CN102472884A - 光学成像系统、可换镜头装置及相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚焦透镜轻量且小型的光学成像系统、可换镜头装置及相机系统。该光学成像系统从物方到像方依次包括：最靠近物方的位置配置有负透镜的前组、孔径光阑以及具有正屈光力的后组，在从无穷远的物体到近距离的物体进行聚焦时，最靠近物方的负透镜和孔径光阑相对于成像面而固定，前组或后组中的部分透镜沿光轴移动。该光学成像系统满足条件(1)：0.9＜R/f＜2.0(R：最靠近物方而配置的负透镜元件的像方曲率半径、与所有负透镜元件中从物方起的第二个负透镜元件的像方曲率半径之间的平均值；f：整个系统的焦距)。

Description

光学成像系统、可换镜头装置及相机系统

技术领域

本发明涉及一种适合于所谓镜头交换式数码相机系统的光学成像系统。此外，本发明涉及一种使用了该光学成像系统的可换镜头装置及相机系统。

背景技术

近年来，能够将拍摄镜头从相机主体拆卸的镜头交换式相机系统的市场急速扩大，该镜头交换式相机系统(以下，也简称为“相机系统”)具备：具有电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)等摄像元件的相机主体；以及具有用于在摄像元件的受光面形成光学像的光学成像系统的可换镜头装置。这样的相机系统不仅用于拍摄静态图像，而且用于拍摄动态图像，因此，既适合于静态图像的拍摄，又适合于动态图像的拍摄的可换镜头装置尤其受人欢迎。

光学成像系统的聚焦方法已知有，使整个透镜结构伸出的方法、以及使前组和后组独立移动的所谓浮动方法(floating method)。

专利文献1及2中公开了一种在进行聚焦时，使前组和后组向物方移动的结构。专利文献3中公开了一种在进行聚焦时，使第1透镜元件固定，并使第2透镜元件之后的透镜元件移动的结构。专利文献4中公开了在进行聚焦时，使整个光学系统向物方伸出的结构。

在使用适合于可换镜头装置的光学成像系统来拍摄动态图像时，需要连续进行高速自动聚焦。为了连续进行高速自动聚焦，已知的一种方法是重复执行以下一系列动作，即，使聚焦透镜组在光轴方向上高速振动(以下，称为“摆动(wobbling)”)，从摄像元件的输出信号中检测出部分图像区域内的某个频带的信号成分，求出聚焦透镜组处于聚焦状态的最佳位置，使聚焦透镜组移动至该最佳位置。在采用该自动聚焦方法的情况下，从便携性、耗电的观点来看，需要尽量缩小构成聚焦透镜组的透镜的外径，并需要尽量减轻透镜的重量。

然而，专利文献1～4所公开的光学系统的聚焦透镜组都采用许多透镜，因此难以使透镜高速地连续移动。

【专利文献1】：日本特开2004-126522号公报

【专利文献2】：日本特开平5-273459号公报

【专利文献3】日本特开2007-94371号公报

【专利文献4】日本特开2008-3108号公报

发明内容

于是，本发明的目的在于提供一种既能够实现高速自动聚焦，又具有良好的成像性能的小型光学成像系统、包括该光学成像系统的可换镜头装置以及具备该拍摄装置的相机系统。

本发明所涉及的光学成像系统从物方到像方依次包括：在最靠近物方的位置配置有负透镜的前组、孔径光阑(aperture stop)以及具有正光焦度(positive optical power)的后组。在从无穷远物体到近距离的物体进行聚焦时，最靠近物方的负透镜和孔径光阑相对于成像面固定，前组或后组中的部分透镜沿光轴移动，本发明所涉及的光学成像系统满足以下的条件(1)：

0.9＜R/f＜2.0···(1)

其中，

R：最靠近物方而配置的负透镜元件的像方曲率半径、与所有负透镜元件中从物方起的第二个负透镜元件的像方曲率半径之间的平均值；

f：整个系统的焦距。

本发明所涉及的可换镜头装置具备：上述光学成像系统以及镜头架部，该镜头架部与相机主体连接，该相机主体包括，接收上述光学成像系统所形成的光学像，并将该光学像转换成电图像信号的图像传感器。

本发明所涉及的相机系统包括：具备上述光学成像系统的可换镜头装置；以及相机主体，该相机主体通过相机支架部与可换镜头装置可拆卸地连接，并包括，接收光学成像系统所形成的光学像，并将该光学像转换成电图像信号的图像传感器。

发明效果

根据本发明，能够实现小型光学成像系统、具备该光学成像系统的可换镜头装置及相机系统，能够进行对应于动态图像的拍摄的高速自动聚焦，并且成像特性良好。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。

图2是第一实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。

图3是第一实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

图4是第二实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。

图5是第二实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。

图6是第二实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

图7是第三实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。

图8是第三实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。

图9是第三实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

图10是第四实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。

图11是第四实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。

图12是第四实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

图13是第五实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。

图14是第五实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。

图15是第五实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

图16是第六实施方式所涉及的相机系统的大致结构图。

附图标记说明

G1 前组

G2 后组

L1 第1透镜元件

L2 第2透镜元件

L3 第3透镜元件

L4 第4透镜元件

L5 第5透镜元件

L6 第6透镜元件

L7 第7透镜元件

L8 第8透镜元件

L9 第9透镜元件

L10 第10透镜元件

A  孔径光阑(aperture stop)

S  像面

具体实施方式

(第一～第五实施方式)

图1、4、7、10及13是第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统的透镜配置图。各个附图示出无穷远聚焦状态下的光学成像系统。此外，对透镜所标的箭头示出从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时的移动方向。各个附图中，对各透镜组所标的记号(+)及记号(-)示出各透镜组的光焦度(optical power)。此外，各个附图中位于最右边的直线示出像面S的位置。

各实施方式所涉及的光学成像系统从物方到像方依次包括：具有负光焦度(negative optical power)的前组G1、光圈A、具有正光焦度(positiveoptical power)的后组G2。以下，对各实施方式所涉及的光学成像系统的详细结构进行说明。

(第一实施方式)

如图1所示，第一实施方式所涉及的光学成像系统中，前组G1从物方到像方依次包括：凸面朝向物方的负弯月形状的第1透镜元件L1、凸面朝向物方的负弯月形状的第2透镜元件L2、凸面朝向像方的正弯月形状的第3透镜元件L3、凸面朝向像方的负弯月形状的第4透镜元件L4以及凸面朝向物方的正弯月形状的第5透镜元件L5。后组G2从物方到像方依次包括：凸面朝向像方的正弯月形状的第6透镜元件L6、凸面朝向像方的正弯月形状的第7透镜元件L7、凸面朝向像方的负弯月形状的第8透镜元件L8、凸面朝向像方的正弯月形状的第9透镜元件L9以及双凸形状的第10透镜元件L10。第7透镜元件L7与第8透镜元件L8接合。光圈A配置于前组G1与后组G2之间。当从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时，后组G2中的第9透镜L9沿光轴向物方移动。

第一实施方式所涉及的前组G1中，发散作用强的第1透镜元件L1及第2透镜元件L2发挥，使具有与光轴大致成90度的入射角度的光束，在平行于光轴的方向上大幅度曲折的作用。因该两个负透镜元件而产生的场曲及倍率色差，是通过正的第3透镜元件L3、与第3透镜元件L3之间空出一点空气间隔而配置的负的第4透镜元件L4、以及正的第5透镜元件L5来补正。具有正光焦度的后组G2发挥使来自前组G1的光束成像的作用，主要对球面像差，彗差(coma aberration)进行补正。正的第6透镜元件L6、第7透镜元件L7、负的第8透镜元件L8中，由于在各像高(imageheight)成像的光束径扩大，所以尤其是因面形误差(surface form errors)而造成的球面像差灵敏度、彗差灵敏度变高。本实施方式中，在比光圈A靠后面的位置，正光焦度被分割到第6透镜元件L6和第7透镜元件L7。这是为了使面形误差所造成的球面像差、彗差灵敏度分散。

本实施方式中，在最靠近像方的位置上，配置有聚焦时固定的第10透镜元件L10。这是考虑到将本发明用作镜头交换式相机系统用的光学成像系统的情况的缘故。通过固定最靠近像方的透镜元件，能够防止在从相机主体拆卸可换镜头装置时，聚焦机构受到手指等外力的影响。

(第二实施方式)

如图4所示，第二实施方式所涉及的光学成像系统中，前组G1从物方到像方依次包括：凸面朝向物方的负弯月形状的第1透镜元件L1、凸面朝向物方的负弯月形状的第2透镜元件L2以及双凸形状的第3透镜元件L3。后组G2从物方到像方依次包括：凸面朝向像方的正弯月形状的第4透镜元件L4、双凸形状的第5透镜元件L5、凸面朝向像方的负弯月形状的第6透镜元件L6、凸面朝向像方的负弯月形状的第7透镜元件L7以及双凸形状的第8透镜元件L8。第5透镜元件L5与第6透镜元件L6接合。光圈A配置于前组G1与后组G2之间。当从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时，后组G2中的第7透镜元件L7沿光轴向像方移动。

第二实施方式所涉及的前组G1中，发散作用强的第1透镜元件L1及第2透镜元件L2发挥，使具有与光轴大致成90度的入射角度的光束，在平行于光轴的方向上大幅度曲折的作用。因该两个负透镜元件而产生的场曲及倍率色差，是通过在第2透镜元件L2的像方空出空气间隔而配置正的透镜L3来补正的。具有正屈光力(positive refractive power)的后组G2发挥使来自前组G1的光束成像的作用，主要对球面像差、彗差进行补正。正的第4透镜元件L4、第5透镜元件L5、负的第6透镜元件L6中，由于在各像高成像的光束径扩大，所以尤其是因面形误差而造成的球面像差灵敏度、彗差灵敏度变高。本实施方式中，在比光圈A靠后面的位置，正光焦度被分割到正透镜L4和正透镜L5。这是为了使面形误差所造成的球面像差、彗差灵敏度分散。

本实施方式中，在最靠近像方的位置上配置聚焦时固定的第8透镜元件L8。这是考虑到将本发明用作镜头交换式相机系统用的光学成像系统的情况的缘故。通过固定最靠近像方的透镜元件，能够防止在从相机主体拆卸可换镜头装置时聚焦机构受到手指等外力的影响。

(第三实施方式)

如图7所示，第三实施方式所涉及的光学成像系统中，前组G1从物方到像方依次包括：凸面朝向物方的负透镜L1、凹面朝向像方的平凹形状的第2透镜元件L2、双凹形状的第3透镜元件L3、双凸形状的第4透镜元件L4、双凸形状的第5透镜元件L5、双凸形状的第6透镜元件L6以及双凹形状的第7透镜元件L7。第3透镜元件L3与第4透镜元件L4接合。此外，第6透镜元件L6与第7透镜元件L7接合。后组G2从物方到像方依次包括：双凹形状的第8透镜元件L8、双凸形状的第9透镜元件L9以及双凸形状的第10透镜元件L10。光圈A配置于前组G1与后组G2之间。当从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时，前组G1中的第2透镜元件L2沿光轴向物方移动。

第三实施方式所涉及的前组G1中，发散作用强的第1透镜元件L1及第2透镜元件L2发挥，使具有与光轴大致成90度的入射角度的光束，在平行于光轴的方向上大幅度曲折的作用。因该两个负透镜元件而产生的场曲及倍率色差，是通过在第2透镜元件L2的像方空出空气间隔，并配置第3透镜元件L3与第4透镜元件L4的双合透镜、第5透镜元件L5、以及第6透镜元件L6与第7透镜元件L7的双合透镜来补正的。

具有正屈光力的后组G2发挥使来自前组G1的光束成像的作用，同时对轴外光束的像差进行良好地补正，尤其对彗差进行补正。第9透镜元件L9与第10透镜元件L10之间的空气间隔用于确保轴外光线的焦阑特性，该空气间隔最好满足以下的条件：

3.0＜FL/D3＜9.0

其中，

FL：正的第10透镜元件L10的焦距，

D3：正的第9透镜元件L9与正的第10透镜元件L10之间的空气间隔。

当第10透镜元件L10的焦距变长且超过上限时，从确保焦阑特性的观点来看是理想的，但场曲却变得过于弯曲(excessive toward the over side)，因此不太理想。另一方面，当第10透镜元件L10的焦距变短且未满下限时，场曲则却过于弯曲(excessive toward the under side)，因此不太理想。

(第四实施方式)

如图10所示，第四实施方式所涉及的光学成像系统中，前组G1从物方到像方依次包括：凸面朝向物方的负弯月形状的第1透镜元件L1、凸面朝向物方的负弯月形状的第2透镜元件L2、凸面朝向像方的正弯月形状的第3透镜元件L3、双凹形状的第4透镜元件L4、以及凸面向物方的正弯月形状的第5透镜元件L5。后组G2从物方到像方依次包括：凸面朝向像方的正弯月形状的第6透镜元件L6、凸面朝向像方的正弯月形状的第7透镜元件L7、凸面朝向像方的负弯月形状的第8透镜元件L8、双凸形状的第9透镜元件L9以及双凸形状的第10透镜元件L10。第7透镜元件L7与第8透镜元件L8接合。光圈A配置于前组G1与后组G2之间。当从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时，后组G2中的第9透镜L9沿光轴向物方移动。

第四实施方式所涉及的前组G1中，发散作用强的第1透镜元件L1及第2透镜元件L2发挥，使具有与光轴大致成90度的入射角度的光束，在平行于光轴的方向上大幅度曲折的作用。因该两个负透镜元件而产生的场曲及倍率色差，是通过在正的第3透镜元件L3的像方，与其之间只空出一点空气间隔来配置负的第4透镜元件L4，并在第4透镜元件L4的像方空出空气间隔来配置正的第5透镜元件L5，而进行补正的。

具有正屈光力的后组G2发挥使来自前组G1的光束成像的作用，主要对球面像差、彗差(coma aberration)进行补正。正的第6透镜元件L6、第7透镜元件L7、负的第8透镜元件L8中，由于在各像高(image height)成像的光束径扩大，所以，尤其是面形误差(surface form errors)所造成的球面像差灵敏度、彗差灵敏度变高。本实施方式中，在光圈A的像方包括正的第6透镜元件L6、以及正的第7透镜元件L7与负的第8透镜元件L8的双合透镜，是使面形误差造成的像差灵敏度分散的结构。

本实施方式中，在最靠近像方的位置上，配置聚焦时固定的第10透镜元件L10。这是考虑到将本发明用作镜头交换式相机系统用的光学成像系统的情况的缘故。通过固定最靠近像方的透镜元件，能够防止在从相机主体拆卸可换镜头装置时，聚焦机构受到手指等外力的影响。

(第五实施方式)

图13所示，第五实施方式所涉及的光学成像系统中，前组G1从物方到像方依次包括：凸面朝向物方的负弯月形状的第1透镜元件L1、凸面朝向物方的负弯月形状的第2透镜元件L2、双凸形状的第3透镜元件L3、双凹形状的第4透镜元件L4、凸面朝向物方的正弯月形状的第5透镜元件L5。后组G2从物方到像方依次包括：凸面朝向像方的平凸形状的第6透镜元件L6、凸面朝向像方的平凸形状的第7透镜元件L7、凸面朝向像方的负弯月形状的第8透镜元件L8以及凸面朝向像方的平凸形状的第9透镜元件L9。第7透镜元件L7与第8透镜元件L8接合。光圈A配置于前组G1与后组G2之间。当从无穷远聚焦状态到近物聚焦状态的聚焦时，后组G2中的第9透镜元件L9沿光轴向物方移动。

第五实施方式所涉及的前组G1中，发散作用强的第1透镜元件L1及第2透镜元件L2发挥，使具有与光轴大致成90度的入射角度的光束，在平行于光轴的方向上大幅度曲折的作用。因该两个负透镜而产生的场曲及倍率色差，是通过配置正的第3透镜元件L3、负的第4透镜元件L4，以及在第4透镜元件L4的像方空出空气间隔而配置的正的第5透镜元件L5来补正的。

具有正屈光力(positive refractive power)的后组G2发挥使来自前组G1的光束成像的作用，主要对球面像差、彗差进行补正。正的第6透镜元件L6、第7透镜元件L7以及负的第8透镜元件L8中，由于在各像高成像的光束径扩大，所以尤其是面形误差所造成的球面像差灵敏度、彗差灵敏度变高。本实施方式中，通过在光圈A的像方配置正的第6透镜元件L6、以及正的第7透镜元件L7和负的第8透镜元件L8的双合透镜，来使面形误差所造成的像差灵敏度分散。此外，第五实施方式中，在最靠近像方的位置没有配置固定透镜。这样，即使在最靠近像方的位置没有配置固定透镜的情况下，也能够实现适合于高速自动聚焦的光学成像系统。

以下对第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足的优选条件进行说明。这里，规定了多个满足的优选条件，能够满足这些所有的多个条件的光学成像系统的结构是最理想的。但是，也可以通过满足个别的条件来实现具有与之相应的效果的光学成像系统。

第一实施方式～第五实施方式所示的光学成像系统从物方到像方依次包括：最靠近物方的位置配置有负透镜元件的前组、孔径光阑(aperturediaphragm)、以及具有正光焦度的后组，当从无穷远的物体到近距离的物体进行聚焦时，最靠近物方的负透镜和孔径光阑相对于成像面固定，并且，前组或后组中的部分透镜沿光轴移动，该光学成像系统满足以下的条件(1)：

0.9＜R/f＜2.0···(1)

其中，

R：最靠近物方而配置的负透镜元件的像方曲率半径、与所有负透镜元件中从物方起的第二个负透镜元件的像方曲率半径的平均值；

f：整个系统的焦距。

条件(1)是为了抑制镜筒尺寸的扩大，确保光学成像系统中配置在物方的负透镜元件的加工性，并且实现适当的后焦点的条件。若低于条件(1)的下限，则负透镜的像面侧的曲率半径变小，所以在进行研磨加工时，难以确保透镜的边缘部分的面精度。其结果，不仅大幅度增加加工工时，提高了成本，而且后焦点变长，不能实现小型化，因此不太理想。相反地，若超过条件(1)的上限，由于负透镜元件的像面侧的曲率半径变大，所以配置在物方的负透镜元件的负光焦度变弱。其结果，导致前组的透镜直径增大，周围光量降低，因此不太理想。

此外，优选的是，聚焦时沿光轴移动的透镜是如第一～第五实施方式所示那样的单透镜元件。

优选的是，聚焦透镜采用一个透镜元件、一组接合透镜、树脂透镜元件、在玻璃透镜的表面设置非球面形状的树脂层的复合非球面透镜元件等，能够实现轻量化的透镜元件。

优选的是，第一实施方式～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足以下的条件(2)。

2.0＜∑d/f＜12.0…(2)

其中，

∑d：从整个系统的最靠近物方的面到最靠近像方的面的光轴上的距离；

f：整个系统的焦距。

条件(2)是为了得到后焦点和镜筒外径的最佳尺寸的条件式。若低于条件(2)的下限，则总长变得太短，在用于可换镜头装置中的情况下，会导致拍到拍摄者身体的一部分、相机主体或握柄部分等突出部分的弊端，因此不太理想。相反地，若超过条件(2)的上限，则不仅总长变长，而且会导致前透镜直径的扩大，所以不能够实现小型的光学成像系统。

更优选的是，在满足上述条件(2)的情况下，第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统进一步满足以下的条件(2)’及(2)”中的至少一个。在满足条件(2)’及(2)”中的至少一个的情况下，能够进一步提高满足条件(2)时所获得的效果。

7.0＜∑d/f···(2)’

∑d/f＜11.0···(2)”

优选的是，第一实施方式～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足以下的条件(3)：

20＜Vn-Vp＜50···(3)

其中，

Vn：包含在前组中的负透镜元件的相对于d线的平均阿贝数(Abbenumber)；

Vp：包含在前组中的正透镜元件的相对于d线的平均阿贝数。

条件(3)是为了通过前组G1中后续的透镜元件，来对在最靠近物方而配置的负透镜元件的物方面所产生的倍率色差，进行补正的条件式。若低于条件(3)的下限，则不能够通过后续的透镜元件来补正前组G1内的负透镜元件所造成的倍率色差，所以不太理想。相反地，若超过条件(3)的上限，则不仅难以补正倍率色差，而且用存在的玻璃材料来也很难构成透镜。

优选的是，第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足以下的条件(4)及(5)。

-4.0＜ff/fG＜3.0···(4)

1.1＜f2/f＜4.2···(5)

其中，

ff：聚焦时移动的透镜元件的焦距；

fG：聚焦时移动的透镜元件所属的透镜组的合成焦距；

f2：后组的合成焦距；

f：整个系统的焦距。

条件(4)不仅抑制光学成像系统的像差变动而维持良好的成像性能，而且规定聚焦透镜的焦距。若低于条件(4)的下限，则聚焦透镜的焦距变短，尽管聚焦透镜的移动量降低能够实现镜筒尺寸的小型化，但却难以补正倍率色差、像散，为此要求严格的制造精度，就制造方面而言提高了难度。相反地，若超过条件(4)的上限，则聚焦透镜的焦距变长，进行聚焦时所需移动量增大，从而导致透镜或镜筒长度的大型化，因此不太理想。

条件(5)规定了后组的焦距，该后组的焦距用于在实现对各种像差进行良好地补正的情况下，确保较短的总长、和充分的后焦点。若低于条件(5)的下限，则后组的焦距变短，产生显著的向外的彗差，并且场曲变得过于弯曲(excessive toward the under side)，从而不能维持成像性能，所以不太理想。相反地，若超过条件(5)，则后组的焦距变长，虽然总长变短，但不仅产生显著的向内的彗差，而且场曲过于弯曲(excessive toward theover side)，从而不能维持成像性能，所以不太理想。

优选的是，第一实施方式～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足以下的条件(6)或(7)：

0.2＜βp＜0.8···(6)

1.0＜βn＜1.8···(7)

其中，

βp：聚焦时移动的正透镜元件在无穷远聚焦状态下的旁轴成像倍率(paraxial imaging magnification)；

βn：聚焦时移动的负透镜元件在无穷远聚焦状态下的旁轴成像倍率。

条件(6)是为了使包括聚焦透镜的后组在光轴上的长度与成像性能之间保持良好的平衡的条件。若低于条件(6)的下限，则聚焦时所需的移动量增大，从而导致光学总长增大，所以不太理想。相反地，若超过条件(6)的上限，则聚焦时的移动量变小，尽管能够获得缩短总长的效果，但却导致近距离时成像性能的降低，因此不太理想。

条件(7)是为了使包括聚焦透镜的前组或后组的、光轴上的长度与成像性能之间保持良好的平衡的条件。若低于条件(7)的下限，由于倍率变小，聚焦时所需的移动量增大，导致光学系统的总长增大，所以不太理想。尤其在前组配置有聚焦透镜的情况下，不仅前透镜直径增大，而且难以确保周边光量比(relative illumination)，所以不太理想。相反地，若超过条件(7)的上限，则倍率变大，在前组具有聚焦透镜的情况下，场曲变得过于弯曲(under)(excessive toward the under side)，从而难以用较少的透镜数量来构成光学系统。另一方面，在后组具有聚焦透镜的情况下，虽然聚焦透镜的移动量变小能够获得缩短总长的效果，但由于聚焦透镜使轴外光线大幅度曲折，导致后续的透镜元件的外径扩大，从而不能确保镜筒后部外形保持所期望的尺寸，所以不太理想。

优选的是，第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统满足以下的条件(8)：

0.01＜D1/f＜0.20···(8)

其中，

D1：最靠近物方而配置的正透镜元件、与相邻于该正透镜元件的像方而配置的负透镜元件之间的空气间隔；

f：整个系统的焦距。

条件(8)规定了所有透镜元件中最靠近物方而配置的正透镜元件、与相邻于其像方而配置的负透镜元件之间的空气间隔。条件(8)是为了对从6成像高到10成像高的象散差(astigmatic difference)进行补正而特别需要的条件。若低于条件(8)的下限，则空气间隔变小，在聚焦到无穷远物体时子午像面变得弯曲(toward the over side)，从而不能确保成像性能，所以不太理想。若超过条件(8)的上限，则空气间隔变大，子午像面变得弯曲(toward the under side)，从而不能确保成像性能，所以不太理想。

构成第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统的各透镜元件仅由通过折射来使入射光线偏转的折射透镜元件(即，在具有不同折射率的介质之间的界面上进行偏转的类型的透镜元件)来构成的，但本发明并不局限与此。例如，也可以由通过衍射来使入射光线偏转的衍射透镜元件、或通过组合衍射作用和折射作用来使入射光线偏转的折射/衍射混合透镜元件、或通过介质内的折射率分布来使入射光线偏转的折射率分布型透镜元件等来构成各个透镜组。特别是在折射/衍射混合透镜元件中，若在折射率不同的介质的界面上形成衍射结构，则能够改善衍射效率的波长依赖性，因此是优选的。

(第六实施方式)

图16是第六实施方式所涉及的相机系统的大致结构图。第六实施方式所涉及的相机系统包括相机主体100和可换镜头装置200。

相机主体100包括：相机控制器101、图像传感器102、快门单元103、图像显示控制部104、图像传感器控制部105、对比度检测部106、快门控制部107、图像存储控制部108、显示器110、释放钮111、存储器112、电源113及相机支架(camera mount)114。

相机控制器101是对整个相机系统进行控制的运算装置。相机控制器101与图像显示控制部104、图像传感器控制部105、对比度检测部106、快门控制部107、图像存储控制部108、存储器112以及相机支架114电连接，并能够互相进行信号的发送、接收。此外，相机控制器101与释放钮111电连接，接收释放钮111的操作信号。并且，相机控制器101与电源113连接。

图像传感器102例如是C-MOS传感器。图像传感器102将入射到受光面的光学像转换成图像数据，并将其输出。图像传感器102根据来自图像传感器控制部105的驱动信号而被驱动。图像传感器控制部105根据来自相机控制器101的控制信号，输出使图像传感器102驱动的驱动信号，并将从图像传感器102输出的图像数据输出到相机控制器101。对比度检测部106根据来自相机控制器101的控制信号，通过运算来从图像传感器102所输出的图像数据中检测对比度，并将其输出给相机控制器101。

快门单元103包括用于对入射到图像传感器102中的图像光(imagelight)的光路进行遮蔽的快门板。快门单元103根据来自快门控制部107的驱动信号而被驱动。快门控制部107根据来自相机控制器101的控制信号，来对快门单元103的快门板的开关定时进行控制。

显示器110例如是液晶显示装置。显示器110根据来自图像显示控制部104的驱动信号而受到驱动，将图像显示在显示面上。图像显示控制部104根据来自相机控制器101的控制信号，输出显示在显示器110上的图像数据和用于驱动显示器的驱动信号。

图像存储控制部108根据来自相机控制器101的控制信号，将图像数据输出给可拆卸地连接的存储卡109。

相机支架114实现相机主体100与后述的可换镜头装置200之间的机械连接。此外，相机支架114也发挥接口的作用，使相机主体100与后述的可换镜头装置200电连接。

可换镜头装置200包括镜头控制器201、光圈控制部202、聚焦控制部203、存储器204、光圈单元206、光学成像系统207及镜头架210。

镜头控制器201是对整个可换镜头装置200进行控制的运算装置，镜头控制器201经由镜头架210及相机支架114与上述相机主体中的相机控制器101连接。镜头控制器201与光圈控制部202、聚焦控制部203、存储器204及模糊检测部205电连接，并能够互相进行信号的发送、接收。

光学成像系统207是上述的第一实施方式的光学成像系统。光学成像系统207包括聚焦透镜组207a。此外，为了便于说明，对聚焦透镜组207a进行了模块化，所以没有直接示出实际的光学成像系统的结构。通过使聚焦透镜组207a沿光轴的方向移动来进行聚焦。

光圈控制部202根据来自镜头控制器201的控制信号，来检测光圈单元206的当前位置，并进行输出。此外，光圈控制部202通过输出用于驱动光圈单元206中所包含的光圈叶片的驱动信号，来使光圈开闭，从而改变光学系统的F值。

聚焦控制部203根据来自镜头控制器201的控制信号，来检测聚焦透镜组207a的当前位置，并进行输出。此外，聚焦控制部203通过输出用于驱动聚焦透镜组207a的驱动信号，沿光轴的方向来驱动聚焦透镜组207a。

在上述结构中，若释放钮111被按下一半，则相机控制器101执行自动聚焦的例程(routine)。首先，相机控制器101通过相机支架114及镜头架210与镜头控制器201进行通信，检测聚焦透镜组207a及光圈单元206的状态。

接着，镜头控制器201根据控制信号来对聚焦控制部203进行控制，驱动聚焦透镜组207a，使它摆动(wobbling)。同时，相机控制器101经由相机支架114及镜头架210，与镜头控制器201进行通信，并输出控制信号，该控制信号指示镜头控制器201使光圈值(G)为规定值。镜头控制器201根据控制信号来对光圈控制部202进行控制，驱动光圈单元206的光圈叶片，以得到规定的F值。

另一方面，相机控制器101向图像传感器控制部105及对比度检测部106输出控制信号。图像传感器控制部105及对比度检测部106获得来自图像传感器102的、分别与聚焦透镜组207a的摆动驱动的采样频率建立关联的输出。图像传感器控制部105根据来自相机控制器101的控制信号，将与光学像相对应的图像数据发送给相机控制器101。相机控制器101对图像数据进行规定的图像处理，并将其发送给图像显示控制部104。图像显示控制部104将图像数据作为可视图像来显示在显示器110上。

此外，对比度检测部106通过运算来求出图像数据的对比度的值，将其与摆动建立关联，发送给相机控制器101。相机控制器101根据对比度检测部106的检测结果，来决定聚焦透镜组的聚焦移动方向和移动量，并将关于这些的信息发送给镜头控制器201。镜头控制器201将控制信号输出给聚焦控制部203，以使聚焦透镜组207a移动。聚焦控制部203根据来自镜头控制器201的控制信号来驱动聚焦透镜组207a。

在实时显示状态下进行自动聚焦的情况下，重复进行上述动作。这样，在实时显示状态下进行自动聚焦的情况下，聚焦透镜组207连续进行摆动。此时，第一实施方式所涉及的光学成像系统由于摆动时的图像倍率的变化小，且轻量，所以适合于实时显示状态和动态图像的拍摄。

上述的关于第六实施方式的说明中，对应用第一实施方式中所记载的光学成像系统的例子进行了说明，当然也可以应用其它实施方式所涉及的光学成像系统。

此外，也可以将由以上说明的第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统、和电荷耦合器件、CMOS(互补金属氧化物半导体)等摄像元件构成的拍摄装置应用到镜头交换式相机系统、监视系统中的监视相机、网络相机、车载相机等。

【实施例】

以下，对具体实施第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统的数值实施例进行说明。如下所述，数值实施例1～5分别与第一～第五实施方式相对应。此外，各数值实施例中，表中长度的单位均为“mm”，视角(view angle)的单位均为“°”。此外，各数值实施例中，r是曲率半径，d是轴向间隔(axialdistance)，nd是相对于d线的折射率，vd是相对于d线的阿贝数。

图2、5、8、11及14是第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统在无穷远聚焦状态下的纵向像差图。此外，图3、6、9、12及15是第一～第五实施方式所涉及的光学成像系统在物距为1m的情况下的纵向像差图。

各纵向像差图，从左侧开始依次示出：球面像差(SA(mm))、像散(AST(mm))，畸变(DIS(％))。球面像差图中，纵轴示出F值(图中用F表示)，实线是d线(d-line)的特性，短虚线是F线(F-line)的特性，长虚线是C线(C-line)的特性。像散图中，纵轴示出半视角(half view angle)(图中用W表示)，实线是弧矢面的特性(图中用s表示)，虚线是子午平面(图中用m表示)的特性。畸变图中，纵轴示出半视角(图中用W表示)。

(数值实施例1)

数值实施例1的光学成像系统与图1所示的第一实施方式相对应。表1示出数值实施例1的光学成像系统的面数据，表2示出各种数据。

表1(面数据)

表2(各种数据)

(数值实施例2)

数值实施例2的光学成像系统与图2所示的第二实施方式相对应。表3示出数值实施例2的光学成像系统的面数据，表4示出各种数据。

表3(面数据)

表4(各种数据)

(数值实施例3)

数值实施例3的光学成像系统与图3所示的第三实施方式相对应。表5示出数值实施例3的光学成像系统的面数据，表6示出各种数据。

表5(面数据)

表6(各种数据)

(数值实施例4)

数值实施例4的光学成像系统与图4所示的第四实施方式相对应。表7示出数值实施例4的光学成像系统的面数据，表8示出各种数据。

表7(面数据)

表8(各种数据)

(数值实施例5)

数值实施例5的光学成像系统与图5所示的第五实施方式相对应。表9示出数值实施例5的光学成像系统的面数据，表10示出各种数据。

表9(面数据)

表10(各种数据)

下表11示出各数值实施例所涉及的光学成像系统中、各条件的对应值。表11(条件的对应值：数值实施例1～5)

(工业实用性)

本发明所涉及的光学成像系统能够应用到镜头交换式相机系统、监视系统中的监视相机、网络相机、车载相机等，特别适用于镜头交换式相机系统等要求高画质的光学成像系统。

Claims (9)

1.一种光学成像系统，其特征在于：

该光学成像系统从物方到像方依次包括：最靠近物方的位置配置有负透镜的前组、孔径光阑以及具有正光焦度的后组，

在从无穷远物体到近距离的物体进行聚焦时，上述最靠近物方的负透镜和上述孔径光阑相对于成像面固定，上述前组或后组中的部分透镜沿光轴移动，

并且，上述光学成像系统满足以下的条件(1)：

0.9＜R/f＜2.0···(1)

其中，

R：最靠近物方而配置的负透镜元件的像方曲率半径、与所有负透镜元件中从物方起的第二个负透镜元件的像方曲率半径之间的平均值；

f：整个系统的焦距。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：

聚焦时沿光轴移动的透镜是单透镜元件。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，

满足以下的条件(2)：

2.0＜∑d/f＜12.0…(2)

其中，

∑d：从整个系统的最靠近物方的面到最靠近像方的面的光轴上的距离；

f：整个系统的焦距。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，

满足以下的条件(3)：

20＜Vn-Vp＜50···(3)

其中，

Vn：包含在前组中的负透镜元件的相对于d线的平均阿贝数；

Vp：包含在前组中的正透镜元件的相对于d线的平均阿贝数。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，

满足以下的条件(4)及(5)：

-4.0＜ff/fG＜3.0…(4)

1.1＜f2/f＜4.2···(5)

其中，

ff：聚焦时移动的透镜元件的焦距；

fG：聚焦时移动的透镜元件所属的透镜组的合成焦距；

f2：后组的合成焦距；

f：整个系统的焦距。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，

聚焦时沿光轴移动的透镜元件满足以下的条件(6)或(7)：

0.2＜βp＜0.8···(6)

1.0＜βn＜1.8···(7)

其中，

βp：聚焦时移动的正透镜元件在无穷远聚焦状态下的旁轴成像倍率；

βn：聚焦时移动的负透镜元件在无穷远聚焦状态下的旁轴成像倍率。

7.根据权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，

满足以下的条件(8)：

0.01＜D1/f＜0.20…(8)

其中，

D1：最靠近物方而配置的正透镜元件、与相邻于该正透镜元件的像方而配置的负透镜元件之间的空气间隔；

f：整个系统的焦距。

8.一种可换镜头装置，其特征在于，该可换镜头装置具备：

权利要求1所述的光学成像系统；以及

镜头架部，该镜头架部与相机主体连接，该相机主体包括，接收上述光学成像系统所形成的光学像，并将该光学像转换成电图像信号的图像传感器。

9.一种相机系统，其特征在于，

该相机系统包括：

具备权利要求1所述的光学成像系统的可换镜头装置；以及

相机主体，该相机主体通过相机支架部与上述可换镜头装置可拆卸地连接，并包括，接收上述光学成像系统所形成的光学像，并将该光学像转换成电图像信号的图像传感器。

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