CN110146966B - 一种镜片光学***、电子取景器及图像摄取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镜片光学***、电子取景器及图像摄取装置，其中，光线经由镜片光学***而成像，所述镜片光学***从观察侧向物体侧方向沿光轴依次设有：具有正屈光度的第一透镜以及具有负屈光度的第二透镜，第一透镜和第二透镜满足以下条件：‑0.8＜f1/f2＜‑0.4，0.40＜f1/f＜0.75，‑1.2＜f2/f＜‑0.8；其中，f1为第一透镜的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f为镜片光学***的焦点距离。本发明的镜片光学***具有大视野角和高性能。

Description

一种镜片光学***、电子取景器及图像摄取装置
技术领域
本发明涉及光学领域，具体涉及一种镜片光学***以及使用该镜片光学***的光学装置，例如具备该镜片光学***的电子取景器以及搭载电子取景器的图像摄取装置。
背景技术
数码相机登场以来，搭载电子取景器(EVF,Electronic viewfinder)的相机开始商品化。以往的光学取景器是直接通过光学***观察物体的像，而电子取景器的工作原理则是将相机的主镜头拍摄的成像转换到电子取景器的显示器上，使得肉眼能够通过光学***观察到显示器的像，以观察相机的主镜头拍摄的成像，视野率达到100％，解决取景时的视野与拍摄的照片不一致的问题。
目前市场上的薄型卡片相机，由于控制成本以及尺寸的原因，携带电子取景器功能的很少。其中，采用相对小型的显示器电子取景器倍率分布在0.46-0.5倍，相较无反相机等倍率较低，搭载的显示器的像素也仅有64万-117万，较近年来数码相机搭载的图像传感器的分辨度更低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜片光学***、电子取景器及图像摄取装置，其视野角大、性能高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种镜片光学***，光线经由该镜片光学***而成像，所述镜片光学***从观察侧向物体侧方向沿光轴依次设有：具有正屈光度的第一透镜以及具有负屈光度的第二透镜，第一透镜和第二透镜满足以下条件：-0.8＜f1/f2＜-0.4，0.40＜f1/f＜0.75，-1.2＜f2/f＜-0.8；
其中，f1为第一透镜的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f为镜片光学***的焦点距离。
所述第一透镜和第二透镜满足以下条件：2.3＜T1/T2＜5.7，其中，T1为第一透镜在光轴上的厚度，T2为第二透镜在光轴上的厚度。
所述第一透镜和第二透镜为满足以下条件的材质的透镜：1.45＜N1＜1.57，1.60＜N2＜1.68；其中，N1为第一透镜的折射率，N2为第二透镜的折射率。
所述第一透镜和第二透镜为满足以下条件的材质的透镜：V1≥52，V2≦27；其中，V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数。
所述第一透镜为双凸镜片，所述第二透镜为凸凹镜片。
一种电子取景器，包括取景器框体以及设置在取景器框体内的光轴方向的后部的显示器，所述取景器框体内的光轴方向前部装有可根据观察者视力前后调整进行补正的镜片光学***。
所述镜片光学***的前后调整通过视度调整旋钮实现。
一种图像摄取装置，其包括机身以及设置在机身上的摄影镜头组，所述机身上设有将来自摄像镜头组的光学信号转化为数字信号并输出的图像传感器、以及对所述图像传感器的数字信号进行监视的电子取景器。
采用上述方案后，本发明通过对镜片光学***中的第一透镜和第二透镜进行设置，使其焦点距离满足以下条件：-0.8＜f1/f2＜-0.4，0.40＜f1/f＜0.75，-1.2＜f2/f＜-0.8；其中，f1为第一透镜的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f为镜片光学***的焦点距离，从而加强了镜片光学***的正屈光力，提高了镜片光学***的性能，进而提高了具备该镜片光学***的电子取景器的视野角，同时保证了其成像质量。
此外，本发明通过对第一透镜和第二透镜的折射率、阿贝数以及厚度进行限定，使其满足以下条件：2.3＜T1/T2＜5.7，1.45＜N1＜1.57，1.60＜N2＜1.68，V1≥52，V2≦27；其中，T1为第一透镜在光轴上的厚度，T2为第二透镜在光轴上的厚度；V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数；N1为第一透镜的折射率，N2为第二透镜的折射率，从而进一步提高镜片光学***的性能，使得使用该镜片光学***的电子取景器在具有大视野角的基础上能够具备具有良好的成像质量，以搭载更高像素的显示器。
附图说明
图1为本发明图像摄取装置的内部概要模块结构图；
图2为本发明电子取景器的结构示意图；
图3为本发明第一实施例的镜片光学***的结构示意图；
图4为本发明第一实施例的镜片光学***的球差和色差图；
图5为本发明第一实施例的镜片光学***的光线像差图；
图6为本发明第一实施例的镜片光学***的畸变图；
图7为本发明第一实施例的镜片光学***的MTF(调制传递函数)图；
图8为本发明第二实施例的镜片光学***的结构示意图；
图9为本发明第二实施例的镜片光学***的球差和色差图；
图10为本发明第二实施例的镜片光学***的光线像差图；
图11为本发明第二实施例的镜片光学***的畸变图；
图12为本发明第二实施例的镜片光学***的MTF(调制传递函数)图；
图13为本发明第三实施例的镜片光学***的结构示意图；
图14为本发明第三实施例的镜片光学***的球差和色差图；
图15为本发明第三实施例的镜片光学***的光线像差图；
图16为本发明第三实施例的镜片光学***的畸变图；
图17为本发明第三实施例的镜片光学***的MTF(调制传递函数)图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图，对本发明涉及的镜片光学***、具备镜片光学***的电子取景器以及具备电子取景器的图像摄取装置进行详述。
首先，参照图1所示，图像摄取装置包括机身1和摄像镜头组2，其中，摄像镜头组2设置在机身1上，而机身1上还设有图像传感器3、图像处理芯片4、LCD5、电子取景器6等。
光线通过摄像镜头组2后，经过图像传感器3将光学信号转换成数字信号，再经过图像处理芯片4等将数字信号传输至在LCD5以及电子取景器6上显示；
电子取景器6用于监视图像传感器3摄取的图像信号，如图2所示，电子取景器6包括取景器框体7、视度调整旋钮10以及设置在取景器框体7内的光轴方向的后部的显示器8和设置在取景器框体7内的光轴方向前部的镜片光学***9，视度调整旋钮10用于调节镜片光学***9在取景器框体7内的位置，从而适应不同视力的观察者。这里所指的后部为靠近电子取景器6的显示器8一端，即图像摄取装置的内部，前部为靠近观察者的一端。
如图3、图8和图13所示，本发明的镜片光学***9，其适于成像光线经由该镜片光学***9进入观察者的眼睛而成像，朝向观察者眼睛的方向为观察侧，朝向显示画面的方向为物体侧，该镜片光学***9从观察侧向物体侧方向的光轴方向依次设有第一透镜91和第二透镜92，其中，第一透镜91具有正屈光度，第二透镜92具有负屈光度。当显示画面的成像光线发出后，会依次通过第二透镜92以及第一透镜91，并经由观察者瞳孔进入观察者的眼睛，接着，成像光线会在观察者的眼睛视网膜形成一影像。
想要电子取景器6具备较大视野，可以通过正屈光力强的镜片光学***9来实现。但是对于正屈光力强的镜片光学***9，场曲、畸变等像差的补正是很难的。而由于这些场曲和畸变等像差的影响，显示器8周边的光学性能则会降低。另外，正屈光力强的镜片光学***9，要求每一枚透镜具有较强的正屈光力或负屈光力，这样的话透镜的平行方向的偏移和倾斜则会产生视度的偏差，也就是说偏心敏感度呈现变大的趋势。
因此，在本发明的镜片光学***9中，第一透镜91和第二透镜92构成需满足以下条件：
-0.8＜f1/f2＜-0.4；
0.40＜f1/f＜0.75；
-1.2＜f2/f＜-0.8；
其中，f1为第一透镜91的焦点距离，f2为第二透镜92的焦点距离，f为镜片光学***9的焦点距离。满足上述条件的镜片光学***9，能够确保足够的后焦距，扩大了视野角，同时也很好的补正了场曲和畸变。
在扩大镜片光学***9的视野角的基础上，为了能够更好地保证成像性能，对第一透镜91和第二透镜92的材质作如下限定：
1.45＜N1＜1.57；
1.60＜N2＜1.68；
V1≥52；
V2≦27；
其中，N1为第一透镜91的折射率，N2为第二透镜92的折射率；V1为第一透镜91的阿贝数，V2为第二透镜92的阿贝数。将第一透镜91的折射率和第二透镜92的折射率设置在上述范围内时，可以进一步补正镜片光学***9的场曲，提高镜片光学***9的成像质量。而将第一透镜91的阿贝数和第二透镜92的阿贝数设置在上述范围内时，可以减小该镜片光学***9的色差。
另外，可以对第一透镜91和第二透镜92的厚度进行如下限定，以降低该镜片光学***9的偏心敏感度，限定如下：2.3＜T1/T2＜5.7，其中，T1为第一透镜91在光轴上的厚度，T2为第二透镜92在光轴上的厚度。
为进一步详尽本发明的技术内容，以下将例举三个实施例对本发明的镜片光学***进行详述。
图3为本发明第一实施例的镜片光学***结构示意图，图4至图6为本发明第一实施例之镜片光学***的各项像差图，图7为本发明第一实施例之镜片光学***的MTF(调制传递函数)图.如图3所示，第一实施例之镜片光学***9包括第一透镜91和第二透镜92，其中，第一透镜91为双凸镜片，其朝向观察侧的面为第一面911，朝向物体侧的面为第二面912；第二透镜92为凸凹透镜，其朝向观察侧的面为第一面921，朝向物体侧的面为第二面922。该第一透镜91的第一面911和第二面912以及第二透镜92的第一面921和第二面922均为非球面，这些非球面采用下列公式进行定义：
其中，f(r,R)表示非球面深度，即从距光轴的高度为r的非球面的点到非球面顶点的切平面为止的距离；
r为距光轴的高度；
R为透镜表面近光轴处的曲率半径；
K为锥面系数(conic constant)；
A4、A6、A8、A10、A12则表示非球面系数。
在该第一实施例中，镜片光学***9的第一透镜91的焦点距离f1为6.54mm，折射率N1为1.5338，阿贝数V1为55.6，第一透镜91在光轴上的厚度T1为7.722mm。而第二透镜92的焦点距离f2为-10.56mm，折射率N1为1.651，阿贝数V1为21.49，第二透镜92在光轴上的厚度T1为1.642mm。而整个镜片光学***9的焦点距离f为11.86mm，该实施例的其他详细光学数据如表1所示。
表1
如表1中所示，瞳孔到第一透镜91的距离以及第二透镜92与电子取景器6的显示器8之间的间距与观察者的眼点距离有关，这表明镜片光学***9在电子取景器6中的位置会随着观察者的视力不同而有所移动，具体如表1-1所示。
眼点EP(mm) 视度(diopter) 瞳孔与第一透镜的间距 第二透镜与显示器的间距
12.5 +3 0.70 5.83
12.5 -1 1.27 5.27
12.5 -4 1.70 4.83
表1-1
由此可知，f1/f2为-0.62，f1/f为0.55，f2/f为-0.89，从而保证了镜片光学***9具有适当的后焦距，并保证了大视野角，也补正了场曲、畸变等像差。而第一透镜91的折射率N1小于第二透镜92的折射率N2，第一透镜91的阿贝数V1大于第二透镜92的阿贝数V2，从而形成了低折射率高分散的凸透镜与高折射率低分散的凹透镜配合，有效地减小色差，并补正了场曲。此外，T1/T2为4.70，降低了镜片光学***9的偏心敏感度。
第一透镜91的第一面911和第二面912以及第二透镜92的第一面921和第二面922均为非球面，其非球面系数取值如表2所示。非球面的设置可以减小镜片光学***9的球差和畸变。
表2
图4至图6为该第一实施例之镜片光学***的各项像差图，其呈现的各像差表现会决定来自显示画面的成像光线于观察者的眼睛的视网膜成像的各项像差表现。当各项像素差较小时，观察者的眼睛的视网膜的成像的各像差表现也比较小，使得观察者可以观察到成像质量较佳的影像。
具体地，图4为第一实施例的球差和色差图，如图4所示，以波长546.07nm的e线为基准波长，波长656.27nm的c线和波长435.84nm的g线在光轴上的球差和色差的分布曲线，横坐标为像差的量，单位为mm，纵坐标的顶端为半画角也就是相当于最大视野角。
图5为第一实施例的光线像差图，如图5所示，左侧一列为子午方向的光线像差，右侧一列为弧矢方向的光线像差，横坐标为光瞳，纵坐标为像差的量，单位为mm，从图5可以看出，该镜片光学***9的光线像差控制在±0.02mm以内。
图6为第一实施例的畸变图，如图6所示，横坐标为畸变的量，单位为％，纵坐标的顶端为半画角也就是相当于最大视野角。从图6可以看出，该镜片光学***9的畸变控制在±1.0％以内。
图7为第一实施例的MTF(调制传递函数)图，MTF曲线越高越直表示成像质量越好。如图7所示，横坐标为0.0到1.0的相对像高，纵坐标为MTF值，最高为1.0，即100％的值。较高的实线代表空间频率为48lp/mm(线对每毫米)的弧矢方向的MTF值，较高的虚线代表空间频率为48lp/mm(线对每毫米)的子午方向的MTF值，较高的实线代表空间频率为48lp/mm(线对每毫米)的弧矢方向的MTF值，较高的实线代表空间频率为48lp/mm(线对每毫米)的子午方向的MTF值。从图7可以看出，该镜片光学***在各个视场，子午方向和弧矢方向的成像性能都很好。
图8为本发明第二实施例的镜片光学***结构示意图，图9至图12为第二实施例的镜片光学***9的各项像差图，如图8所示，该第二实施例的镜片光学***9与第一实施例结构相似，仅各光学数据以及非球面系数方面存在些许不同。
具体地，在该第二实施例中，镜片光学***9的第一透镜91的焦点距离f1为6.85mm，折射率N1为1.544，阿贝数V1为56，第一透镜91在光轴上的厚度T1为6.696mm。而第二透镜92的焦点距离f2为-12.2mm，折射率N1为1.655，阿贝数V1为21.49，第二透镜92在光轴上的厚度T1为1.564mm。而整个镜片光学***9的焦点距离f为11.86mm，该实施例的其他详细光学数据如表3所示。
表3
如表3中所示，瞳孔到第一透镜91的距离以及第二透镜92与显示器8之间的间距与观察者的眼点距离有关，具体如表3-1所示。
眼点EP(mm) 视度(diopter) 瞳孔与第一透镜的间距 第二透镜与显示器的间距
12.5 +3 0.96 5.58
12.5 -1 1.52 5.02
12.5 -4 1.95 4.59
表3-1
由此可知，第二实施例的镜片光学***中，f1/f2为-0.56，f1/f为0.58，f2/f为-1.02，从而保证了镜片光学***9具有适当的后焦距，并保证了大视野角，也补正了场曲、畸变等像差。而第一透镜91的折射率N1小于第二透镜92的折射率N2，第一透镜91的阿贝数V1大于第二透镜92的阿贝数V2，从而形成了低折射率高分散的凸透镜与高折射率低分散的凹透镜配合，有效地减小色差，并补正了场曲。此外，T1/T2为4.28，降低了镜片光学***9的偏心敏感度。
另外，第二实施例的第一透镜91的第一面911和第二面912以及第二透镜92的第一面921和第二面922均为非球面，其非球面系数取值如表4所示。
表4
图9为第二实施例的球差和色差图，如图9所示，以波长546.07nm的e线为基准波长，波长656.27nm的c线和波长435.84nm的g线在光轴上的球差和色差的分布曲线，横坐标为像差的量，单位为mm，纵坐标的顶端为半画角也就是相当于最大视野角。图10为第二实施例的光线像差图，从图10可以看出，该镜片光学***9的光线像差控制在±0.02mm以内。图11为第二实施例的畸变图，从图11可以看出，该镜片光学***9的畸变控制在±1.0％以内。
图12为第二实施例的MTF(调制传递函数)图，MTF曲线越高越直表示成像质量越好。从图12可以看出，该镜片光学***9在各个视场，子午方向和弧矢方向的成像性能都很好。
图13为本发明第三实施例的镜片光学***结构示意图，图14至图17为第三实施例的镜片光学***9的各项像差图，该第三实施例的镜片光学***9与第一实施例结构相似，仅各光学数据以及非球面系数方面存在些许不同。
具体地，在该第三实施例中，镜片光学***9的第一透镜91的焦点距离f1为6.45mm，折射率N1为1.544，阿贝数V1为56，第一透镜91在光轴上的厚度T1为6.829mm。而第二透镜92的焦点距离f2为-10.9mm，折射率N1为1.655，阿贝数V1为21.49，第二透镜92在光轴上的厚度T1为2.090mm。而整个镜片光学***9的焦点距离f为11.86mm，该实施例的其他详细光学数据如表5所示。
表5
如表5中所示，瞳孔到第一透镜91的距离以及第二透镜91到显示器8之间的间距与观察者的眼点距离有关，具体如表5-1所示。
眼点EP(mm) 视度(diopter) 瞳孔与第一透镜的间距 第二透镜与显示器的间距
12.5 +3 0.94 5.59
12.5 -1 1.51 5.03
12.5 -4 1.95 4.59
表5-1
由此可知，第三实施例的镜片光学***中，f1/f2为-0.59，f1/f为0.54，f2/f为-0.92，从而保证了镜片光学***9具有适当的后焦距，并保证了大视野角，也补正了场曲、畸变等像差。而第一透镜91的折射率N1小于第二透镜92的折射率N2，第一透镜91的阿贝数V1大于第二透镜92的阿贝数V2，从而形成了低折射率高分散的凸透镜与高折射率低分散的凹透镜配合，有效地减小色差，并补正了场曲。此外，T1/T2为3.27，降低了镜片光学***9的偏心敏感度。
另外，第三实施例的第一透镜91的第一面911和第二面912以及第二透镜92的第一面921和第二面922均为非球面，其非球面系数取值如表6所示。
表6
图14为第三实施例的球差和色差图，如图14所示，以波长546.07nm的e线为基准波长，波长656.27nm的c线和波长435.84nm的g线在光轴上的球差和色差的分布曲线，横坐标为像差的量，单位为mm，纵坐标的顶端为半画角也就是相当于最大视野角。图15为第三实施例的光线像差图，从图15可以看出，该镜片光学***9的光线像差控制在±0.02mm以内。图16为第三实施例的畸变图，从图16可以看出，该镜片光学***9的畸变控制在±1.0％以内。
图17为第三实施例的MTF(调制传递函数)图，MTF曲线越高越直表示成像质量越好。从图12可以看出，该镜片光学***9在各个视场，子午方向和弧矢方向的成像性能都很好。
上述第一实施例至第三实施例所说明的镜片光学***，除了可以应用在电子取景器中，还可以应用在电子显微镜等其他光学装置中。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种应用于电子取景器的镜片光学***，光线经由该镜片光学***而成像，其特征在于：所述镜片光学***从观察侧向物体侧方向沿光轴依次设有：具有正屈光度的第一透镜以及具有负屈光度的第二透镜，第一透镜和第二透镜满足以下条件：-0.8＜f1/f2＜-0.4，0.54≤f1/f＜0.75，-1.2＜f2/f＜-0.8；
其中，f1为第一透镜的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f为镜片光学***的焦点距离；
所述第一透镜和第二透镜为满足以下条件的材质的透镜：V1≥52，V2≦21.49；其中，V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数。
2.根据权利要求1所述的应用于电子取景器的镜片光学***，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜满足以下条件：2.3＜T1/T2＜5.7，其中，T1为第一透镜在光轴上的厚度，T2为第二透镜在光轴上的厚度。
3.根据权利要求1所述的应用于电子取景器的镜片光学***，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜为满足以下条件的材质的透镜：1.45＜N1＜1.57，1.60＜N2＜1.68；其中，N1为第一透镜的折射率，N2为第二透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的应用于电子取景器的镜片光学***，其特征在于：所述第一透镜为双凸镜片，所述第二透镜为凹凸镜片。
5.一种电子取景器，包括取景器框体以及设置在取景器框体内的光轴方向的后部的显示器，其特征在于：所述取景器框体内的光轴方向前部装有可根据观察者视力前后调整进行补正的如权利要求1-4任一所述的镜片光学***。
6.根据权利要求5所述的电子取景器，其特征在于：所述镜片光学***的前后调整通过视度调整旋钮实现。
7.一种图像摄取装置，其包括机身以及设置在机身上的摄影镜头组，其特征在于：所述机身上设有将来自摄像镜头组的光学信号转化为数字信号并输出的图像传感器、以及对所述图像传感器的数字信号进行监视的如权利要求5所述的电子取景器。
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