CN102736217A - 图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及图像拾取装置。具体公开了：图像拾取装置包括透镜装置和可对于透镜装置附接和去除的照相机装置，其中，照相机装置包含：图像拾取元件和被配置为对于光路要被插入和去除的光学元件，光学元件是ND滤波器，并且ND滤波器包括具有正折光力的表面。光学元件的光轴上的厚度与光学长度调整单元的光轴上的厚度的比被适当地设定。

Description

图像拾取装置

技术领域

本发明涉及图像拾取装置，具体地涉及包括透镜装置和照相机装置的图像拾取装置，所述照相机装置包括可附接到透镜装置并从其去除、并且可插入光路并从其去除的光学元件。

背景技术

常规地，向被插入光路的光学元件提供折光力以控制由光学元件的插入和去除导致的图像形成位置的变化的图像拾取装置是已知的。

例如，日本专利申请公开No.S63-25612公开了一个发明，其中，插入的光学元件具有用于校正当插入光学元件时的图像形成位置的变化的折光力。如果平行板光学元件被插入在图像拾取透镜和图像形成表面之间，并且被插入到图像拾取透镜的透镜系统中，那么图像形成位置向过侧(over side，物侧的相对侧)偏移。日本专利申请公开No.S63-25612向插入的光学元件提供正折光力以消除图像形成位置的移动。

但是，在日本专利申请公开No.S63-25612中公开的常规的技术中，光学元件的插入和去除改变光学特性。例如，如果如在日本专利申请公开No.S63-25612中那样向插入光路的光学元件提供折光力以消除图像形成位置的偏移，那么，当插入光学元件时，出现欠侧(underside)的球面像差。图17示出了如在日本专利申请公开No.S63-25612中那样消除图像形成位置的偏移时的球面像差的示意图。在图17中，交替长短虚线1502表示不向光路插入光学元件时的像差。连续点线1501表示向光路插入光学元件时的像差，并且IP表示像面位置。球面像差使获得的图像的质量劣化。另外，如果最佳焦点位置(1503、1504)(可表达为轴向光束的斑点图中的斑点直径的最小均方根(RMS)的位置)不在焦深(1505、1506)内，那么光学元件的插入和去除明显影响图像，并且，获得的图像大大变化。

如果插入的光学元件不像在日本专利申请公开No.S63-25612中那样具有正折光力并且是平行板，那么当插入光学元件时图像形成位置变化到过侧，并且，出现过侧的球面像差。图18示出插入平行板时的球面像差的示意图。在图18中，交替长短虚线1602表示不向光路插入光学元件时的像差。连续点线1601表示当向光路插入平行板光学元件时的像差，并且IP表示像面位置。

在图18中，为了相对于旁轴光束在像面上设定旁轴焦点，通过沿光轴方向移动透镜单元或移动像面来调整旁轴焦点。从图18可以清楚地看出，在最佳焦点位置1603和1604中，插入光学元件时的最佳焦点位置1603不在焦深(1505、1506)内，并且可以看出，由于插入和去除，球面像差导致图像的变化。特别地，在具有小f数的光学系统中，图像明显变化。

发明内容

本发明的目的是提供即使插入和去除厚的光学元件(ND滤波器)也可抑制图像质量的劣化的图像拾取装置。

本发明提供一种图像拾取装置，该图像拾取装置包括：透镜装置；和对于透镜装置可附接和去除的照相机装置，其中，照相机装置包含：图像拾取元件；和被配置为可被插入光路并从其去除的光学元件，所述光学元件是ND滤波器，并且ND滤波器的表面具有正折光力。

本发明的另一实施例提供了一种图像拾取装置，其中，满足以下的条件：

$0.5<\frac{r}{R}<1.5$

这里，r表示具有正折光力的表面的曲率半径，并且，R由下式定义：

$\mathrm{SA}=\frac{d}{2}\&times;\frac{N^2-1}{N^2}\&times;\frac{1}{4\&times;F^2-1}$

$H=\frac{K}{2\&times;F}$

$A=\sqrt{{\left(K+\mathrm{SA}\right)}^2-H^2}-\sqrt{K^2-H^2}-\mathrm{SA}$

$B=\frac{A}{N-1}\&times;10$

$R=\frac{B^2+H^2}{2\&times;B}$

这里，d表示ND滤波器的厚度，N表示ND滤波器的d线中的折射率，K表示从图像拾取元件的像面到具有正折光力的表面的光轴上的空气等效长度(air equivalent length)，F表示图像拾取装置的整个光学系统的f数。

本发明可提供即使插入和去除厚的光学元件(ND滤波器)也可抑制图像质量的劣化的图像拾取装置。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A是本发明的第一方面的图像拾取装置的配置的示意图(当插入ND滤波器时)。

图1B是本发明的第一方面的图像拾取装置的配置的示意图(当去除ND滤波器时)。

图2是ND滤波器被插入光路和从其去除时的纵向像差的示意图。

图3是根据本发明的ND滤波器被插入光路和从其去除时的纵向像差的示意图。

图4A是表观出射光瞳位置与表观像面之间的关系的示意图。

图4B是表观出射光瞳位置与表观像面之间的关系的示意图。

图4C是表观出射光瞳位置与表观像面之间的关系的示意图。

图5是第一实施例(第一方面)的透镜断面图。

图6A示出根据第一实施例(第一方面)的当去除ND滤波器时的纵向像差。

图6B示出根据第一实施例(第一方面)的当插入ND滤波器时的纵向像差。

图7是第二实施例(第一方面)的透镜断面图。

图8A示出根据第二实施例(第一方面)的当去除了ND滤波器时的纵向像差。

图8B示出根据第二实施例(第一方面)的当插入ND滤波器时的纵向像差。

图9A是第三实施例(第一方面)的图像拾取装置(当插入ND滤波器时)的配置的示意图。

图9B是第三实施例(第一方面)的图像拾取装置(当去除ND滤波器时)的配置的示意图。

图10A是第四实施例(第一方面)的图像拾取装置(当插入ND滤波器时)的配置的示意图。

图10B是第四实施例(第一方面)的图像拾取装置(当去除ND滤波器时)的配置的示意图。

图11是第五实施例(第二方面)的图像拾取装置的配置的示意图。

图12是第六实施例(第二方面)的图像拾取装置的配置的示意图。

图13A是根据第五实施例(第二方面)的当去除了ND滤波器时的透镜断面图。

图13B是根据第五实施例(第二方面)的当插入ND滤波器时的透镜断面图。

图14A示出根据第五实施例(第二方面)的当去除ND滤波器时的纵向像差。

图14B示出根据第五实施例(第二方面)的当插入ND滤波器时的纵向像差。

图15A是根据第六实施例(第二方面)的当去除ND滤波器时的透镜断面图。

图15B是根据第六实施例(第二方面)的当插入ND滤波器时的透镜断面图。

图16A示出根据第六实施例(第二方面)的当去除ND滤波器时的纵向像差。

图16B示出根据第六实施例(第二方面)的当插入ND滤波器时的纵向像差。

图17是根据常规例子的当插入和去除具有折光力的光学元件时的纵向像差的示意图。

图18是根据常规例子的当插入和去除平行板光学元件时的纵向像差的示意图。

图19是照相机光学系统处于正常状态时的光学系统配置的示意图。

具体实施方式

现在根据附图详细描述本发明的优选实施例。

(本发明的第一方面)

以下，参照附图详细描述本发明的第一方面。

图1A和图1B是示出作为本发明的第一方面的图像拾取装置的配置的示意图，并且是以下的第一和第二实施例的示意性配置图。本发明的图像拾取装置包括透镜装置101和可被附接于透镜装置和从其去除的照相机装置。照相机装置包含可被插入光路和从其去除的光学元件103。图1A示出在光路中插入光学元件103和光学长度调整单元105的状态的配置。图1B示出从图1A的状态去除光学元件103的状态的配置。图19示出不存在可插入和去除的光学元件、并且光学长度调整单元105不被插入到作为照相机装置的光学系统的照相机光学系统的情况(在下文中，被描述为光学长度处于正常状态的情况)的配置。图1A、图1B和图19所示的图像拾取装置包括可更换图像拾取透镜101(1701)、照相机光学系统(例如，颜色分离光学系统107(1707)，诸如Phillips型二向棱镜和特殊效果滤波器)102(1702)和图像拾取元件104(1704)。对于照相机光学系统102插入和去除的光学元件103是中性密度滤波器(ND滤波器)。在本发明的第一和第二实施例中，向被插入照相机光学系统102中的光路和从其去除的光学元件103的表面106提供正折光力，并且光学长度调整单元105被配置为调整照相机光学系统102的光学长度。向被插入和去除的光学元件103提供正折光力以抑制由元件的插入和去除导致的图像形成位置的变化。光学长度调整单元105被插入以使得照相机光学系统102的光学长度比正常状态长。以这种方式，产生与正常状态相比离过侧较远的球面像差，以减少当插入光学元件103时产生的欠侧的球面像差。

一般地，照相机光学系统的光学长度被设为与透镜的设计相对应的光学长度，以使得透镜的旁轴焦点与照相机的像面对准。本说明书中的光学长度的正常状态表示这种状态。

图2是在插入和去除光学元件时的旁轴焦点与图1的光学配置中的相同的情况下的球面像差的示意图。虚线2001表示当插入光学元件时的球面像差，并且交替长短虚线2002示出去除光学元件时的球面像差。光学长度调整元件105可被布置于光路中以产生过侧上的球面像差，以减少当插入光学元件时产生的欠侧的球面像差的变化。交替一长两短虚线2003示出插入光学元件时的最佳焦点位置，并且交替一长两短虚线2004示出去除光学元件时的最佳焦点位置。希望在焦深内控制最佳焦点位置。这可抑制由球面像差的变化导致的图像上的影响。如所述的那样，本说明书中的最佳焦点位置表示轴上光束的斑点图的RMS斑点直径最小的位置。

图3是在图1的光学配置中偏移旁轴焦点以使得最佳焦点位置与像面对准时的球面像差的示意图。虚线3001表示插入光学元件时的球面像差，并且交替的长短虚线3002表示去除光学元件时的球面像差。与图2的情况相同，去除光学元件时的球面像差是过侧的球面像差。但是，旁轴焦点向像面的欠侧偏移，以使最佳焦点位置与像面对准，以抑制由去除光学元件时的球面像差导致的对图像的影响。插入元件时的旁轴焦点向像面的过侧偏移，以使最佳焦点位置与像面对准，以抑制由插入元件时的球面像差导致的对图像的影响。配置可进一步抑制由光学元件的插入和去除导致的对图像的影响。一般地，如果插入和去除的玻璃较厚，那么抑制图像形成位置的变化所需要的正折光力增加，并且球面像差的量增加。因此，由于光学元件的插入和去除，图像更加劣化。但是，当插入和去除光学元件时，本发明的配置可使像面与最佳焦点位置对准。这可在不使图像劣化的状态下减少对插入和去除的光学元件的厚度的限制。

参照图4A～4C，将考虑在光学元件的物侧的表面和图像拾取元件侧的表面中的哪一个上形成凸面(具有正折光力的面)，该凸面形成在对于照相机光学系统插入和去除的光学元件上，并用于校正球面像差。图4A～4C是示出在包括图像拾取光学系统401、图像拾取照相机中的照相机光学系统402、可被插入和去除的光学元件403和像面404的光学系统中，从具有正折光力的表面106到表观出射光瞳位置的光轴上的距离X、与从表面106到表观像面的光轴上的距离Y之间的关系的示意图。在图4A～4C中，405表示轴上光束的边缘光线，406表示周边光的主光线。关于距离X和Y的符号，光学元件403的具有曲率的表面的像侧表示正，物侧表示负。

图4A示出了表观像面与表观出射光瞳位置均处于光学元件的像侧上的情况(X/Y≥0)。当光学元件的凸面面向物侧时，轴上光束和离轴光线对于凸面的入射角比当凸面面向像侧时小。因此，可减少像差。作为结果，当X/Y≥0时，希望在光学元件的物侧的表面上形成凸面。

图4B示出表观像面处于光学元件的像侧并且表观出射光瞳处于物侧的情况(X/Y＜0)，其中，|X|≥|Y|。在这种情况下，当光学元件的凸面面向物侧时，与当凸面面向像侧时相比，轴上光束对于凸面的入射角可减小。虽然离轴光线的入射角有点太大，但由于出射光瞳位置足够远，影响较小。因此，如果X/Y＜0且|X|≥|Y|，那么可在光学元件的物侧的表面上形成凸面以减少像差。

图4C示出表观像面处于光学元件的像侧，并且表观出射光瞳处于物侧的情况(X/Y＜0)的情况，其中，|X|＜|Y|。在这种情况下，当光学元件的凸面面向像侧时，与凸面面向物侧时相比，离轴光线对于凸面的入射角可减小。虽然轴上光束的入射角有点太大，但是由于像面足够远，影响较小。因此，如果X/Y＜0且|X|＜|Y|，那么可在光学元件的像侧的表面上形成凸面以减少像差。

在透镜可交换类型的图像拾取装置的情况下，可考虑这些条件以根据可交换透镜的规格优化该装置，以抑制由光学元件的插入和去除导致的图像质量的劣化。在本发明中的对于照相机光学系统插入和去除的光学元件中，以这种方式确定具有曲率的表面。

＜第一实施例>

以下，参照图5、图6A和图6B描述根据本发明的第一实施例的图像拾取装置。

图5是第一实施例的透镜断面图。在图像拾取照相机中形成的照相机光学系统502被布置于变焦透镜501的像面侧。照相机光学系统502包括颜色分离光学系统507和诸如ND滤波器和CC滤波器的光学特性转换滤波器。可插入和去除的光学元件(ND滤波器)503被布置于照相机光学系统中。光学元件503的物侧的表面504是具有正折光力的凸面，并且被设计为不由于光学元件503的插入和去除而改变旁轴焦点。具有1.603的折射率和1.8mm的厚度的平行板505被配置为照相机光学系统中的光学长度调整单元，并且照相机光学系统的光学长度比正常状态长1.8mm。作为结果，与正常状态相比，当光学元件503被去除时，出现过侧的球面像差。因此，可以抑制插入光学元件503时的欠侧的球面像差，并且减少由光学元件503的插入和去除导致的球面像差的变化。

虽然在本实施例中光学长度调整单元505被布置为平行板，但是通过将厚膜附于照相机光学系统或者用具有长的光学长度的玻璃替代照相机光学系统的玻璃，可以获得相同的有利的效果。

假定D1表示光学元件503的沿光轴的厚度，且D2表示光学长度调整单元505的光轴上的厚度，则本实施例中的厚度D1和D2的比为D1/D2为0.9。

D1/D2满足以下的条件式(1)是合适的。

0.6＜D1/D2＜1.3     ...(1)

如果不满足条件式(1)的上限，那么插入光学元件503时的球面像差的变化不能被抑制。插入光学元件503时的最佳焦点变得在焦深下面，并且图像质量劣化。当插入和去除光学元件503时，图像明显变化，这是不合适的。

相反，如果不满足条件式(1)的下限，那么去除光学元件503时的球面像差过度改变到过侧，并且去除光学元件503时的最佳焦点变得在焦深之上。图像质量劣化，这是不合适的。

条件式满足以下关系是更合适的。

0.75＜D1/D2＜1.05   ...(1a)

第一数值实施例描述本实施例的光学系统的数值数据。图6A示出在本实施例的光学系统中去除光学元件时的纵向像差。图6B示出插入光学元件时的纵向像差。在像散图中，虚线表示子午面，实线表示弧矢面。横向色差示出相对于g线的像差。

光学长度调整单元505导致照相机光学系统的光学长度比正常状态长，并且当去除光学元件503时，出现过侧的球面像差(图6A)。但是，最佳焦点位置在焦深内，并且对图像的影响被抑制。由于不存在旁轴焦点的变化，因此，通过缩小孔径来减少最佳焦点位置的变化。因此，进一步减少对图像的影响。

在实施例中，表1示出X/Y＝(210.3/26.7)＝7.9。因此，在面向物侧的表面上形成插入和去除的光学元件的凸面。

图6B示出插入光学元件时的纵向像差。虽然存在欠侧的球面像差，但是作为通过光学长度调整单元505调整照相机光学系统的光学长度的结果，最佳焦点位置处于焦深内。因此，抑制对图像的影响。

<第二实施例>

参照图7、图8A和图8B描述根据本发明的第二实施例的图像拾取装置。

图7是第二实施例的透镜断面图。在图像拾取照相机中形成的照相机光学系统702被布置于变焦透镜501的像面侧。照相机光学系统702包括颜色分离光学系统707和诸如ND滤波器和CC滤波器的光学特性转换滤波器。在照相机光学系统中形成可插入和去除的光学元件703。光学元件703的物侧的表面704是凸面。在本实施例中，插入光学元件703时的旁轴焦点相对于像面向过侧(向被检体的相反侧)偏移，以使得打开孔径时的最佳焦点位置与像面对准。光学长度调整单元505被布置于照相机光学系统上，并且照相机光学系统的光学长度比正常状态长1.82mm。作为结果，与正常状态相比，当去除光学元件703时，出现过侧的球面像差。因此，可以抑制插入光学元件703时的欠侧的球面像差，并且减少由光学元件的插入和去除导致的球面像差的变化。去除光学元件时的旁轴焦点向欠侧偏移，并且打开孔径时的最佳焦点位置与像面对准。

在本实施例中，光学元件503的光轴上的厚度D1与玻璃长度调整单元的光轴上的厚度D2的比为D1/D2＝0.91，并且球面像差被良好地校正。

虽然最佳焦点位置通过缩小孔径改变，但是焦深同时变深。因此，对图像的影响较小。

在实施例中，X/Y＝(211.3/26.7)＝7.9。因此，插入和去除的光学元件的凸面被设计为面向物侧。图8A示出去除光学元件时的纵向像差。由于在照相机光学系统上形成的凹面的影响，出现稍微向着过侧的球面像差。但是，旁轴焦点相对于像面向欠侧偏移12.4μm，并且对图像的影响被抑制。

图8B示出插入光学元件时的纵向像差。虽然出现欠侧的球面像差，但是作为照相机光学系统中的凹面的结果，控制球面像差。旁轴焦点相对于像面向过侧偏移7.0μm，并且最佳焦点位置与像面对准。因此，对于图像的影响被抑制。需要考虑图像拾取透镜的f数和整个光学系统的轴上像差和离轴像差，以优化与旁轴焦点的偏移量。例如，如果f数减小，那么球面像差增加。因此，与旁轴焦点的偏移量需要较大。因此，适当的偏移量可提供不限制插入和去除的光学元件的厚度的图像拾取装置。

如在实施例中描述的那样，在存在诸如滤波器的光学元件的插入和去除的成像条件下，可事先在照相机光学系统的光学系统中包括可附接和去除的光学长度调整单元，以在成像期间在不由于光学元件的插入和去除而影响图像质量的情况下拾取图像。可以选择和安装可根据使用的光学元件的光学特性调整光学特性的光学长度调整单元。在不向光路插入光学元件以拾取图像的成像条件下，可事先从照相机光学系统去除光学长度调整单元，以在具有优异的光学特性的条件下执行图像拍摄(照相机光学系统处于正常状态下)。

<第三实施例>

图9A和图9B是示出根据本发明的第一方面的第三实施例的图像拾取装置的配置的示意图。在图9A和图9B中，与图1和图1B的不同在于，光学长度调整单元110被附于颜色分离光学系统107上(与颜色分离光学系统107分开地布置光学长度调整单元110)。在这种情况下，可以获得与图1A和图1B相同的有利效果。

<第四实施例>

图10A和图10B是示出根据本发明的第一方面的第四实施例的图像拾取装置的配置的示意图。在图10A和图10B中，与图1A和图1B的不同在于，光学长度调整单元111一体化地具有颜色分离光学系统108。在这种情况下，可以获得与图1A和图1B相同的有利效果。在图10A和图10B所示的图像拾取装置中，由于光学长度调整单元111一体化地具有颜色分离光学系统108，因此照相机光学系统102的玻璃长度比标准玻璃长度长。

照相机光学系统的玻璃长度在例如由Association of RadioIndustries and Businesses(以下，称为“ARIB”)作为“ARIB TechnicalReport BTA S-1005B：Interconnection for HDTV studio equipment”提供的技术报告中被规定(参见http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/4-BTA_S-1005v_B.pdf)。根据该技术报告，标准玻璃长度对于2/3英寸照相机与透镜之间的界面被规定为46.2±0.5mm，并且对于1英寸照相机与透镜之间的界面被规定为69.0±0.5mm。另外，虽然没有在“BTA S-1005B”中规定，但是标准玻璃长度对于1/2英寸照相机与透镜之间的界面一般被规定为40.0±0.5mm，并且对于1/3英寸照相机与透镜之间的界面被规定为27.8±0.5mm。在图10A和图10B所示的图像拾取装置的情况下，由于光学长度调整单元111一体化地具有颜色分离光学系统108，因此照相机光学系统102的玻璃长度比标准玻璃长度长。照相机光学系统的标准玻璃长度未必符合由ARIB规定的标准玻璃长度，并且可以为被规定为工业标准的其它标准玻璃长度。在这种情况下，照相机光学系统102的玻璃长度比其它标准玻璃长度长。

(本发明的第二方面)

图11和图12是示出作为本发明的第二方面的图像拾取装置的配置的示意图，并且是以下的实施例5和实施例6的图像拾取装置的配置示意图。本发明的图像拾取装置包括透镜装置(101和105)和可对于透镜装置附接和去除的照相机装置。

照相机装置包括可对于光路插入和去除的光学元件。图11(A)示出将光学元件103插入到光路的状态的配置，图11(B)示出去除光学元件103的状态的配置。本发明的图像拾取装置包括可交换的图像拾取透镜101和105、照相机光学系统(诸如颜色分离光学系统107和特殊效果滤波器)102、图像拾取元件104以及插入和去除的光学元件103。光学元件103是ND滤波器(ND滤波器)。在本发明的图像拾取光学系统中，插入和去除的光学元件103具有正折光力，并且提供正折光力的曲率半径r满足以下的条件式：

$0.5<\frac{r}{R}<1.5---\left(2\right)$

在条件式中，R表示校正要在三级像差理论中校正的球面像差SA的量所需要的曲率半径，并且，从下式获得R。

$\mathrm{SA}=\frac{d}{2}\&times;\frac{N^2-1}{N^2}\&times;\frac{1}{4\&times;F^2-1}---\left(3\right)$

$H=\frac{K}{2\&times;F}---\left(4\right)$

$A=\sqrt{{\left(K+\mathrm{SA}\right)}^2-H^2}-\sqrt{K^2-H^2}-\mathrm{SA}---\left(5\right)$

$B=\frac{A}{N-1}\&times;10---\left(6\right)$

$R=\frac{B^2+H^2}{2\&times;B}---\left(7\right)$

式中，d表示光学元件的厚度，N表示相对于光学元件的d线的折射率，K表示从图像拾取元件的像面到光学元件的具有正折光力的表面的光轴上的空气等效长度，F表示图像拾取装置的整个光学系统的f数。满足条件式可良好地校正由光学元件的插入导致的球面像差。更希望满足以下的条件式。

<式1>

$0.8<\frac{r}{R}<1.4---\left(8\right)$

满足条件式(2)，更合适地满足条件式(8)，可良好地校正特别是具有小的f数(F＜2.0)的光学系统中的球面像差。

本发明的图像拾取装置还包括校正由从照相机光学系统插入和去除光学元件103导致的图像形成位置的移动的单元。如图11所示，插入和去除的光学元件103的表面106具有正折光力以抑制由光学元件的插入导致的球面像差。光学系统105进一步作为校正由光学元件103的插入和去除导致的图像形成位置的移动的图像位置校正单元被布置在图像拾取透镜中(后面描述的第五实施例)。图像拾取透镜中的光学系统105向光轴方向偏移，以校正由于光学元件103的插入导致的图像形成位置的移动。

图12示出在照相机光学系统202中包括校正由布置于颜色分离光学系统207的物侧的光学元件203的插入和去除导致的图像形成位置的移动的单元的实施例(后面描述的第六实施例)。在图12中，图像拾取元件204沿光轴方向移动，以处理由光学元件203的插入和去除导致的图像形成位置的移动。图像位置校正单元不限于移动图像拾取元件的单元。例如，照相机光学系统可被设计为包括用于校正的透镜。在这种情况下，校正透镜根据光学元件的插入和去除沿光轴方向偏移以校正图像形成位置。

在本发明的第二方面的实施例中，在物侧的光学元件的表面和图像拾取元件上的表面中的哪个表面上形成凸面(具有正折光力的表面)与本发明的第一方面的实施例相同(参见图4A～4C)，所述凸面形成在对于照相机光学系统插入和去除的光学元件上，并用于校正球面像差。

<第五实施例>

参照图13A、图13B、图14A和图14B描述根据本发明的第五实施例的图像拾取装置。

图13A和图13B是第五实施例的透镜断面图。在图像拾取照相机中形成的照相机光学系统1102被布置于变焦透镜1101的像面侧。照相机光学系统1102包括颜色分离光学系统1107和诸如ND滤波器和CC滤波器的光学特性转换滤波器。在照相机光学系统中形成可插入和去除的光学元件1404。光学元件1104的物侧的表面1105是具有正折光力以防止由光学元件1104的插入导致的球面像差的劣化的凸面。本实施例中的表面1105的曲率半径为700mm，光学元件1104的厚度为2mm，并且d线折射率N为1.51633。从具有正折光力的表面1105到像面的光轴上的空气等效长度X为19.01mm，并且开放f数为1.85。

表2示出与式(2)～(8)有关的数值。可以看出，满足条件式(2)并进一步满足条件式(8)。另外，X/Y＝11.4。

在图像拾取透镜中形成校正当插入光学元件时的图像形成位置的移动的图像位置校正单元1103。当光学元件1104被插入到光路时，光学元件1103向物侧偏移0.41mm。作为结果，由光学元件1104的插入导致的图像形成位置的变化被抑制。本实施例包括控制单元，其根据光学元件1104从光路的插入和去除检测光学元件1104的状态以驱动图像拾取透镜装置中的图像位置校正单元。以这种方式，可在操作员不有意驱动图像位置校正单元的情况下迅速地根据光学元件的插入和去除来校正图像位置。

由于在本实施例中X/Y＝11.4，因此在面向物侧的表面上形成插入和去除的光学元件的凸面。

第三数值实施例描述第五实施例的光学系统的数值数据。图14A示出在本实施例的光学系统中去除光学元件时的纵向像差。图14B示出在本实施例的光学系统中插入光学元件时的纵向像差。在像散图中，实线表示弧矢面，虚线表示子午面。横向色差示出相对于g线的像差。描述去除光学元件时的光学数据中的表面39和40仅是为了便利与插入光学元件、以及在表面39和40的位置处什么也不存在时的插入和去除的光学元件的比较。因此，在表面38和41之间存在空气，并且间隔d为4.0mm。

由凸面形成作为插入的光学元件1104的物侧的表面的表面1105，以提供正折光力，并且曲率半径满足条件式(2)并进一步满足条件式(8)。以这种方式，由光学元件的插入和去除导致的球面像差的变化被抑制。

<第六实施例>

参照图15A、图15B、图16A和图16B描述根据本发明的第六实施例的图像拾取装置。

图15A和图15B示出第六实施例的透镜断面图。在变焦透镜1301的像面侧布置在图像拾取照相机中形成的照相机光学系统1302。照相机光学系统1302包括颜色分离光学系统1307和诸如ND滤波器和CC滤波器的光学特性转换滤波器。在照相机光学系统中布置可插入和去除的光学元件1303。光学元件1303的物侧的表面1304是具有正折射率并被设计为防止由光学元件1303的插入导致的球面像差的劣化的凸面。本实施例中的表面1304的曲率半径为700mm，光学元件1303的厚度为2mm，并且d线折射率N为1.51633。从具有正折光力的表面1304到像面的光轴上的空气等效长度X为19.01mm，并且开放f数为1.85。

表2示出与式(2)～(8)有关的数值。可以看出，满足条件式(2)并进一步满足条件式(8)。在本实施例中，X/Y＝11.4。

在照相机光学系统中布置作为校正插入光学元件时的图像形成位置的移动的图像位置校正单元的图像拾取元件1305。当光学元件1303被插入到光路时，光学元件1303向像侧偏移0.4mm。作为结果，由光学元件1303的插入导致的图像形成位置的变化被抑制。本实施例包括控制单元，其根据对于光路插入和去除光学元件1303来检测光学元件1303的状态，以驱动照相机装置中的图像位置校正单元。以这种方式，可在操作员不有意驱动图像位置校正单元的情况下迅速地根据光学元件的插入和去除校正图像位置。

在本实施例中，X/Y＝11.4，并且插入和去除的光学元件的凸面面向物侧。

第四数值实施例描述第六实施例的光学系统的数值数据。图16A示出在本实施例的光学系统中去除光学元件时的纵向像差，图16B示出在本实施例的光学系统中插入光学元件时的纵向像差。描述去除光学元件时的光学数据中的表面39和40仅是为了便利与插入光学元件并且在表面39和40的位置上什么也不存在时的插入和去除的光学元件的比较。因此，在表面38和41之间存在空气，并且间隔d为4.0mm。

通过凸面形成作为插入的光学元件1303的物侧的表面的表面1304，以提供正折光力，并且曲率半径满足条件式(2)并进一步满足条件式(8)。以这种方式，由光学元件的插入和去除导致的球面像差的变化被抑制。

虽然描述了本发明的示例性实施例，但本发明不限于实施例，并且可以在本发明的范围内提出各种修改和变化。

(与第一实施例对应的第一数值实施例)

(与第二实施例对应的第二数值实施例)

[表1]

	第一实施例	第二实施例
			X	210.3mm	211.3mm
Y	26.7mm	26.7mm
			X/Y	7.9	7.9

(与第五实施例对应的第三数值实施例)

(与第六实施例对应的第四数值实施例)

[表2]

	第五实施例	第六实施例
			d	2mm	2mm
N	1.51633	1.51633

K	19.01	19.01
			F	1.85	1.85
SA	0.02937	0.02937
			H	5.13784	5.13784
A	0.01133	0.01133
			B	0.02195	0.02195
R	601.35202	601.35202
			r/R	1.16404	1.16404
X	307.3mm	307.3mm
			Y	27.0mm	27.0mm
X/Y	11.4	11.4

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种图像拾取装置，包括：

透镜装置；和

可附接于透镜装置和从其去除的照相机装置，其中，

所述照相机装置包含：

图像拾取元件；和

被配置为要被插入光路和从其去除的光学元件，

所述光学元件是ND滤波器，并且，

所述ND滤波器包括具有正折光力的表面。

2.根据权利要求1的图像拾取装置，其中，

所述照相机装置包括被配置为增加光学长度的光学长度调整单元。

3.根据权利要求2的图像拾取装置，还包括：

图像拾取元件与光学元件之间的、在光路上的颜色分离光学系统，

其中，所述光学长度调整单元与颜色分离光学系统分开布置。

4.根据权利要求2的图像拾取装置，还包括：

图像拾取元件与光学元件之间的、在光路上的颜色分离光学系统，

其中，所述光学长度调整单元与光学分离光学系统一体化地布置。

5.根据权利要求2的图像拾取装置，其中，满足以下的条件：

0.6＜D1/D2＜1.3

其中，D1表示ND滤波器在光轴上的厚度，D2表示光学长度调整单元在光轴上的厚度。

6.根据权利要求2的图像拾取装置，其中，

当在光路中插入ND滤波器时的旁轴焦点和当从光路中去除ND滤波器时的旁轴焦点是相同的。

7.根据权利要求2的图像拾取装置，其中，

插入ND滤波器时的旁轴焦点处于图像拾取元件的像面的物侧的相对侧，并且去除ND滤波器时的旁轴焦点处于像面的物侧。

8.根据权利要求2的图像拾取装置，其中，如果满足以下条件，则在物侧形成ND滤波器的具有正折光力的表面：

(X/Y)≥0；或者

(X/Y)＜0且|X|≥|Y|，

如果满足以下条件，则在像侧形成所述表面：

(X/Y)＜0且|X|＜|Y|，

其中，X表示从ND滤波器的具有正折光力的表面到表观出射光瞳的在光轴上的距离，Y表示从ND滤波器的具有正折光力的表面到表观像面的在光轴上的距离，其中，X和Y的符号被定义为ND滤波器的像侧为正，并且ND滤波器的物侧为负。

9.根据权利要求3的图像拾取装置，其中，

光学长度调整单元可被附接在光路中和从其去除。

10.根据权利要求1的图像拾取装置，其中，满足以下的条件：

$0.5<\frac{r}{R}<1.5$

其中，r表示具有正折光力的表面的曲率半径，并且R由下式定义：

$\mathrm{SA}=\frac{d}{2}\&times;\frac{N^2-1}{N^2}\&times;\frac{1}{4\&times;F^2-1}$

$H=\frac{K}{2\&times;F}$

$A=\sqrt{{\left(K+\mathrm{SA}\right)}^2-H^2}-\sqrt{K^2-H^2}-\mathrm{SA}$

$B=\frac{A}{N-1}\&times;10$

$R=\frac{B^2+H^2}{2\&times;B}$

其中，d表示ND滤波器的厚度，N表示ND滤波器的d线中的折射率，K表示从图像拾取元件的像面到具有正折光力的表面的光轴上的空气等效长度，F表示图像拾取装置的整个光学系统的f数。

11.根据权利要求10的图像拾取装置，还包括：

图像位置校正单元，被配置为校正由对于光路插入和去除ND滤波器所导致的图像形成位置的移动，其中，

所述图像位置校正单元形成在透镜装置中。

12.根据权利要求10的图像拾取装置，还包括：

图像位置校正单元，被配置为校正由对于光路插入和去除ND滤波器所导致的图像形成位置的移动，其中，

所述图像位置校正单元形成在照相机装置中。

13.根据权利要求10的图像拾取装置，其中，

如果满足以下条件，则在物侧形成ND滤波器的具有正折光力的表面：

(X/Y)≥0；或者

(X/Y)＜0且|X|≥|Y|，

如果满足以下条件，则在像侧形成该表面：

(X/Y)＜0且|X|＜|Y|，

其中，X表示从ND滤波器的具有正折光力的表面到表观出射光瞳的光轴上的距离，Y表示从ND滤波器的具有正折光力的表面到表观像面的光轴上的距离，其中，X和Y的符号被定义为ND滤波器的像侧为正，并且ND滤波器的物侧为负。

14.根据权利要求11或12的图像拾取装置，还包括：

控制单元，被配置为当在光路中插入ND滤波器时驱动图像位置校正单元。

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