CN103885161B - 成像光学系统和包括该成像光学系统的图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成像光学系统和包括该成像光学系统的图像拾取设备。成像光学系统从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；孔径光阑；以及具有正折光力的第三透镜单元。在从远物体到近物体的聚焦期间，第二透镜单元向着像侧移动，第三透镜单元从物侧到像侧依次包括具有相互面对的凹表面的两个透镜和正透镜，其中在所述两个透镜之间设置有第三透镜单元中的最大的气隙。适当地设置整个成像光学系统的焦距和第二透镜单元的焦距。

Description

成像光学系统和包括该成像光学系统的图像拾取设备
技术领域
本公开涉及成像光学系统和包括所述成像光学系统的图像拾取设备，并且适合用于在例如数字静态照相机、数字摄像机、TV照相机、监视照相机或卤化银胶片照相机中包含的成像光学系统。
背景技术
在单反镜头数字静态照相机和单反镜头卤化银胶片照相机中包含的成像光学系统被要求具有约40°至60°的大成像视角。这种成像光学系统也被要求具有预先确定的后焦距，使得诸如滤波器的光学部件可以被布置在该成像光学系统的像侧。此外，成像光学系统也被要求实现高的光学性能，具有大的孔径比，并且能够执行快速聚焦。当孔径比增大时，快门速度可以被增大，使得在例如室内拍摄期间的照相机抖动可以被容易地抑制。
在成像光学系统中，通常，通过移动整个成像光学系统或者成像光学系统的一部分来执行聚焦。例如，已知一种通过移动成像光学系统中包含的中间透镜单元来执行聚焦的内聚焦系统。通过该内聚焦系统，聚焦透镜单元的移动量小于在移动整个成像光学系统的情况中的移动量，并且，可以容易地减小聚焦透镜单元的尺寸和重量。
结果，在聚焦期间可以高速地移动聚焦透镜单元，并且，可以减少在聚焦期间施加的驱动扭矩（drivetorque）。因此，在例如该系统被包含在包括自动聚焦检测装置的成像设备中的情况中，可以容易地减小驱动电机的尺寸。
已知有具有相对大的成像视角和长的后焦距的内聚焦成像光学系统。美国专利No.4,852,984和日本专利公开No.1-185507公开了成像光学系统，所述成像光学系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元、以及具有正折光力的第三透镜单元，并且，其中，通过移动第二透镜单元来执行聚焦。
在内聚焦系统中，可以通过移动相对小且轻的透镜单元来执行聚焦，从而可以促进高速聚焦。另外，可以执行成像的最小的成像距离小。
但是，与在聚焦期间移动整个光学系统的情况相比，在内聚焦系统中，当移动聚焦透镜单元时通常发生大的像差变化，并且，难以在整个物距范围内适当地校正像差。例如，在通过移动在成像光学系统的孔径光阑附近布置的中间透镜单元来执行聚焦的内聚焦系统中，在聚焦期间发生大的球差和彗差变化。当成像光学系统的孔径比被增大时，像差变化的趋势变得更加显著。
当具有约40°至60°的大成像视角的内聚焦成像光学系统的孔径比被增大时，每一个透镜的厚度被增大。结果，后焦距往往会被减小，以确保足够的空间用于聚焦透镜单元的移动。
因此，为了增大内聚焦成像光学系统的视角和孔径比，需要适当地设置包括聚焦透镜单元的成像光学系统的透镜单元的折光力和透镜配置。除非适当地配置透镜单元，否则，在聚焦期间发生大的像差变化，并且，在整个物距内实现高的光学性能变得困难。特别地，在增大视角和孔径比的同时增大后焦距变得困难。
发明内容
本发明的实施例提供一种具有大的视角和大的孔径比的成像光学系统，通过该成像光学系统，可以容易地执行高速聚焦，并且可以增大后焦距。
根据本发明的一个方面的成像光学系统从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；孔径光阑；以及具有正折光力的第三透镜单元。在从远物体到近物体的聚焦期间，第二透镜单元向着像侧移动。第三透镜单元从物侧到像侧依次包括两个透镜和正透镜，所述两个透镜具有相互面对的凹表面，并且在它们之间设置有第三透镜单元中的最大的气隙。当f是整个成像光学系统的焦距，并且，f2是第二透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.70<|f2/f|<2.50。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清晰。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的透镜的截面图。
图2A和2B是在无限远处的物体和近物体分别处于聚焦的状态中的根据本发明的第一实施例的像差图。
图3是根据本发明的第二实施例的透镜的截面图。
图4A和4B是在无限远处的物体和近物体分别处于聚焦的状态中的根据本发明的第二实施例的像差图。
图5是根据本发明的第三实施例的透镜的截面图。
图6A和6B是在无限远处的物体和近物体分别处于聚焦的状态中的根据本发明的第三实施例的像差图。
图7是根据本发明的第四实施例的透镜的截面图。
图8A和8B是在无限远处的物体和近物体分别处于聚焦的状态中的根据本发明的第四实施例的像差图。
图9是示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的主要部分的示意图。
具体实施方式
现在将描述根据本发明的实施例的成像光学系统和根据本发明的实施例的包括成像光学系统的图像拾取设备。
根据本发明的实施例的成像光学系统中的每一个从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元、孔径光阑以及具有正折光力的第三透镜单元。在从远物体到近物体的聚焦期间，第二透镜单元向着像侧移动，
图1是在无限远处的物体处于聚焦的状态中的根据本发明的第一实施例的成像光学系统的截面图。图2A和2B是在无限远处的物体和近物体（450mm）分别处于聚焦的状态中的根据第一实施例的成像光学系统的纵向像差图。根据第一实施例的成像光学系统具有47.2度的成像视角和约1.45的F数。
图3是在无限远处的物体处于聚焦的状态中的根据本发明的第二实施例的成像光学系统的截面图。图4A和4B是在无限远处的物体和近物体（300mm）分别处于聚焦的状态中的根据第二实施例的成像光学系统的纵向像差图。根据第二实施例的成像光学系统具有62.18度的成像视角和约1.45的F数。
图5是在无限远处的物体处于聚焦的状态中的根据本发明的第三实施例的成像光学系统的截面图。图6A和6B是在无限远处的物体和近物体（450mm）分别处于聚焦的状态中的根据第三实施例的成像光学系统的纵向像差图。根据第三实施例的成像光学系统具有42.66度的成像视角和约1.45的F数。
图7是在无限远处的物体处于聚焦的状态中的根据本发明的第四实施例的成像光学系统的截面图。图8A和8B是在无限远处的物体和近物体（450mm）分别处于聚焦的状态中的根据第四实施例的成像光学系统的纵向像差图。根据第四实施例的成像光学系统具有46.18度的成像视角和约1.45的F数。
到近物体的距离的数值是下面将会描述的数值例中的毫米量级的数值。图9是示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的主要部分的示意图。在截面图中，左侧是物侧（前侧，放大侧），右侧是像侧（后侧，缩小侧）。每一个成像光学系统OL从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元L1；具有负折光力的第二透镜单元L2；孔径光阑SP；以及具有正折光力的第三透镜单元L3。
每一个第二透镜单元L2包括正透镜G2p和负透镜G2n。每一个第三透镜单元L3包括具有相互面对的凹表面的透镜G3a和G3b、以及正透镜G3p，其中在所述透镜G3a和G3b之间设置有第三透镜单元L3中的最大的气隙。
像平面IP对应于在每一个成像光学系统被包含在摄像机或者数字静态照相机中的情况中的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件（光电转换器）的图像拾取平面。在每一个成像光学系统被包含在卤化银胶片照相机中的情况中，像平面IP对应于胶片表面。在球差图中，实线d显示d线，并且，单点划线g显示g线。点线S.C显示正弦条件。
在像散图中，虚线ΔM显示d线的子午像平面，实线ΔS显示d线的弧矢像平面。畸变图显示d线的畸变，并且，倍率色差图显示g线的倍率色差。Fno表示F数，ω表示半视角（度）。
根据本发明的实施例的成像光学系统包括：具有正折光力的第一透镜单元L1；具有负折光力的第二透镜单元L2；孔径光阑SP；以及具有正折光力的第三透镜单元L3。通过沿着光轴向着像侧移动第二透镜单元L2来执行从无限远处的物体到近物体的聚焦。
在根据实施例的成像光学系统中的每一个中，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括具有相互面对的凹表面的两个透镜G3a和G3b、以及正透镜G3p，其中在所述两个透镜G3a和G3b之间设置有第三透镜单元L3中的最大的气隙。当f是整个系统的焦距，并且，f2是第二透镜单元L2的焦距时，满足下面的条件式：
0.70<|f2/f|<2.50(1)。
根据实施例的成像光学系统中的每一个从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元L1；具有负折光力的第二透镜单元L2；以及具有正折光力的第三透镜单元L3。另外，孔径光阑SP被设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间。
作为具有约40°至60°的宽成像视角和长的后焦距的成像光学系统，已知高斯型成像光学系统。通过高斯型成像光学系统，可以相对容易地增大视角、孔径比和后焦距。在高斯型成像光学系统中，通常，通过移动整个成像光学系统来执行聚焦。因此，聚焦透镜单元是重的，并且，难以执行高速聚焦。
因此，根据本发明的实施例的成像光学系统被配置为内聚焦系统，其中，在从远物体到近物体的聚焦期间，向着像侧移动具有负折光力的第二透镜单元L2。结果，与在聚焦期间移动整个成像光学系统的情况相比，可以减少聚焦透镜单元的重量并可以促进高速聚焦。另外，具有正折光力的第一透镜单元L1使得成像光束在入射到第二透镜单元L2之前会聚，从而减小了第二透镜单元L2的有效直径。因此，减小了聚焦透镜单元的有效直径，并且，相应地减小了聚焦透镜单元的尺寸。
具有约40°至60°的大成像视角的成像光学系统具有相对短的焦距，因此，难以增大后焦距。另外，在孔径比被增大时，透镜厚度也被增大，这使得进一步难以增大后焦距。
因此，在根据本发明的实施例的成像光学系统中的每一个中，第三透镜单元L3被配置为具有所谓的后聚焦型（retro-focus-type）透镜结构，其中，具有负折光力的组件被布置在物侧，并且，具有正折光力的组件被布置在像侧，从而可以增大后焦距。当孔径比被增大时，通常，由第一透镜单元L1产生大的像差。特别地，球差和彗差增大，并且，由于正方向上的佩兹伐和（Petzvalsum）的增加而导致像场弯曲也增大。结果，图像质量被降低。
因此，根据本发明的实施例的成像光学系统中的每一个被配置为具有这样的透镜结构，其中，由具有正折光力的第一透镜单元L1产生的球差和彗差被具有负折光力的第二透镜单元L2抵消（校正）。
在根据本发明的实施例的成像光学系统中的每一个中，在从远物体到近物体的聚焦期间，向着像侧移动具有负折光力的第二透镜单元L2。因此，轴向光线入射在第二透镜单元L2上的位置在近物体处于聚焦时比在无限远处的物体处于聚焦时低。这意味着，当近物体处于聚焦时，由第二透镜单元L2提供的像差抵消效果被减少，并且，由于聚焦而导致的像差变化被增大。
因此，第三透镜单元L3包括负透镜G3b，作为布置在物侧的具有负折光力的组件，该负透镜G3b在物侧具有强折光力的凹表面（具有负折光力的透镜表面）。带有在物侧具有强折光力的凹表面的负透镜G3b有助于校正由第二透镜单元L2产生的球差和彗差，从而减少由第二透镜单元L2产生的像差。因此，可以容易地减少由于聚焦而引起的像差变化。
由于带有在物侧具有强负折光力的凹表面的负透镜G3b，第三透镜单元L3具有后聚焦型透镜结构，从而增大后焦距的效果被增强。另外，可以减少佩兹伐和，从而可以抑制像场弯曲的增加。
在每一个实施例中，当f2是第二透镜单元L2的焦距，并且，f是整个成像光学系统的焦距时，满足条件式（1）。
条件式（1）涉及第二透镜单元L2的折光力，该第二透镜单元L2是聚焦透镜单元，并且被提供用来减少由于在增大孔径比的同时聚焦而引起的像差变化。当第二透镜单元L2的负折光力的绝对值如此大以至于条件式（1）的值低于其下限时，虽然在聚焦期间的移动量可以被减少以使得整个系统的尺寸可以被容易地减少，但是由于聚焦而引起的像差变化被增大。当第二透镜单元L2的负折光力的绝对值如此小以至于条件式（1）的值高于其上限时，在聚焦期间的移动量被增大，并且，整个系统的尺寸被相应地增大。
条件式（1）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.80<|f2/f|<2.30(1a)
条件式（1a）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.90<|f2/f|<2.10(1b)
通过上述结构，根据每一个实施例，可以容易地提供具有约40°至60°的大成像视角、大的孔径比（约1.4的F数）和长的后焦距的内聚焦成像光学系统。
在每一个实施例中，为了进一步减少聚焦期间的像差变化，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括具有相互面对的凹表面的两个透镜G3a和G3b、以及正透镜，其中在所述两个透镜之间设置有第三透镜单元L3中的最大的气隙。在其间设置有最大的气隙的具有相互面对的凹表面的两个透镜G3a和G3b当中，具有面向物侧的凹表面的负透镜G3b对应于第三透镜单元L3的具有在物侧比在像侧具有更强的折光力的透镜表面（凹表面）的透镜。
布置在物侧且具有强的负折光力的凹透镜表面有助于校正球差、彗差和佩兹伐和。特别地，减少高阶彗差。由具有正折光力的第一透镜单元L1导致轴向光束会聚，并且，该轴向光束入射在第二透镜单元L2上。虽然具有负折光力的第二透镜单元L2对轴向光束提供发散效果，但是，由于第一透镜单元L1提供的强的会聚效果，所以轴向光束通过第二透镜单元L2之后会聚。当会聚的光束入射在第三透镜单元L3中包含的透镜G3b的物侧的凹透镜表面时，产生高阶球差和彗差。
因此，透镜G3a被布置为使得像侧的凹透镜表面导致在通过第一透镜单元和第二透镜单元之后会聚的轴向光束发散。因此，减少在透镜G3b的凹透镜表面上的入射角，并且，抑制高阶球差和彗差的产生。
在每一个实施例中，可以满足下面提供的条件式中的一个或多个。
这里，R3b是布置在第三透镜单元L3中的最大的气隙的像侧的透镜G3b的物侧透镜表面的曲率半径，R3a是布置在第三透镜单元L3中的最大的气隙的物侧的透镜G3a的像侧透镜表面的曲率半径，f1是第一透镜单元L1的焦距，并且，f3是第三透镜单元L3的焦距。第二透镜单元L2包括至少一个正透镜G2p和至少一个负透镜G2n，并且，νd是正透镜G2p的阿贝数。另外，fp是在第三透镜单元L3中包含的正透镜当中的具有最强折光力的正透镜G3p的焦距。
在这种情况中，满足下面的条件式中的一个或多个：
0.25<|R3b/f3|<0.60(2)
0.02<(R3a+R3b)/(R3a-R3b)<0.80(3)
νd<23.5(4)
0.70<f1/f<1.20(5)
0.70<f3/f<1.50(6)
0.60<f1/f3<1.30(7)
0.30<fp/f<1.00(8)
现在将描述条件式的技术含义。
条件式（2）涉及第三透镜单元L3中包含的负透镜G3b的物侧透镜表面的折光力，并且，被提供用来主要减少由于聚焦引起的像差的变化。当负透镜G3b的物侧透镜表面的负折光力的绝对值如此大以至于条件式（2）的值低于其下限时，由该表面产生大的高阶球差和彗差，并且，图像质量被降低。当该透镜表面的负折光力的绝对值如此小以至于条件式（2）的值高于其上限时，增大对由第二透镜单元L2产生的像差的校正的贡献，并且，相应地增大聚焦期间的像差变化。
另外，在正方向上增大佩兹伐和，并且，相应地增大像场弯曲。此外，减少由第三透镜单元L3的后聚焦型透镜结构提供的增大后焦距的效果，并且，实现长的后焦距变得困难。条件式（2）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.27<|R3b/f3|<0.55(2a)
条件式（2a）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.30<|R3b/f3|<0.50(2b)
条件式（3）涉及第三透镜单元L3中的具有负折光力的两个透镜表面的曲率半径，并且，涉及对于校正尤其是球差和彗差的贡献。当第三透镜单元L3中的最大的气隙的像侧的透镜G3b的物侧透镜表面的折光力如此小以至于条件式（3）的值低于其下限时，校正由第一透镜单元L1产生的球差、彗差等变得困难，并且，整个图像的质量被降低。
当第三透镜单元L3中的最大的气隙的像侧的透镜G3b的物侧透镜表面的折光力如此大以至于条件式（3）的值高于其上限时，产生大的高阶球差和彗差，并且，图像质量被显著地降低。
条件式（3）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.05<(R3a+R3b)/(R3a-R3b)<0.70(3a)
条件式（3a）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.07<(R3a+R3b)/(R3a-R3b)<0.65(3b)
条件式（4）涉及在第二透镜单元L2包括至少一个正透镜G2p和至少一个负透镜G2n的情况中的正透镜G2p的材料的阿贝数。条件式（4）被提供主要用来减少聚焦期间的彗差的变化。当正透镜G2p的材料的阿贝数高于条件式（4）的上限时，彗差不能被具有负折光力的第二透镜单元L2充分地校正，并且，在整个物距范围内校正轴向色差和倍率色差变得困难。
条件式（5）涉及第一透镜单元L1的折光力，并且，被提供主要用来在将每一个成像光学系统的尺寸设置为适当的尺寸的同时实现高的光学性能。当第一透镜单元L1的折光力如此大以至于条件式（5）的值低于其下限时，可以增强使得成像光束在入射到聚焦透镜单元之前会聚的效果，并且，可以容易地减小聚焦透镜单元的尺寸。但是，由第一透镜单元L1产生大的球差和彗差，并且，图像质量被降低。当第一透镜单元L1的折光力如此小以至于条件式（5）的值高于其上限时，光学系统的总长度（从第一透镜表面到最后一个透镜表面的距离）被增大。
特别地，减少了使得光束在入射到第二透镜单元L2之前会聚的效果，并且，聚焦透镜单元的尺寸被增大。条件式（5）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.75<f1/f<1.10(5a)
条件式（6）涉及第三透镜单元L3的折光力，并且，被提供主要用来实现高的光学性能。
根据实施例的成像光学系统中的每一个从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元L1；具有负折光力的第二透镜单元L2；以及具有正折光力的第三透镜单元L3。另外，孔径光阑SP被设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间。
因此，整个透镜系统的光学布置基本上关于孔径光阑SP对称。通过该光学布置，由第一透镜单元L1产生的离轴像差，尤其是，畸变和倍率色差，被第三透镜单元L3校正。
当条件式（6）的值在其数值范围之外时，抵消由第一透镜单元L1和第三透镜单元L3产生的离轴像差的效果变得不充分，并且，畸变和倍率色差被增加。
条件式（6）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.75<f3/f<1.40(6a)
条件式（7）涉及第一透镜单元L1和第三透镜单元L3的折光力之比，并且，被提供主要用来适当地校正离轴像差。当条件式（7）的值在其数值范围之外时，校正第一透镜单元L1和第三透镜单元L3的离轴像差的效果变得不充分，并且，畸变和倍率色差被增加。
条件式（7）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.70<f1/f3<1.20(7a)
条件式（8）涉及在第三透镜单元L3中包含的正透镜当中的具有最强折光力的正透镜G3p。该正透镜G3p位于最靠近像侧的位置。条件式（8）被提供主要用来实现高的光学性能和长的后焦距。
在根据实施例的成像光学系统中的每一个中，第三透镜单元L3具有所谓的后聚焦型透镜结构，其中，具有负折光力的组件被布置在物侧，并且，具有正折光力的组件被布置在像侧，从而可以增大后焦距。
当第三透镜单元L3的正透镜G3p的折光力如此大以至于条件式（8）的值低于其下限时，可以容易地增大后焦距。但是，在正方向上增大佩兹伐和，并且，相应地增大像场弯曲。当第三透镜单元L3的正透镜G3p的折光力如此小以至于条件式（8）的值高于其上限时，增大后焦距变得困难。
条件式（8）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.35<fp/f<0.95(8a)
条件式（8a）的数值范围可以被替代地设置为如下：
0.40<fp/f<0.90(8b)
在根据实施例的成像光学系统中的每一个中，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括在物侧具有负折光力的透镜表面的负透镜G3b、以及正透镜。当f、f2和f3分别是整个系统、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的焦距，并且，R3b是负透镜G3b的物侧透镜表面的曲率半径时，可以满足下面的条件式。
0.70<|f2/f|<2.50(1)
0.25<|R3b/f3|<0.60(2)
如上所述，在根据本发明的实施例的成像光学系统中的每一个中，第三透镜单元L3可以从物侧到像侧依次包括：在物侧具有负折光力的透镜表面（凹表面）的负透镜G3b、以及正透镜。当R3b是负透镜G3b的物侧透镜表面的曲率半径时，除了条件式（1）以外，还可以满足条件式（2x）。
条件式（2x）的技术含义与上述的条件式（2）的技术含义相同。除了条件式（1）和（2x）以外，还可以满足上述的条件式（4）至（8）。
现在将描述每一个实施例的透镜结构。首先，将描述图1中示出的根据第一实施例的成像光学系统中包含的每一个透镜单元的透镜结构。在下面的描述中，透镜单元从物侧到像侧以提及的顺序布置。第一透镜单元L1包括三个透镜，即，正双凸透镜、负双凹透镜、以及正双凸透镜。在第一透镜单元L1中，最靠近物侧的正透镜具有非球形表面。
该非球形表面主要适当地校正彗差。第二透镜单元L2包括其中正双凸透镜G2p和负双凹透镜G2n胶合在一起的胶合透镜。在第二透镜单元L2中，最靠近像侧的透镜表面具有非球形形状。该非球形透镜表面适当地校正彗差。
第三透镜单元L3包括：其中正双凸透镜和负双凹透镜G3a胶合在一起的胶合透镜；其中负双凹透镜G3b和正双凸透镜胶合在一起的胶合透镜，该负双凹透镜G3b的折光力的绝对值在物侧比在像侧高；以及正双凸透镜G3p。在第三透镜单元L3中，最靠近像侧的透镜表面具有非球形形状。该非球形透镜表面适当地校正离轴像差。孔径光阑SP设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间。
现在将参照图3描述根据本发明的第二实施例的成像光学系统的透镜结构。图3中示出的根据第二实施例的成像光学系统的透镜结构（折光力的分布）与第一实施例的相同。将描述根据第二实施例的成像光学系统中的每一个透镜单元的透镜结构。在下面的描述中，透镜单元从物侧到像侧以提及的顺序布置。第一透镜单元L1包括在物侧具有凸表面的负弯月形透镜、在物侧具有凹表面的正弯月形透镜、在物侧具有凹表面的负弯月形透镜、在物侧具有非球形透镜表面的正双凸透镜、以及正双凸透镜。
正双凸透镜的非球形表面适当地校正球差和彗差。第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的透镜结构与第一实施例的相同。用于实现具有大的孔径比和长的后焦距的内聚焦系统的结构与第一实施例的相似。
现在将参照图5描述根据本发明的第三实施例的成像光学系统的透镜结构。图5中示出的根据第三实施例的成像光学系统的透镜结构（折光力的分布）与第一实施例的相同。将描述根据第三实施例的成像光学系统中的每一个透镜单元的透镜结构。在下面的描述中，透镜单元从物侧到像侧以提及的顺序布置。第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的透镜结构与第一实施例的相同。
第三透镜单元L3包括：其中正双凸透镜和负双凹透镜G3a胶合在一起的胶合透镜；其中负弯月形透镜G3b和在像侧具有凸表面的正弯月形透镜胶合在一起的胶合透镜，该负弯月形透镜G3b的折光力的绝对值在物侧比在像侧高；以及正双凸透镜G3p。在第三透镜单元L3中，最靠近像侧的透镜表面具有非球形形状。该非球形透镜表面适当地校正离轴像差。用于实现具有大的孔径比和长的后焦距的内聚焦系统的结构与第一实施例的相似。
现在将参照图7描述根据本发明的第四实施例的成像光学系统的透镜结构。图7中示出的根据第四实施例的成像光学系统的透镜结构（折光力的分布）与第一实施例的相同。将描述根据第四实施例的成像光学系统中的每一个透镜单元的透镜结构。第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的透镜结构与第一实施例的相同。用于实现具有大的孔径比和长的后焦距的内聚焦系统的结构与第一实施例的相类似。
虽然上面描述了本发明的实施例，但是本发明并不局限于上述实施例，并且，可以在本发明的范围内进行各种修改和替换。
现在将参照图9描述包括根据本发明的实施例的成像光学系统的单反镜头照相机系统（图像拾取设备）。
参照图9，单反镜头照相机系统包括单反镜头照相机主体10和可更换镜头11，该可更换镜头11包括根据本发明的实施例的成像光学系统。诸如胶片或图像拾取元件的记录单元12记录（接收）通过可更换镜头11获得的被摄体图像。取景器光学系统13允许用户观看通过可更换镜头11获得的被摄体图像。快速返回反射镜14以可枢转的方式设置，使得通过可更换镜头11获得的被摄体图像可以被选择性地发送到记录单元12或取景器光学系统13。
当通过取景器观看被摄体图像时，通过快速返回反射镜14在聚焦板15上形成被摄体图像，该被摄体图像通过五棱镜16被形成为正立图像，并且，由目镜光学系统17放大，从而可以观看到被摄体图像。在成像操作中，快速返回反射镜14沿着箭头所示的方向枢转，并且，在记录单元12上形成被摄体图像并记录该被摄体图像。单反镜头照相机系统还包括子反射镜18和焦点检测装置19。
关于这种情况，当在诸如单反镜头照相机系统的可更换镜头的图像拾取设备中包含根据本发明的实施例的成像光学系统时，可以实现具有约40°至60°的宽视角和大的孔径比（约1.4的F数）的内聚焦图像拾取设备。本发明也可以被应用于不包括快速返回反射镜的照相机。
接下来，将描述与根据本发明的第一实施例至第四实施例的成像光学系统相对应的第一数值例至第四数值例。在每一个数值例中，i表示从物侧算起的表面编号，ri表示从物侧算起的第i个透镜表面的曲率半径，di是第i个透镜的气隙的透镜厚度，并且，ndi和νdi分别是在d线处第i个透镜的材料的折射率和阿贝数。对应于可变间隙的值是在物距变化时的值。
关于每一个非球形表面的形状，当光行进的方向为正方向，x是在光轴方向上离非球形表面的顶点的位移，h是在垂直于光轴的方向上离光轴的高度，r是旁轴曲率半径，K是圆锥常数，并且，A4、A6、A8、A10和A12是非球面系数时，每一个非球形表面的形状被被表达为如下：
x=(h2/r)/[1+{1-(1+K)×(h/r)2}1/2]+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10+A12×h12。
第一数值例
单位：mm
表面数据
非球面数据
第二表面
K=0.00000e+000A4=1.89259e-006A6=-7.63221e-010
A8=-2.23250e-013A10=2.49921e-015
第九表面
K=0.00000e+000A4=8.69296e-007A6=1.56418e-008
A8=-1.51039e-010A10=7.43393e-013A12=-1.49889e-015
第十八表面
K=0.00000e+000A4=4.17822e-006A6=2.03663e-009
A8=1.86499e-013A10=8.53744e-016
各种数据
变焦透镜单元数据
单个透镜数据
第二数值例
单位：mm
表面数据
非球面数据
第七表面
K=0.00000e+000A4=-5.21875e-006A6=5.13741e-009
A8=-2.05161e-011A10=4.53067e-014A12=-4.02280e-017
第十三表面
K=0.00000e+000A4=1.91423e-006A6=1.73656e-008
A8=-8.83548e-011A10=2.38442e-013A12=-1.93864e-016
第二十二表面
K=0.00000e+000A4=2.93084e-006A6=-9.04798e-009
A8=7.06725e-011A10=-2.46566e-013A12=3.02917e-016
各种数据
变焦透镜单元数据
单个透镜数据
第三数值例
单位：mm
表面数据
非球面数据
第二表面
K=0.00000e+000A4=2.13244e-006A6=-2.33779e-009
A8=5.23767e-012A10=-4.15074e-015
第九表面
K=0.00000e+000A4=2.14399e-006A6=-1.36148e-008
A8=1.72068e-010A10=-7.81277e-013A12=1.01527e-015
第十八表面
K=0.00000e+000A4=1.02853e-006A6=1.97165e-009
A8=-4.66405e-012A10=4.24595e-015
各种数据
变焦透镜单元数据
单个透镜数据
第四数值例
单位：mm
表面数据
非球面数据
第二表面
K=0.00000e+000A4=2.03324e-006A6=-1.40953e-009
A8=1.77105e-012A10=8.86546e-018
第九表面
K=0.00000e+000A4=6.61881e-007A6=1.24378e-008
A8=-1.05623e-010A10=4.71960e-013A12=-8.97003e-016
第十八表面
K=0.00000e+000A4=1.91816e-006A6=1.18504e-009
A8=-2.06851e-012A10=1.92835e-015
各种数据
变焦透镜单元数据
单个透镜数据
表1
虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应该被给予最宽泛的解释，以涵盖所有的这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种成像光学系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正折光力的第一透镜单元；
具有负折光力的第二透镜单元；
孔径光阑；以及
具有正折光力的第三透镜单元，
其中，在从远物体到近物体的聚焦期间，第二透镜单元向着像侧移动，
特征在于：
其中，第三透镜单元从物侧到像侧依次包括：具有相互面对的凹表面的两个透镜、以及正透镜，在所述两个透镜之间设置有第三透镜单元中的最大的气隙，并且
其中，当f是整个成像光学系统的焦距，并且f2是第二透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.70＜|f2/f|＜2.50。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当R3b是第三透镜单元中的最大的气隙的像侧的透镜的物侧透镜表面的曲率半径，并且f3是第三透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.25＜|R3b/f3|＜0.60。
3.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中当R3a是第三透镜单元中的最大的气隙的物侧的透镜的像侧透镜表面的曲率半径，并且R3b是第三透镜单元中的最大的气隙的像侧的透镜的物侧透镜表面的曲率半径时，满足下面的条件式：
0.02＜(R3a+R3b)/(R3a-R3b)＜0.80。
4.一种成像光学系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正折光力的第一透镜单元；
具有负折光力的第二透镜单元；
孔径光阑；以及
具有正折光力的第三透镜单元，
其中，在从远物体到近物体的聚焦期间，第二透镜单元向着像侧移动，
特征在于：
其中，第三透镜单元从物侧到像侧依次包括：在物侧具有呈负折光力的透镜表面的负透镜、以及正透镜，并且
其中，当f是整个成像光学系统的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，f3是第三透镜单元的焦距，并且R3b是所述负透镜的物侧透镜表面的曲率半径时，满足下面的条件式：
0.70＜|f2/f|＜2.50
0.25＜|R3b/f3|＜0.60。
5.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，第二透镜单元包括至少一个正透镜和至少一个负透镜，并且
其中，当vd是第二透镜单元的正透镜的材料的阿贝数时，满足下面的条件式：
vd＜23.5。
6.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当f1是第一透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.70＜f1/f＜1.20。
7.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当f3是第三透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.70＜f3/f＜1.50。
8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当f1是第一透镜单元的焦距，并且f3是第三透镜单元的焦距时，满足下面的条件式：
0.60＜f1/f3＜1.30。
9.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当fp是第三透镜单元中包含的一个或多个正透镜当中具有最强的折光力的正透镜的焦距时，满足下面的条件式：
0.30＜fp/f＜1.00。
10.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统在光电转换器上形成图像。
11.一种图像拾取设备，其特征在于包括：
根据权利要求1至10中的任意一项所述的成像光学系统；以及
接收由所述成像光学系统形成的图像的光电转换器。
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