一种远摄可交换式定焦镜头，包括：从物侧到像侧依次设置的用于汇聚光线并形成需求的视场角的第一镜片群、光阑和用于调焦和修正像差的第二镜片群，其中：第一镜片群包括：具有正光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有负光焦度的第四镜片；第二镜片群包括：具有负光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的胶合镜片，即第八镜片；光阑与第二镜片群的间距固定，从而组成可以沿光轴前后运动的变焦群。当拍摄物体从无限远向近距离变化时，第一镜片群固定不动，光阑和第二镜片群整体从像方向物方移动进行聚焦。本装置满足匹配全画幅及super35画幅电影相机的8k分辨率，镜头在改变物距调焦过程中全程无暗角，并且各个物距下畸变小、呼吸效应微弱，同时具有超高性价比和可加工性。
1.一种远摄可交换式定焦镜头，其特征在于，包括：从物侧到像侧依次设置的用于汇聚光线并形成需求的视场角的第一镜片群、光阑和用于调焦和修正像差的第二镜片群，其中：第一镜片群包括：具有正光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有负光焦度的第四镜片；
第二镜片群包括：具有负光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第八镜片；光阑与第二镜片群的间距固定，从而组成可以沿光轴前后运动的变焦群；当拍摄物体从无限远向近距离变化时，第一镜片群固定不动，光阑和第二镜片群整体从像方向物方移动进行聚焦；
所述的第六透镜为单片具有正光焦度的第六镜片或具有正光焦度的第六镜片和具有正光焦度的第七镜片的组合；
所述的第一镜片群为正光焦度；所述的第二镜片群为正光焦度，其中的第五镜片至第八镜片为非球面镜片；
所述的第四镜片后表面中心至光阑的间距满足(10 mm,40 mm)；所述的第五镜片前表面中心至光阑的间距满足(3.5 mm,7.5mm)；
所述的远摄可交换式定焦镜头的光学后焦与整体焦距的比例满足(0.3,0.7)；
所述的第一镜片群和第二镜片群的焦距比满足(1.7,2.5)；
所述的第八镜片为胶合镜片，该胶合镜片中近物方侧镜片的折射率和近像方侧镜片的折射率之差满足(0.2,0.5)。
2. 根据权利要求1所述的远摄可交换式定焦镜头，其特征是，所述的第七镜片为非球面镜片，其非球面公式为： ，其中：Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag； ，R表示镜面的曲率半径，K为圆锥系数conic，A、B、C、D、E、F为高次非球面系数。
3.根据权利要求1所述的远摄可交换式定焦镜头，其特征是，
第一镜片的物侧面为球面，曲率半径为61.38，第一镜片的厚度为8.24，折射率为1.88，阿贝数为35.6;第一镜片的像侧面为球面，曲率半径为104.47，第一镜片的像侧面至第二镜片的物侧面的距离为1.07;第二镜片的物侧面为球面，曲率半径为68.21，第二镜片的厚度为9.23，折射率为1.5，阿贝数为70.2;第二镜片的像侧面为球面，曲率半径为269.53，第二镜片的像侧面至第三镜片的物侧面的距离为0.68;第三镜片的物侧面为球面，曲率半径为47.4，第三镜片的厚度为8.76，折射率为1.62，阿贝数为63.2;第三镜片的像侧面为球面，曲率半径为70.97，第三镜片的像侧面至第四镜片的物侧面的距离为3.04;第四镜片的物侧面为球面，曲率半径为159.1，第四镜片的厚度为4.11，折射率为1.8，阿贝数为25.6;第四镜片的像侧面为球面，曲率半径为33.1，第四镜片的像侧面至光阑的距离为37.15 13.21；
光阑为平面，光阑至第五镜片的物侧面的距离为5.5;
第五镜片的物侧面为球面，曲率半径为-46.65，第五镜片的厚度为3.21，折射率为1.7，阿贝数为30.2;第五镜片的像侧面为球面，曲率半径为170.33，第五镜片的像侧面至第六镜片的物侧面的距离为1.43;第六镜片的物侧面为球面，曲率半径为936.27，第六镜片的厚度为4.97，折射率为1.9，阿贝数为37.5;第六镜片的像侧面为球面，曲率半径为-65.26，第六镜片的像侧面至第七镜片的物侧面的距离为0.9;第七镜片的物侧面为非球面，曲率半径为111.46，第七镜片的厚度为3.6，折射率为
1.83，阿贝数为42.7;第七镜片的像侧面为非球面，曲率半径为967.74，第七镜片的像侧面至第八镜片的物侧面的距离为11.21;第七镜片的物侧面圆锥系数为0，第七镜片的像侧面的圆锥系数为0;第七镜片的物侧面四阶非球面系数为-2.16E-03，第七镜片的像侧面的四阶非球面系数为2.86E-07;第七镜片的物侧面六阶非球面系数为-4.03E-06，第七镜片的像侧面的六阶非球面系数为6.28E-
06;第七镜片的物侧面八阶非球面系数为5.26E-07，第七镜片的像侧面的八阶非球面系数为2.55E-06;第七镜片的物侧面十阶非球面系数为-3.12E-05，第七镜片的像侧面的十阶非球面系数为-4.17E-08;第八镜片的近物方侧镜片的物侧面为球面，曲率半径为-68.41，第八镜片的近物方侧镜片的厚度为4.01，折射率为1.52，阿贝数为68.4;第八镜片的近物方侧镜片的像侧面为平面，第八镜片的近像方侧镜片的厚度为4.78，折射率为1.8，阿贝数为41.3;第八镜片的近像方侧镜片的像侧面为球面，曲率半径为-65.9。
4.根据权利要求1所述的远摄可交换式定焦镜头，其特征是，
第一镜片的物侧面为球面，曲率半径为63.48，第一镜片的厚度为8.43，折射率为1.92，阿贝数为31.3;第一镜片的像侧面为球面，曲率半径为108.48，第一镜片的像侧面至第二镜片的物侧面的距离为0.88;第二镜片的物侧面为球面，曲率半径为70.41，第二镜片的厚度为9.34，折射率为1.61，阿贝数为84.6;第二镜片的像侧面为球面，曲率半径为270.43，第二镜片的像侧面至第三镜片的物侧面的距离为0.51;第三镜片的物侧面为球面，曲率半径为50.18，第三镜片的厚度为8.12，折射率为1.75，阿贝数为61.4;第三镜片的像侧面为球面，曲率半径为74.65，第三镜片的像侧面至第四镜片的物侧面的距离为2.97;第四镜片的物侧面为球面，曲率半径为163.74，第四镜片的厚度为3.92，折射率为
1.81，阿贝数为35.4;第四镜片的像侧面为球面，曲率半径为32.59，第四镜片的像侧面至光阑的距离为34.26 15.77;~
光阑为平面，光阑至第五镜片的物侧面的距离为6.23;
第五镜片的物侧面为球面，曲率半径为-42.94，第五镜片的厚度为3.14，折射率为
1.59，阿贝数为30.5;第五镜片的像侧面为球面，曲率半径为171.79，第五镜片的像侧面至第六镜片的物侧面的距离为1.29;第六镜片的物侧面为球面，曲率半径为936.36，第六镜片的厚度为5.64，折射率为
1.91，阿贝数为35.3;第六镜片的像侧面为球面，曲率半径为-61.32，第六镜片的像侧面至第八镜片的近物方的距离为1.72;第八镜片的近物方侧镜片的物侧面为球面，曲率半径为-68.39，第八镜片的近物方侧镜片的厚度为3.61，折射率为1.48，阿贝数为74.4;第八镜片的近物方侧镜片的像侧面平面，第八镜片的近物方侧镜片的厚度为4.99，折射率为1.75，阿贝数为48.5;第八镜片的近像方侧镜片的像侧面为球面，曲率半径为-64.1。
远摄可交换式定焦镜头
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种远摄可交换式定焦镜头。
背景技术
[0002] 专业的电影相机往往需要搭配5-6颗可交换镜头，可交换用电影镜头是特别为影片拍摄环境量身定做的，不仅需要匹配全画幅的传感器尺寸，更需要在分辨率、光学像差、呼吸效应等方面结合拍摄视频的实际条件综合考虑，同时在重量与成本方面也需要统筹兼顾。目前镜头的主要缺陷包括：解像力无法匹配目前高达6k或者8k分辨率的摄像机使用；所有镜头或多或少都会有暗角，无法满足视频及电影拍摄使用；镜头往往对畸变的控制不够，所以无法满足电影镜头对畸变的高要求；镜头进行对焦的过程中，内部的镜片组会发生一连串的位移，将特定距离的入射光聚焦在成像面上。当在多个焦点间移焦的时候，镜头内部镜片组的位移可能会轻微改变画面视野大小，看起来就像稍微变焦了一样，即存在呼吸效应。
发明内容
[0003] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种远摄可交换式定焦镜头，满足匹配全画幅及super35画幅电影相机的8k分辨率，镜头在改变物距调焦过程中全程无暗角，并且各个物距下畸变小、呼吸效应微弱，同时具有超高性价比和可加工性。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 本发明包括：从物侧到像侧依次设置的用于汇聚光线并形成需求的视场角的第一镜片群、光阑和用于调焦和修正像差的第二镜片群，其中：第一镜片群包括：具有正光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有负光焦度的第四镜片；第二镜片群包括：具有负光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的胶合镜片，即第八镜片；光阑与第二镜片群的间距固定，从而组成可以沿光轴前后运动的变焦群。当拍摄物体从无限远向近距离变化时，第一镜片群固定不动，光阑和第二镜片群整体从像方向物方移动进行聚焦。
[0006] 所述的第一镜片群为正光焦度。
[0007] 所述的第二镜片群为正光焦度，其中的第五至第八镜片优选为非球面镜片，用于进一步提升成像质量。
[0008] 所述的第六透镜采用两片正光焦度的镜片组合或单片具有正光焦度的镜片，其中单片镜片能够显著增加对称性并具有较小畸变。
[0009] 技术效果
[0010] 与现有技术相比，本发明技术效果包括：
[0011] 1)为解决现有相机镜头分辨率过低难以匹配传感器的问题，本发明在镜头中加入了玻璃非球面镜片，显著的提升了解像力和分辨率，使本发明能够满足目前市面上最高分辨率的专业级8K分辨率摄影机的使用。
[0012] 2)为解决现有相机镜头畸变大的问题，本发明优化了镜头的结构和光路，使光阑前后镜片两群组尽量关于光阑具有对称性，使得畸变极小，TV畸变在2％以下，保证了画面从中心到周边均不会出现变形和失真情况。
[0013] 3)为解决相机镜头周围亮度过低从而出现暗角的问题，本发明在设计时采用与传感器相匹配的光线入射角设计，提升了周边光亮比。即使在光圈全开的时候，周边光亮比也在40％以上，使通过整个镜头的光在画面上呈现得更均匀，全物距范围内均无暗角。
[0014] 4)为解决现有相机镜头呼吸效应明显的问题，本发明采用光阑随后群组整体移动对焦的方式。当拍摄物体从无限远向近距离变化时，前群固定不动，光阑和后群一起从像方向物方整体移动进行聚焦。特别的，光阑与前、后镜片的距离再聚焦过程中均处于最优位置，做到了镜头从无限远到最近距离聚焦时，画面视场角变化在3％以内，有效减弱镜头在调焦过程中的呼吸效应。
附图说明
[0015] 图1是实施例1结构示意图；
[0016] 图2是实施例1镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图；
[0017] 图3是实施例1镜头相对于d线的慧差图；
[0018] 图4是实施例2结构示意图；
[0019] 图5是实施例2镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图；
[0020] 图6是实施例2镜头相对于d线的慧差图；
[0021] 图中：第一镜片群G1、光阑S、第二镜片群G2、第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4、第五镜片L5、第六镜片L6、第七镜片L7、第八镜片L8、近物方侧镜片L81、近像方侧镜片L82、像面IMG。
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 如图1所示，本实施例包括：从物侧到像侧依次设置的用于汇聚光线并形成需求的视场角的第一镜片群G1、光阑S和用于调焦和修正像差的第二镜片群G2，其中：第一镜片群G1 包括：具有正光焦度的第一镜片L1、具有正光焦度的第二镜片L2、具有正光焦度的第三镜片 L3、具有负光焦度的第四镜片L4；第二镜片群G2包括：具有负光焦度的第五镜片L5、以及包括具有正光焦度的第六镜片L6和具有正光焦度的第七镜片L7的第六透镜、具有正光焦度的胶合镜片，即第八镜片L8；光阑S与第二镜片群G2的间距固定，从而组成可以沿光轴前后运动的变焦群。当拍摄物体从无限远向近距离变化时，第一镜片群G1固定不动，光阑S和第二镜片群G2整体从像方向物方移动进行聚焦。
[0024] 所述的第一镜片群G1为正光焦度。
[0025] 所述的第二镜片群G2为正光焦度，其中的第五至第八镜片优选为非球面镜片，用于进一步提升成像质量。
[0026] 所述的第四镜片后表面中心至光阑的间距满足(10 mm,40 mm)；所述的第五镜片前表面中心至光阑的间距满足(3.5 mm,7.5mm)，使得镜头物距从无限远到近距离改变的过程中，镜头的视场角变化小。若低于该条件式的下限，则会导致镜头光圈直径和整体外径增大，制成难度提升；若高于该条件式的上限，则会导致镜头调焦过程中，视场角变化过大，呼吸效应明显。
[0027] 本实施例中第四镜片后表面中心至光阑的间距满足(13.21mm，37.15mm)；第五镜片前表面中心至光阑的间距为5.50。
[0028] 所述的远摄可交换式定焦镜头的光学后焦与整体焦距的比例满足(0.3，0.7)，使得镜头的焦距和后焦的比值在一个合适的范围内。若低于该条件式的下限，则会导致镜头的后焦过短，难以匹配市面上的电影摄影机，降低了镜头的通用性；若高于该条件式的上限，则会导致镜头后焦过长，从无穷远到近距离调焦时，第二镜片群G2的整体球差和慧差过大，成像质量下降。
[0029] 所述的第一镜片群G1和第二镜片群G2的焦距比满足(1.7,2.5)，若低于该条件式的下限，则会导致镜头第一镜片群G1光焦度分布过多，进而导致第二镜片群G2光焦度过低，使得第二镜片群G2的镜片口径增大，整体重量增多，成本过高；若高于该条件式的上限，则导致镜头第一镜片群G1光焦度过弱，使得镜头前端镜片口径过大，同样导致镜头整体重量增加，不利于镜头的小型化，也不利于镜头的装配和整体重量和重心的调整。
[0030] 本实施例中第一镜片群G1和第二镜片群G2的焦距分别为251.1mm和113.5mm，其比值为2.21。
[0031] 所述的第八镜片中近物方侧镜片L81的折射率和近像方侧镜片L82的折射率之差满足(0.2,0.5)，若低于该条件式的下限，则胶合透镜的折射率相差不大，不利于矫正镜头的轴向色差和倍率色差，同时难以补偿第一镜片群G1形成的球面像差；若高于该条件式的上限，则会导致胶合面之间的反射率过强，造成镜头的鬼影严重；同时会导致第一镜片群G1形成的球面像差补正过头，使镜头性能降低。
[0032] 本实施例中第八镜片中近物方侧镜片L81的折射率和近像方侧镜片L82的折射率分别为1.52和1.80，其差的绝对值为0.28。
[0033] 优选地，本实施例中的镜头参数具体如下：
[0034] 本实施例的EFL＝135.0，BFL＝56.58mm～80.52mm，TNO＝2.0(TNO为镜头计算透过率后的光圈值)。本实施例中远摄可交换式定焦镜头的光学后焦与整体焦距的比例为0.42～0.59。
[0035] 表1
[0036] 实施例1镜头结构参数表面序号 表面类型 曲率半径 厚度/距离 折射率 阿贝数
物面 Z0
S1 球面 61.38 8.24 1.88 35.6
S2 球面 104.47 1.07
S3 球面 68.21 9.23 1.50 70.2
S4 球面 269.53 0.68
S5 球面 47.40 8.76 1.62 63.2
S6 球面 70.97 3.04
S7 球面 159.10 4.11 1.80 25.6
S8 球面 33.10 Z1
光阑 平面 INF 5.50
S10 球面 -46.65 3.21 1.70 30.2
S11 球面 170.33 1.43
S12 球面 936.27 4.97 1.90 37.5
S13 球面 -65.26 0.90
S14 非球面 111.46 3.60 1.83 42.7
S15 非球面 967.74 11.21
S16 球面 -68.41 4.01 1.52 68.4
S17 球面 INF 4.78 1.80 41.3
S18 球面 -65.90 Z2
像面 -
[0037] 表2
[0038]
[0039]
[0040] 从D0到D1变化的过程，即为物距从无穷远到最近摄影距离改变的过程。FOV为镜头的对角视场角，从D0到D1变化时，FOV只变化了2.4％，呼吸效应微弱。
[0041] 为了提高整体成像质量，进一步消除场曲和畸变，将所述的第七镜片(L7)设置成非球面，其系数如表3所示。
[0042] 表3
[0043] 镜头非球面系数
[0044]
[0045] 所述的非球面公式为：
[0046]其中：Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag；c＝1/R，R表示镜面的曲率半径，K 为圆锥系数conic，A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，而系数中的e代表科学计数号，例e-005 表示10-5。
[0047] 实施例2
[0048] 与实施例1相比，本实施例中第六透镜采用单片具有正光焦度的镜片实现，即第六镜片 L6，并且本实施例中第四镜片后表面中心至光阑的间距满足(15.77mm,34.26mm)；第五镜片前表面中心至光阑的间距为6.23。
[0049] 本实施例中第一镜片群G1和第二镜片群G2的焦距分别为169.6mm和91.3mm，其比值为 1.85。
[0050] 本实施例中第八镜片中近物方侧镜片L81的折射率和近像方侧镜片L82的折射率分别为1.48和1.75，其差的绝对值为0.27。
[0051] 优选地，本实施例中的镜头参数具体如下：
[0052] 本实施例镜头的EFL＝135.0mm，BFL＝62.11mm～80.60mm，TNO＝2.2(TNO为镜头计算透过率后的光圈值)。本实施例中远摄可交换式定焦镜头的光学后焦与整体焦距的比例为 0.46～0.60。
[0053] 本实施例的第一镜片群和第二镜片群关于光阑对称性更高，因此相比于实施例1，具有更小的光学畸变。但是本实施例没有使用非球面，因此从图5中可以看出球差和场曲都相较于实施例1有所扩大。
[0054] 表4
[0055] 镜头结构参数表面序号 表面类型 曲率半径 厚度/距离 折射率 阿贝数
物面 Z0
s1 球面 63.48 8.43 1.92 31.3
s2 球面 108.48 0.88
s3 球面 70.41 9.34 1.61 84.6
s4 球面 270.43 0.51
s5 球面 50.18 8.12 1.75 61.4
s6 球面 74.65 2.97
s7 球面 163.74 3.92 1.81 35.4
s8 球面 32.59 Z1
光阑 平面 INF 6.23
s10 球面 -42.94 3.14 1.59 30.5
s11 球面 171.79 1.29
s12 球面 936.36 5.64 1.91 35.3
s13 球面 -61.32 1.72
s14 球面 -68.39 3.61 1.48 74.4
s15 球面 inf 4.99 1.75 48.5
s16 球面 -64.10 Z2
像面
[0056] 表5 POS1 POS2
Z0 INF 815
Z1 34.26 15.77
Z2 62.11 80.60
FOV 18.94 18.52
[0057] 从D0到D1变化的过程，即为物距从无穷远到最近摄影距离改变的过程。FOV为镜头的对角视场角，从D0到D1变化时，FOV只变化了2.3％，呼吸效应微弱。
[0058] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
