一种超广角大光圈变形镜头的制作方法

1.本发明涉及镜头技术领域，具体涉及一种焦距24mm的半画幅大光圈变形镜头。


背景技术：

2.随着互联网技术的飞速发展，拍照和视频成为普通消费者生活必不可少的一部分。近几年随着5g等技术推动，vlog等视频分享越来越多，使用手机、相机等工具拍摄短片、微电影人群越来越多。
3.然而目前市面上手机、平板电脑、相机等设备常规拍摄比例为16：9，而具有电影感的宽荧屏视频的比例为2.4：1。同时好的微电影或视频拍摄需要不同焦段变形镜头互相配合，其中超广角变形镜头在拍摄中必不可少。
4.一些专业变形电影镜头品牌如：德国－霍克(hawk)、英国－库克(cooke)、德国－阿莱(arri)、美国－潘那维申(panavison)、法国－安琴(angenieux)和香港的slr，这些品牌的超广角变形镜头通常面向专业级别的客户，不仅价格昂贵还因其体积、重量原因无法随时携带。
5.价格昂贵、质量较大的专业变形镜头不适合普通用户使用。因此如何将视频拍摄中非常重要的超广角大光圈变形镜头体积做小、重量做轻是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中专业超广角大光圈变形镜头质量较大价格较高而不适合普通用户使用的缺陷，从而提供一种轻便超广角大光圈变形镜头。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
8.一种超广角大光圈变形镜头，包括从物方到像方依次设置的柱面透镜组和球面透镜组；所述柱面透镜组包括从物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜和所述第二透镜为负光焦度柱面透镜，所述第三透镜和第四透镜为正光焦度柱面透镜；其中，所述第四透镜的母线和所述第三透镜的母线垂直；所述球面透镜组沿光路指向像方的方向依次设置第五透镜、第六透镜、...、第n透镜；其中，n为大于或等于10的自然数；
9.构成所述柱面透镜组和所述球面透镜组的透镜的光焦度分配满足如下关系：
10.23.6mm＜f
(1－n)
y＜24.4mm；
11.17.6mm＜f
(1－n)
x＜19.2mm；
12.1.20＜f
(1－n)
y/f
(1－n)
x＜1.40；
13.3.50＜f4y/f
(2－3)
x＜4.20；
14.规定x方向为第一透镜的曲率方向，y方向为与第一透镜的曲率方向成90度的另一方向；其中，f的下标数字代表构成变形镜头的各枚透镜的编号，f
(m－n)
y表示第m透镜至第n透镜合计(n－m 1)枚透镜在y方向的组合光学焦距，f
(m－n)
x表示第m透镜至第n透镜合计
(n－m 1)枚透镜在x方向的组合光学焦距；m为大于或等于1且小于n的自然数。
15.进一步地，所述球面透镜组沿光路指向像方的方向依次设置第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜。
16.进一步地，所述第一透镜作为变形镜头的前固定组，所述第二透镜至所述第六透镜作为变形镜头的内对焦组，所述第七透镜至所述第十三透镜作为变形镜头的后固定组；其中，所述前固定组、所述内对焦组和所述后固定组的光焦度分配满足如下关系：
17.－3.10＜f1x/f
(1－13)
x＜－2.70；
18.－2.10＜f
(2－6)
y/f
(1－13)
y＜－1.60；
19.－10.20＜f
(2－6)
x/f
(1－13)
x＜－9.20；
20.2.40＜f
(7－13)
x/f
(1－13)
x＜2.80；
21.规定x方向为第一透镜的曲率方向，y方向为与第一透镜的曲率方向成90度的另一方向；其中，f的下标数字代表构成变形镜头的各枚透镜的编号，f
(m－n)
y表示第m透镜至第n透镜合计(n－m 1)枚透镜在y方向的组合光学焦距，f
(m－n)
x表示第m透镜至第n透镜合计(n－m 1)枚透镜在x方向的组合光学焦距；m为大于或等于1且小于n的自然数。
22.进一步地，所述第五透镜、所述第九透镜和所述第十透镜均为负光焦度球面透镜，所述第六透镜、第七透镜、所述第八透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜和所述第十三透镜均为正光焦度球面透镜。
23.进一步地，所述第四透镜的母线同所述第三透镜的母线互相垂直。
24.进一步地，所述第二透镜和所述第三透镜粘合一起。
25.进一步地，所述第八透镜和所述第九透镜粘合一起。
26.进一步地，所述第十透镜和所述第十一透镜粘合一起。
27.进一步地，所述变形镜头的长度小于130mm，且前端可匹配口径67mm的通用滤镜。
28.进一步地，所述变形镜头y方向焦距为24.4mm，x方向焦距为18.3mm，光圈为2.8。
29.进一步地，所述变形镜头的质量小于750g。
30.本发明技术方案，具有如下优点：
31.1.本发明提供的超广角大光圈变形镜头，使用整体设计的方法，将四枚柱面透镜和九枚球面透镜进行整体像差矫正，从而将镜头水平拍摄的视场角增加，使实际拍摄的画面宽度变大。无需进行后期剪辑，在不牺牲像素的前提下也能得到2.4：1的宽荧幕视频或照片。同时因方案为前置变形设计，本方案的变形镜头除了变形功能外还会有椭圆形焦外光斑和科幻线条耀斑等光学特性。
32.2.本发明提供的超广角大光圈变形镜头，光学结构独特采用x方向和y方向柱面透镜进行综合设计，其中第一透镜、第二透镜和第三透镜的母线互相平行，第四透镜的母线同前面三个柱面透镜母线互相垂直；由于柱面镜片的非旋转对称的光学属性，因此增加y方向柱面镜片有利于变形镜头的像散像差的矫正。
33.3.本发明提供的超广角大光圈变形镜头，采用内对焦设计，将从物方到像方依次设置的十三枚透镜中的第一透镜作为前固定组、第二透镜至第六透镜作为内对焦组、第七透镜至第十三透镜作为后固定组的构成结构，通过内对焦组在镜头内部运动，可以实现镜头对不同物距对焦。
34.4.本发明提供的超广角大光圈变形镜头，采用柱面透镜和球面透镜一体化的紧凑
设计，在实现大光圈f2.8同时实现轻量化设计；其中镜头长度小于130mm，镜头前端可以匹配外径67mm的通用滤镜，镜头质量小于750g。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明的x方向定义剖面示意图；
37.图2为本发明的y方向定义剖面示意图；
38.图3为本发明的第一种实施方式x方向光学结构图；
39.图4为本发明的第一种实施方式y方向光学结构图；
40.图5为本发明的第二种实施方式x方向光学结构图；
41.图6为本发明的第二种实施方式y方向光学结构图；
42.图7为本发明的第三种实施方式x方向光学结构图；
43.图8为本发明的第三种实施方式y方向光学结构图。
44.附图标记说明：
45.1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、第八透镜；9、第九透镜；10、第十透镜；11、第十一透镜；12、第十二透镜；13、第十三透镜；14、前固定组；15、内对焦组；16、后固定组。
具体实施方式
46.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
50.实施例一
51.如图3－4所示的一种24mm焦距半画幅超广角大光圈变形镜头，该变形镜头由十三
枚透镜沿光路从物方到像方排列构成，分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12和第十三透镜13。
52.其中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4为柱面透镜，第二透镜2和第三透镜3粘合在一起。第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12和第十三透镜13均为球面透镜。
53.其中，第一透镜1和第二透镜2为负柱面透镜、第三透镜3和第四透镜4为正光焦度柱面透镜，且第四透镜母线同第三透镜母线垂直。第五透镜5、第九透镜9、第十透镜10均为负光焦度球面透镜，第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13均为正光焦度球面透镜。其中第八透镜8和第九透镜9粘合一起，第十透镜10和第十一透镜11粘合一起。
54.粘合在一起的透镜看做一个整体，因此，本实施例的变形镜头由13片10组构成。
55.对于第二透镜2和第三透镜3、第八透镜8和第九透镜9、第十透镜10和第十一透镜11之间的结合方式不做具体限制，本实施例中，结合的方式为粘合。作为可替换的实施方式，基于本发明的构思，为了与本技术进行区别，而对上述结合方式进行改变后，如贴合、一体成型等结合方式，再对结合后的透镜形状进行适应性变更的，也应纳入本技术的保护范围中。
56.对于各个透镜的实际参数的具体数值，不做具体限制，本实施例中，各透镜或透镜组的光焦度均满足下列数学关系：
57.23.6mm＜f
(1－n)
y＜24.4mm；
58.17.6mm＜f
(1－n)
x＜19.2mm；
59.1.20＜f
(1－n)
y/f
(1－n)
x＜1.40；
60.3.50＜f4y/f
(2－3)
x＜4.20；
61.－3.10＜f1x/f
(1－13)
x＜－2.70；
62.－2.10＜f
(2－6)
y/f
(1－13)
y＜－1.60；
63.－10.20＜f
(2－6)
x/f
(1－13)
x＜－9.20；
64.2.40＜f
(7－13)
x/f
(1－13)
x＜2.80。
65.由于柱面镜片的非旋转对称属性，规定x方向为第一透镜的曲率方向(如图1所示)，y方向为与第一透镜的曲率方向成90度的另一方向(如图2所示)；其中，f的下标数字代表构成变形镜头的各枚透镜的编号，f
(m－n)
y表示第m透镜至第n透镜合计(n－m 1)枚透镜在y方向的组合光学焦距，f
(m－n)
x表示第m透镜至第n透镜合计(n－m 1)枚透镜在x方向的组合光学焦距；m为大于或等于1且小于n的自然数。
66.下面列出符合上述数学关系的本实施例的各个透镜实际参数：
67.透镜面型半径(mm)x半径(mm)y厚度(mm)折射率阿贝数质量(g)第一透镜柱面infinf3.2201.6360.2约46.5 柱面32.720inf12.100
ꢀꢀꢀ
第二透镜柱面138.252inf12.4401.7527.2约66.3第三透镜柱面25.305inf13.2201.9035.3约67.6 柱面-118.900inf1.000
ꢀꢀꢀ
第四透镜柱面inf292.2843.6201.4970.4约7.2 柱面inf-161.8901.920
ꢀꢀꢀ
第五透镜球面-113.652-113.6521.5201.9035.2约13.6 球面28.24028.2403.550
ꢀꢀꢀ
第六透镜球面-327.020-327.02016.0001.6633.8约32.4 球面-67.080-67.0800.400
ꢀꢀꢀ
第七透镜球面67.36267.36213.1001.8046.6约34.7 球面-67.362-67.3622.200
ꢀꢀꢀ
第八透镜球面18.48518.4855.1201.8342.7约4.8第九透镜球面-69.140-69.1401.5201.6436.0约2.3 球面16.43516.4355.500
ꢀꢀꢀ
光栏球面-inf-inf7.700
ꢀꢀꢀ
第十透镜球面-11.962-11.9621.5301.9220.9约4.6第十一透镜球面35.13835.1386.7001.4970.4约3.4 球面-16.018-16.0180.280
ꢀꢀꢀ
第十二透镜球面218.583218.5835.7501.9031.3约10.2 球面-35.606-35.6060.230
ꢀꢀꢀ
第十三透镜球面54.89054.8904.9001.9035.4约13.1 球面-181.985-181.98518.000
ꢀꢀꢀ
68.其中，第一～四透镜为柱面透镜，且第四透镜母线同第三透镜母线垂直，第五～十三透镜为球面透镜。
69.在采用本实施例的变形镜头前，24mm焦距2.8光圈的镜头的视场角度为：v(竖直)36.10
°
，h(水平)51.62
°
。
70.采用本实施例的变形镜头后，24mm焦距2.8光圈的镜头的视场角度为：v(竖直)36.10
°
，h(水平)68.75
°
。
71.对比测试视场角度竖直方向视场角度不变，水平方向视场角度变形比为：68.75/51.62＝1.332。
72.实际宽幅比例在2.35－2.40范围内，因此变形比为1.33，即水平视场角度增加了33％，从而实现1.33x变形拍摄。
73.本实施例的变形镜头在制作时，变形镜头本身长度小于130mm，匹配外径67mm的通用规格滤镜，质量小于750g，体积和质量均远小于市面上同规格的专业电影变形镜头。
74.其中，对于各个透镜的制作材料，不做具体限制，本实施例中，各透镜均采用光学玻璃制成。
75.本技术的超广角变形镜头可根据实际使用需求设计兼容匹配市面上各品牌相机的卡口，以实现个性化定制和配合通用。
76.实施例二
77.如图5和图6所示，本实施例提供一种24mm焦距半画幅超广角大光圈变形镜头，与实施例一的区别在于，将原第八透镜8和第九透镜9的粘合透镜替换为一个正球面透镜和一个负球面透镜。
78.实施例三
79.如图7和图8所示，本实施例提供一种24mm焦距半画幅超广角大光圈变形镜头，与实施例一的区别在于，将原第十三透镜13替换为一个正球面透镜和一个负球面透镜粘合为一体的正胶合透镜。
80.其他施例在实施例一、实施例二和实例三的基础上，如果只是将单个正透镜或者负透镜进行简单拆分，只要拆分后的镜片组光焦度分配在原方案范围内即属于没有实质的创新。
81.这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。