阅读说明：本技术 一种转换镜头 (Conversion lens ) 是由 黎玉成 于 2020-04-07 设计创作，主要内容包括：本发明是一种转换镜头,由多个光学镜头按顺序组装而成,可以将微距视角转换为广角视角。本发明的转换镜头由物镜,中继镜和对焦装置组成,所述部件均在一条光轴上,其光学性能相互关联。物镜以广角视角产生一个相机传感器尺寸一半的中间图像(倒转和反向),中间图像再通过中继镜和对焦装置传递后由微距镜头投影到相机传感器。所述三个独立部件均是防水的,可以在水下拆装,本发明的光学系统也考虑了水的光学性能,其总长度可以延长或缩短,三个独立部件可以根据个人喜好进行改变。因此,本发明提供了一种灵活的水下光学系统,根据摄影师的需要,在水下也可以很容易地在微距和广角视角之间进行转换。(The invention relates to a conversion lens which is formed by assembling a plurality of optical lenses in sequence and can convert a macro visual angle into a wide visual angle. The conversion lens of the invention consists of an objective lens, a relay lens and a focusing device, wherein the components are all arranged on one optical axis, and the optical performances of the components are mutually related. The objective lens generates an intermediate image (inverted and reversed) with a size half that of the camera sensor at a wide angle of view, and the intermediate image is projected to the camera sensor by the macro lens after being transmitted through the relay lens and the focusing device. The three independent components are all waterproof and can be assembled and disassembled underwater, the optical system also considers the optical performance of water, the total length of the optical system can be prolonged or shortened, and the three independent components can be changed according to personal preference. The present invention thus provides a flexible underwater optical system that can easily switch between macro and wide angle views underwater, as desired by the photographer.)

一种转换镜头

技术领域

本发明涉及水下摄像或摄影使用的一种光学系统。

背景技术

水下摄影或摄像侧重于两个截然不同的拍摄方法，即微距拍摄和广角拍摄。微距拍摄指尽量靠近尺寸较小的物体拍照，优选地，所拍摄的物体影像是接近或大于物体实际尺寸。广角拍摄则是通过大视角拍摄，尤其适合水下尺寸较大的生物，创作出深海世界狂野而神秘的效果。

传统的水下微距拍摄系统通常由安装于相机防水壳体的防水平玻璃镜筒以及安装在此镜筒内的陆地微距镜头组成。由于镜头本身是设计在陆地上使用，水的光学特性未考虑进去，因此导致了光学性能的下降，比如出现色差和因视场变弯/变形(因光线从空气射入水中产生折射)导致清晰度的大量损失。视场变弯/变形是光学技术人员在镜头不能投影一个完美的平面图像到相机传感器时使用的专业术语。

进一步地，传统的微距拍摄使用的是长焦微距镜头，其视角限制在10°-15°的范围，目的是得到接近或放大物体实际尺寸的图像。因此，镜头只能覆盖一个有限的周围背景图像。另外，传统的微距拍摄必须尽可能地靠近生物，这种动作本身可能吓跑它或者受到水下自然环境的阻碍而无法靠近。

传统的水下广角拍摄系统通常由安装于相机防水壳体的防水球罩以及安装在此球罩内的陆地广角镜头组成。由于水的折射以及水与球罩的接触面为圆弧面，这种系统只能接受一个变形的图像，所拍摄的影像通常是模糊且角落变形、有色彩条纹。由于球罩的直径相当大，以及镜头本身的广角特性，即便将此系统尽可能地靠近物体，它也不可能给小的生物拍摄特写的细节图像。

因此，本发明的目的是提供一种转换镜头，它将消除或尽量减少上述缺点，或者至少给公众提供一种有用的选择。

发明内容

首先，本发明由一个转换镜头组成，所述转换镜头包括在防水物镜壳体内的物镜，在防水中继镜壳体内的中继镜，以及在防水对焦装置壳体内的对焦装置三部分。

物镜壳体、中继镜壳体和对焦装置壳体依次相互连接，后者再与镜筒连接在一起使用，所述镜筒是组成相机防水壳体的一部分或与其密封连接，所述结构在水下使用时，水可能存在于任何一个或多个连接处。

优选地，物镜壳体和中继镜壳体之间及中继镜壳体和对焦装置之间的连接处使用卡扣式连接系统。

优选地，物镜、中继镜和对焦装置分别由多个单独的透镜组成。

优选地，镜筒内安装有微距镜头。

优选的，所述物镜是广角镜头。

优选地，转换镜头提供了备选的物镜。

优选地，备选的物镜的总长度和所述物镜壳体具有不同长度。

优选地，转换镜头提供了备选的中继镜。

优选地，备选的中继镜的总长度和所述中继镜壳体具有不同的长度。

另一方面，本发明包括将任意一个前述组件安装在相机防水壳体或防水镜筒上的转换镜头。

本发明还可包括用于水下摄影和摄像的另一种光学系统，该光学系统设计是为了在水下提供微距和广角视角之间更换的灵活性。

本发明所述的光学系统由不同的物镜组成，所述物镜是与水接触的特别设计，所述光学系统的前端不需要设置球罩，所述物镜可以最大限度地贴近对焦。所述物镜前端的第一透镜尺寸远小于传统的水下广角镜头系统。因此，本发明光学系统的一个可能应用是，以广角视角对尺寸较小的物体以微距拍摄，例如，与传统的微距系统相比，可以包含对象周围背景更广泛的场景。

特别地，本发明优选的形式是由三个组件共同构成。首先是物镜，其次是中继镜，第三个是对焦装置。这些部件分别放置在一个单独的防水外壳内，所述防水外壳可以通过卡口系统依次组装，然后连接到水下相机防水壳体，所述相机防水壳体内安装有一个携带微距镜头的相机。

所述三个外壳部件都是防水的，因此，当用户和放置在相机防水壳体内的相机处于水下时，还可以拆卸和重新组装。这三个透镜组件光学性能上是相互关联的，但同时允许将透镜组件拆卸并与相应的备选部件交换，而不影响光学性能。在计算每个透镜组件的设计时，都已考虑水的折射率，以获得三个透镜组件的最佳功能。本发明的光学系统的互换性对水下摄影师和摄像师极为有用，并使他们能够创造性地拍摄水下野生动物，例如通过使用不同视角和/或不同直径前透镜的物镜。

本发明包括上述内容，并对其结构进行了设想，并举例如下。

附图说明

图1是根据本发明优选形式的转换镜头侧面截面图；

图2为可用于图1所示转换镜头的物镜侧面截面图；

图3是根据本发明的备选物镜的侧面剖面图；

图4是本发明优选形式中使用的中继镜截面图；

图5是根据本发明的备选中继镜截面图；

图6是本发明优选形式中使用的对焦装置截面图；

图7是图1转换镜头的爆炸透视图；

图8是中继镜外壳和物镜外壳连接处可选择的实施例截面图；

图9是图8所示连接的分解图；

图10是图8所示连接在解锁位置的透视图；

图11是图10处于锁定位置的透视图。

具体实施方式

如图所示,本发明转换镜头的优选形式是由安装在防水壳体3内的物镜2，安装在防水壳体5内的中继镜4以及对焦装置6组成，对焦装置6由安装在防水壳体8内的对焦镜7组成。虽然称之为物镜,中继镜和对焦镜,但在每一部件中,我们可以清楚地看到各个组件都是由多个单独的透镜组成，各个透镜均是由转换镜头的设计师选择，以实现预期的结果，由光学设计师决定各个透镜的选择以实现理想的效果。

壳体3、5、8每一个均是防水的。取得防水性的准确方法是设计者可以选择的，但在图示结构中，使用了“O型圈”。壳体3设有开孔侧壁10，开孔侧壁10具有朝外的凹槽，凹槽内设有O型圈11。与O型圈11相接确的是透镜12，它是广角镜头或鱼眼镜头的一部分。透镜12由锁紧环13固定在位置上，锁紧环13紧固在透镜12的圆周边缘上。理想地，锁紧环13有一个向内扩展的法兰14，它被定位在透镜12的台阶15中。图2实际是图1所示结构的放大视图，举例显示了透镜元件有16、17、18、19、20、21、22和23。

外壳3的另一端30处或附近设有向内延伸的支撑环31，支撑环31的凹槽中进一步设置有O型圈32，透镜23与凹槽相接确。通过使用O型圈11和32，外壳3实质上是防水的。

中继镜的壳体5也是通过使用O型圈来实现基本的防水，比如在壳体5和透镜36之间设置O型圈35。壳体3和壳体5之间的连接可以采用任何方式，例如螺纹或卡口系统。图8至11显示了一个卡口安装结构，这是首选的结构。然而，在图1至图7的构造中，提供了一个或多个过孔37，在示例中显示其通过壳体5进入壳体3和5之间的对接空间38。在实施例中显示了两个过孔37，过孔37可以让水进入连接空间38。因此，透镜设计者可以考虑水的折射率，因为连接空间38中有水的存在。

图3显示了另一种物镜2，它的前透镜直径比图1和图2的物镜2小，整体长度比图1和图2的物镜2短。然而，这种结构在使用O型圈实现物镜2防水方面是基本相似的。在本实施例中，进一步地将O型圈40设置在壳体3的端面41的凹槽中，该凹槽与另一锁紧环的端面42相接确。外壳3和5可以用螺纹或任何其他有用的方式连接。水再次被引入外壳3和5之间的连接空间。

参照图4，中继镜4的另一端45可以再次与对焦装置6连接，进一步地，通过使用O型圈46和内法兰47密封，并提供了一个或多个过孔48，允许水进入壳体5和壳体8的连接空间49。

图5显示了另一个中继镜4，它实际是图1所示的中继镜4。

图6显示了对焦装置6也是通过使用O型圈50防水，O型圈50被固定在壳体8，壳体8上的内凸台51，透镜52以及锁紧环53之间。同样地，提供了过孔55以允许水进入对焦装置6和微距镜筒54之间的连接空间56。微距镜筒54和微距镜头58之间的密封可以通过O型圈57实现。对焦装置6远离微距镜筒54的一端，也可以用“O型圈”密封防止水进入，基本上是相同的方式。

图7显示了对象“F”通过本发明转换透镜的通道。物体“F”被描绘成大的60，通过物镜2看到后，被缩小并倒置成61。中继镜4将图像再次转换为正立的62，并允许图像通过对焦装置和微距镜头以适当的大小和方向传送到相机传感器(未显示)。在一个典型的实施例中，物镜2形成约为全画幅相机传感器一半大小的中间图像。中继镜对焦到的中间图像，并在对焦装置前产生1:1的图像。对焦装置和微距镜头一起将最终的图像聚焦到相机的传感器上。

参考图8和图9，中继镜可以通过卡口连接的形式连接到物镜外壳3上。外壳5的末端100被环形凸台101包围，在末端100和环形凸台101之间形成一个环槽102。锁紧环105能够通过106处的外螺纹与末端100的内螺纹相啮合。

锁紧环105固定的还有卡爪组件107，卡爪组件107位于环槽102中，并安装了摆杆108、铰链轴109和弹簧110。爪组件在组装状态下，卡爪组件107的外表面与环形凸台101的内表面之间留有环形间隙111。卡爪组件107还提供了限位凸台112，并可以提供多个铰链轴109，例如，三个铰链轴109均匀地沿卡爪组件107分布。

环形间隙111内设置有一个限位钉115，限位钉115被放置在一个带有释放按钮117的外壳116中。外壳116内设有滑块118，滑块118可以在外壳116内滑动，并通过连杆119与释放按钮117连接。连杆119一端铰接到释放按钮117，另一端的和滑块118铰接。外壳116提供了滑槽120，连杆119可以在内移动。另设有弹簧121支承于滑块118上，并由螺钉122通过外壳116上的安装孔固定在外壳5。弹簧121以任何合适的方式被限制在滑块118内，例如弹簧121安装在壳体5与滑块118的凹坑之间。

安装在物镜壳体3侧的是卡扣本体130，卡扣本体130向外延伸环形凸台132，并通过螺纹锁紧环131固定在物镜壳体的端部内。

卡扣本体130向外延伸出卡扣或卡钩135以及定位板136，卡扣或卡钩135被定位于与摆杆108相配合，定位板136定位于与限位钉115相配合。定位板136有两个凹槽。第一凹槽137设有一个倾斜的侧边138，而第二凹槽139设有实际上垂直的两个侧边，因此，在使用过程中限位钉115可以被锁止在第二凹槽138中。

环形凸台101和物镜壳体3上提供了定位标记140、141和142。

当物镜外壳3与中继镜外壳5相对转动时，卡扣或挂钩135首先与摆杆108接触。进一步旋转时，卡扣或挂钩135通过铰链轴109推开摆杆108，并压缩弹簧110，直到两个镜头外壳完全啮合。这种连接方法吸收了卡爪组件107与卡扣或挂钩135之间的轴向间隙和摩擦力。定位标记140、141和142使得操作过程中可以准确定位。

图10显示了上述啮合机构处于开始状态，图11显示了上述啮合机构完成啮合时的位置。

在上述操作过程中，定位板136的侧边与限位钉115接确，并推动后者和滑块118对着弹簧121的弹力向后运动。限位钉115将依次进入第一凹槽137，并沿着斜边138，最终被定位在第二凹槽139内。当拆卸两个镜头外壳时，按下释放按钮117，压缩弹簧121往后退，这将允许卡扣或挂钩135从卡爪组件上旋转下来，并将两个镜头外壳相互解锁。

如之前，水应该存在于连接处，为了允许这种情况发生，壳体3还提供了一个或多个进水口145。与每个进水口145相连的是遮光罩146和147。遮光罩146和147与进水口145位置交错时，起到挡住杂光的作用。

中继镜4和对焦装置外壳8之间的连接也可以采用类似的方式。因此，所有外壳都可以采用卡口连接系统实现互换性。

本发明允许一种水下使用的相机防水外壳在使用微距镜头和防水镜筒时，在水下很容易地从微距配置改变为广角配置。只需要简单地在防水镜筒上依次增加一个防水对焦装置、一个中继镜和一个物镜，就可以将微距配置变为广角配置。

通过提供可选的中继镜组件和可选的物镜组件，将允许所述实施例中显示的转换镜头总体长度大约在13至14英寸之间，具体长度取决于所使用的物镜。

本发明给水下摄影或摄像提供了微距镜头与广角镜头的水下交换性。本发明的光学系统三个组件可以增加或减少，以改变转换镜头的长度和视角。

单个组件可以通过拆卸一个或多个镜头外壳，并用备选的镜头外壳替换这些部件以完成互换。

由于镜头外壳可以在水下拆卸和安装，因此可以变更镜头的长度。能够在水下加长和缩小镜头的长度，将带来很大的优势，首先，特别是在广角配置拍摄时，将减少吓跑或打扰生物的风险，其次，在潜水员与拍摄生物之间保持适当的距离，可以保证潜水员的安全。这种在水中改变镜头长度的另一个优势是，因为你无法预测拍摄时周围的环境会是什么样子。

本发明还提供了不同物镜直径的使用方法。物镜的前端透镜提供了各种尺寸，可以提供不同的视野视角。本发明的光学系统是为在不同环境下拍摄而设计的。能够在拍摄水下生物时非常地接近镜头，而潜水员在任何环境下都可以远离，可以给影像带来非常翔实的细节和纹理，以及提供带背景的主题，这对于水下摄影师和摄像师是一个优势。有了这项发明，我们可以在洞穴里、珊瑚里进行拍摄，而且是从生物的视角，这为我们提供了很多水下创意拍摄的可能性。

由于任意单个组件都可以更换，对焦装置也可以。通过更换不同的对焦装置，本发明的转换镜头可以和任一规格传感器的相机以及一系列的微距镜头一起使用。

最后，通过三个互换性组件的顺序组装，提供了从微距到广角镜的转换，且介乎于直线和鱼眼视角之间。因此，相对于传统广角镜头，图像的变形会更小，这将赋予镜头更自然的视角完成水下野生动物的摄影和摄像，而且是带有灵活性、创造性和想象力的拍摄。

显而易见,虽然前面已经给出了这项发明的说明性例子,所有这些和其他修改和变更，如果对技术人员来说是显而易见的，则应视为属于本发明的广泛范围，即如以上所述和所要求的范围。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。