；第二球面透镜组的正光焦度可以有效补正前后镜组引入的正球差，缩小一定系统的长度，同时使得不同对焦距离下的视场角变化非常轻微；变形镜组之间间隔适中，保证体积较小的同时使得柱面透镜之间相对平行公差较低。
为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明之实施例1在YZ、XZ方向结构示意图；
图2为本发明之实施例1在无限远合焦时的球面像差示意图；
图3为本发明之实施例1在无限远合焦时的场曲示意图；
图4为本发明之实施例1在无限远合焦时的畸变示意图;
图5为本发明之实施例1在最近合焦距离时的球面像差示意图；
图6为本发明之实施例1在最近合焦距离时的场曲示意图；
图7为本发明之实施例1在最近合焦距离时的畸变示意图；
图8为本发明之实施例2的YZ、XZ方向结构示意图；
图9为本发明之实施例2在无限远合焦时的球面像差示意图；
图10为本发明之实施例2在无限远合焦时的场曲示意图；
图11为本发明之实施例2在无限远合焦时的畸变示意图；
图12为本发明之实施例2在最近合焦距离时的球面像差示意图；
图13为本发明之实施例2在最近合焦距离时的场曲示意图；
图14为本发明之实施例2在最近合焦距离时的畸变示意图；
图15为本发明之实施例3的YZ、XZ方向结构示意图；
图16为本发明之实施例3在无限远合焦时的球面像差示意图；
图17为本发明之实施例3在无限远合焦时的场曲示意图；
图18为本发明之实施例3在无限远合焦时的畸变示意图；
图19为本发明之实施例3在最近合焦距离时的球面像差示意图；
图20为本发明之实施例3在最近合焦距离时的场曲示意图；
图21为本发明之实施例3在最近合焦距离时的畸变示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1- 21所示，本发明的一种全画幅变形镜头，包括从物方到像方依次设置的第一球面透镜组G1、第二球面透镜组G2、变形镜组G3、第三球面透镜组G4、光阑孔径STOP、第四球面透镜组G5、保护玻璃GL和像面IMG，所述第一球面透镜组G1具有负光焦度，所述第二球面透镜组G2、第三球面透镜组G4和第四球面透镜组G5均具有正光焦度；
所述变形镜组G3由从物方到像方依次设置的前置球面透镜L31、第一柱面透镜L32、第二柱面透镜L33、第三柱面透镜L34和第四柱面透镜L35组成，其中，第一柱面透镜L32、第二柱面透镜L33、第三柱面透镜L34和第四柱面透镜L35构成压缩镜片组Gb，所述第一柱面透镜L32和第二柱面透镜L33组合为胶合透镜，所述第三柱面透镜L34和第四柱面透镜L35组合为胶合透镜，所述第一柱面透镜L32和第三柱面透镜L34具有负光焦度，所述第二柱面透镜L33和第四柱面透镜L35具有正光焦度；前置球面透镜L31面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；第一柱面透镜L32面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；第二柱面透镜L33面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面；第三柱面透镜L34面向物方之前表面为平面，面向像方之后表面为凹面；第四柱面透镜L35面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面。
物体从无穷远向近处移动时，合焦过程中第二球面透镜组G2沿光轴向着像侧方向移动，其余透镜组相对于像面位置保持不变；
所述第一球面透镜组G1满足以下条件式：
1.0≤|F1/F|≤3.0 (1)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F1表示第一球面透镜组G1的焦距。
若满足条件式(1)，孔径光阑处于光学系统中合适的位置，保持了系统的良好成像性能，将柱面透镜设置在光阑前，保证了拍摄不同距离下的物体时的变形比例一致性，使焦外光斑椭圆。
所述第二球面透镜组G2满足以下条件式：
20≤|F2/DA|≤40 (2)；
其中，DA表示物距从无限远到变形方向0.03倍放大倍率时第二球面透镜组G2移动的距离，F2表示第二球面透镜组G2的焦距。
所述变形镜组G3满足以下条件式：
0.5≤|Fy/L|≤2.0 (3)；
0.35≤|Fz1/（Fz2+DAz）|≤160 (4)；
其中，L表示整个全画幅变形镜头的长度，Fy表示y方向变形镜组G3的焦距，Fz1为变形镜组G3中第一柱面透镜L32和第二柱面透镜L33组成胶合透镜的合成焦距，Fz2为变形镜组中第三柱面透镜L34和第四柱面透镜L35组成胶合透镜的合成焦距，DAz为第一柱面透镜面L32向物侧的表面和第四柱面透镜L35面向像侧的表面之间的总长度。
所述第三球面透镜组G4，满足条件式：
4.0≤F3/F≤5.5 (5)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F3表示第三球面透镜组G4的合成焦距。
所述第四球面透镜组G5满足以下条件式：
4.5≤F4/F≤7.0 (6)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F4表示第四球面透镜组G5的合成焦距。
本发明中，所述第一球面透镜组G1由从物方到像方依次设置的第一球面透镜L11、第二球面透镜L12组成，所述第一球面透镜L11具有负光焦度、第二球面透镜L12具有正光焦度；所述第一球面透镜面L11向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第二球面透镜L12面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面。
所述第二球面透镜组G2由从物方到像方依次设置的第三球面透镜L21、第四球面透镜L22和第五球面透镜L23组成，所述第五球面透镜L23具有负光焦度，所述第三球面透镜L21和第四球面透镜L22具有正光焦度；所述第三球面透镜L21面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第四球面透镜L22面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第五球面透镜L23面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
所述第三球面透镜组G4由从物方到像方依次设置的第六球面透镜L41、第七球面透镜L42和第八球面透镜L43组成，所述第六球面透镜L41和第七球面透镜L42具有正光焦度，所述第八球面透镜L43具有负光焦度，所述第七球面透镜L42和第八球面透镜L43组成胶合透镜；所述第四球面透镜组G5由从物方到像方依次设置的第九球面透镜L51、第十球面透镜L52、第十一球面透镜L53、第十二球面透镜L54和第十三球面透镜L55组成，所述第九球面透镜L51和第十三球面透镜L55具有负光焦度，所述第十球面透镜L52、第十一球面透镜L53和第十二球面透镜L54具有正光焦度。所述第十二球面透镜L54和第十三球面透镜L55组成胶合透镜。所述第六球面透镜L41面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面；所述第七球面透镜L42面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第八球面透镜L43面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第九球面透镜L51面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第十球面透镜L52面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十一球面透镜L53面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十二球面透镜L54面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十三球面透镜L55面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
实施例1
图1所示的是实施例1的全画幅变形镜头的结构示意图，所述全画幅变形镜头的数值数据如表1和表2所示：
表1
表2
其中，面序号表示从物侧至像侧各镜片的表面序号；图2-4示出实施例1在无限远合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图，图5-7示出实施例1在最近距离合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图。
球面像差曲线图表示的是在光圈数为2.0时的球面像差曲线，其中，F线、D线、C线分别代表在波长486nm、波长587nm、波长656nm的球面像差，横坐标表示球差值大小，纵坐标表示视场。场曲曲线图表示的是在半视场角ω为15.680时的场曲曲线，其中，实线S表示主光线d线在弧矢像面的值，实线T表示主光线d线在子午像面的值，横坐标表示场曲值大小，纵坐标表示视场。畸变曲线图表示的是在半视场角ω为15.680时的畸变曲线，其中，横坐标表示畸变值，纵坐标表示视场。有关各种球面像差、场曲、畸变曲线图的上述说明与其他实施例相同，下文中将不再赘述。由图示2-7可以看出，本实施例1的全画幅变形镜头具有良好的成像效果。
实施例2
如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于镜头的透镜参数不同。以下，表3和表4示出关于本实施例的全画幅变形镜头的各种数值数据。
表3
表4
其中，面序号表示从物侧至像侧各镜片的表面序号；
图9-11示出实施例2在无限远合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图，图12-14示出实施例2在最近距离合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图。由图示9-14可以看出，本实施例的全画幅变形镜头具有良好的成像效果。
实施例3
如图15所示，本实施例与实施例1的区别在于全画幅变形镜头的透镜参数不同。以下，表5和表6示出关于本实施例的全画幅变形镜头的各种数值数据。
表5
表6
其中，面序号表示从物侧至像侧各镜片的表面序号；
图16-18示出实施例3在无限远合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图，图19-21示出实施例3在最近距离合焦时的球面像差、场曲、畸变曲线图。由图示16-21可以看出，本实施例的全画幅变形镜头具有良好的成像效果。
表7示出了各个实施例的条件式1-6的计算值一览表：
表7
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种全画幅变形镜头，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的第一球面透镜组、第二球面透镜组、变形镜组、第三球面透镜组、光阑孔径和第四球面透镜组，所述第一球面透镜组具有负光焦度，所述第二球面透镜组、第三球面透镜组和第四球面透镜组均具有正光焦度；所述全画幅变形镜头中具有屈光度的镜组由：所述第一球面透镜组、所述第二球面透镜组、所述变形镜组、所述第三球面透镜组和所述第四球面透镜组组成；
所述第一球面透镜组由从物方到像方依次设置的第一球面透镜和第二球面透镜组成，所述第一球面透镜具有负光焦度，所述第二球面透镜具有正光焦度；所述第二球面透镜组由从物方到像方依次设置的第三球面透镜、第四球面透镜和第五球面透镜组成，所述第五球面透镜具有负光焦度，所述第三球面透镜和第四球面透镜具有正光焦度；
所述变形镜组由前置球面透镜、第一柱面透镜、第二柱面透镜、第三柱面透镜和第四柱面透镜组成，所述前置球面透镜具有正光焦度，所述第一柱面透镜和第三柱面透镜具有负光焦度，所述第二柱面透镜和第四柱面透镜具有正光焦度；
所述第三球面透镜组由从物方到像方依次设置的第六球面透镜、第七球面透镜和第八球面透镜组成，所述第六球面透镜和第七球面透镜具有正光焦度，所述第八球面透镜具有负光焦度，所述第七球面透镜和第八球面透镜组成胶合透镜组；
所述第四球面透镜组由从物方到像方依次设置的第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二球面透镜和第十三球面透镜组成，所述第九球面透镜和第十三球面透镜具有负光焦度，所述第十球面透镜、第十一球面透镜和第十二球面透镜具有正光焦度，所述第十二球面透镜和第十三球面透镜组成胶合透镜组；
物体从无穷远向近处移动时，合焦过程中第二球面透镜组沿光轴向着像侧方向移动，其余透镜组相对于像面位置保持不变；所述第一球面透镜组满足以下条件式：
1.0≤|F1/F|≤3.0 (1)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F1表示第一球面透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第二球面透镜组满足以下条件式：
20≤|F2/DA|≤40 (2)；
其中，DA表示物距从无限远到变形方向0.03倍放大倍率时第二球面透镜组移动的距离，F2表示第二球面透镜组的焦距。
3.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第一柱面透镜和第二变形镜组合为胶合透镜，所述第三柱面透镜和第四变形镜组合为胶合透镜，变形镜组满足以下条件式：
0.5≤|Fy/L|≤2.0 (3)；
0.35≤|Fz1/（Fz2+DAz）|≤160 (4)；
其中，L表示整个全画幅变形镜头的长度，Fy表示y方向柱面镜组的焦距，Fz1为变形镜组中第一柱面透镜和第二柱面透镜组成胶合透镜的合成焦距，Fz2为变形镜组中第三柱面透镜和第四柱面透镜组成胶合透镜的合成焦距，DAz为第一柱面透镜面向物侧的表面和第四柱面透镜面向像侧的表面之间的总长度。
4.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第三球面透镜组满足以下条件式：
3.0≤F3/F≤5.0 (5)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F3表示第三球面透镜组的合成焦距。
5.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第四球面透镜组满足以下条件式：
0.8≤F4/F≤3.2 (6)；
其中，F表示无限远状态下，整个全画幅变形镜头的焦距，F4表示第四球面透镜组的合成焦距。
6.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第一球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第二球面透镜面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面；所述第三球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第四球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第五球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
7.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第六球面透镜面向物方之前表面为凸面，面向像方之后表面为凹面；所述第七球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第八球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
8.根据权利要求1所述的全画幅变形镜头，其特征在于，所述第九球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面；所述第十球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十一球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十二球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凸面；所述第十三球面透镜面向物方之前表面和面向像方之后表面均为凹面。
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