CN107544130A - 附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置 - Google Patents

附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置 Download PDF

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Abstract

公开了附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置。可拆卸地附接到图像捕获光学系统的附接光学系统包括：第一透镜，设置有第一非球面，该第一非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部；以及第二透镜，设置有第二非球面，该第二非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部，并且所述第一非球面与所述第二非球面之间在光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。

Description

附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置
技术领域
本发明涉及能够控制成像性能的图像捕获光学系统。
背景技术
近年来，特别是在使用数码照相机或摄像机的拍摄中，对于诸如有意地模糊被摄体的背景从而增强要被拍摄的被摄体的效果，以及其中整个屏幕被轻微模糊的所谓的软焦点效果的表现(expression)的需要正在不断增加。
日本专利特开No.8-248310公开了一种像差可变透镜，该像差可变透镜通过改变由于改变光学系统中的预定透镜单元的空气间隔而生成的球面像差的量来实现所谓的软焦点效果。根据日本专利特开No.8-248310的配置，可以获得模糊整个屏幕的效果。然而，在日本专利特开No.8-248310的配置中，不能在保持被摄体的分辨率状态的同时执行相对于背景从分辨率状态到模糊状态的连续控制。此外，不能获得足够的软焦点效果。
发明内容
本发明提供了能够在保持被摄体的分辨率状态的同时执行相对于背景从分辨率状态到模糊状态的连续控制的、具有紧凑和简单配置的附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置。
作为本发明的一个方面的附接光学系统可拆卸地附接到图像捕获光学系统，包括：第一透镜，设置有第一非球面，该第一非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部；以及第二透镜，设置有第二非球面，该第二非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部，并且所述第一非球面与所述第二非球面之间在光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
作为本发明的另一方面的图像捕获光学系统包括第一透镜，设置有第一非球面，该第一非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部；以及第二透镜，设置有第二非球面，该第二非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部，并且所述第一非球面与所述第二非球面之间在光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
作为本发明的另一方面的图像捕获装置包括所述图像捕获光学系统和被配置成接收经由图像捕获光学系统形成的光学图像的图像拾取设备。
从以下参考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楚。
附图说明
图1是实施例1中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图2是实施例1中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图3A是实施例1中的透镜a2的物侧面形状(基准状态)。
图3B是实施例1中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转20度的状态)。
图3C是实施例1中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转45度的状态)。
图4A是实施例1中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图4B是实施例1中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图5A是实施例1中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转20度的状态)。
图5B是实施例1中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度的状态)。
图6是实施例1中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度并且光学系统A在Y轴方向上一体移动+4mm的状态)。
图7是实施例2中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图8是实施例2中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图9A是实施例2中的透镜a2的物侧面形状(基准状态)。
图9B是实施例2中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转20度的状态)。
图9C是实施例2中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转45度的状态)。
图10A是实施例2中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图10B是实施例2中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图11A是实施例2中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转20度的状态)。
图11B是实施例2中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度的状态)。
图12是实施例3中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图13是实施例3中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图14A是实施例3中的透镜a2的物侧面形状(基准状态)。
图14B是实施例3中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转15度的状态)。
图14C是实施例3中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转25度的状态)。
图15A是实施例3中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图15B是实施例3中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图16A是实施例3中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转15度的状态)。
图16B是实施例3中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转25度的状态)。
图17是实施例4中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图18是实施例4中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图19A是实施例4中的透镜a2的物侧面形状(基准状态)。
图19B是实施例4中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转20度的状态)。
图19C是实施例4中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转45度的状态)。
图20A是实施例4中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图20B是实施例4中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图21A是实施例4中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转20度的状态)。
图21B是实施例4中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度的状态)。
图22是实施例4中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度并且光学系统A在Y轴方向上一体移动+6mm的状态)。
图23是实施例5中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图24是实施例5中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图25A是实施例5中的透镜a2的像侧面形状(基准状态)。
图25B是实施例5中的透镜a2的像侧面形状(从基准状态旋转20度的状态)。
图25C是实施例5中的透镜a2的像侧面形状(从基准状态旋转45度的状态)。
图26A是实施例5中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图26B是实施例5中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图27A是实施例5中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转20度的状态)。
图27B是实施例5中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转45度的状态)。
图28是实施例6中的图像捕获光学系统的透镜的截面图。
图29是实施例6中的透镜a1的像侧面形状(基准状态)。
图30A是实施例6中的透镜a2的物侧面形状(基准状态)。
图30B是实施例6中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转18度的状态)。
图30C是实施例6中的透镜a2的物侧面形状(从基准状态旋转36度的状态)。
图31A是实施例6中的广角端处的横向像差图(基准状态)。
图31B是实施例6中的望远端处的横向像差图(基准状态)。
图32A是实施例6中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转18度的状态)。
图32B是实施例6中的广角端处的横向像差图(透镜a2从基准状态旋转36度的状态)。
图33是每个实施例中的图像捕获装置的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。
本实施例的图像捕获光学系统(或可拆卸地附接到图像捕获光学系统的附接光学系统)具有第一透镜和第二透镜。第一透镜具有第一非球面，该第一非球面包括相对于光轴沿旋转方向形成的多个凹部和凸部。第二透镜具有第二非球面，该第二非球面包括相对于光轴沿旋转方向形成的多个凹部和凸部。光学系统A由至少第一透镜和第二透镜构成。通过使第一透镜和第二透镜围绕光轴相对旋转，第一非球面与第二非球面之间的在光轴方向上的距离发生改变。换句话说，通过使第一透镜和第二透镜围绕光轴相对旋转，图像捕获光学系统的像场弯曲发生改变。通过这样的配置，可以改变通过光学系统A的内部的光束的光路长度。另外，可以实现其中在整个屏幕上保持令人满意的成像性能的基准状态。此外，依赖于第一透镜和第二透镜之间的相对旋转量，可以将成像性能从令人满意的状态连续地改变为足够模糊的状态。
优选地，在本实施例中，通过使第一透镜和第二透镜围绕光轴相对旋转，第一区域中的光轴方向上的距离不变，并且不同于第一区域的第二区域中的光轴上的距离改变。更优选地，第一区域是包括光轴的区域(即，围绕中心的区域)，并且第二区域是比第一区域更远离光轴的区域(即，周边区域)。优选地，第一非球面和第二非球面中的每一个在第一区域中具有平面形状或球形形状。通过这样的配置，可以抑制在光学透镜(第一透镜或第二透镜)旋转时生成的近轴焦距的改变以及在屏幕中心部分的像散。
优选地，第一非球面和第二非球面的中心部分垂直于光轴(即，中心部分的法线方向平行于光轴方向)。通过这样的配置，可以抑制光学透镜旋转时出现的中心像点的偏移。
优选地，第一非球面和第二非球面在通过围绕光轴旋转而获得的预定相位(基准状态)中具有相同的形状。通过这样的配置，可以使得通过光学系统A的内部的光束的光路长度大致相同，并且可以实现其中在整个屏幕上保持令人满意的成像性能的基准状态。此外，当通过模制来形成非球面时，可以通过使第一非球面和第二非球面的形状相同来降低制造成本。
优选地，第一透镜和第二透镜可以在大致上垂直于光轴的方向上一体地移动。通过这样的配置，可以将屏幕内部的良好分辨率区域从屏幕的中心部分移动到任意位置。
优选地，本实施例的图像捕获光学系统包括聚焦单元(聚焦透镜单元)，该聚焦单元在聚焦(用于从无限远到有限距离的被摄体的拍摄)时沿光轴方向移动。通过这样的配置，可以执行如下的拍摄，该拍摄可以适应从无限远到有限距离的期望被拍摄的被摄体距离。
优选地，在第一非球面和第二非球面中，凸部(山部)和凹部(谷部)沿着旋转方向以预定的周期重复地布置。优选地，凸部和凹部的组合作为一个单元，包括第一非球面中所包含的凸部和凹部的组合的单元的数量K1满足下面的条件表达式(1X)。此外，包括第二非球面中所包含的凸部和凹部的组合的单元的数量K2满足下面的条件表达式(1Y)。
3≤K1≤10...(1X)
3≤K2≤10...(1Y)
当超过条件表达式(1X)或条件表达式(1Y)的上限时，非球面的形状变得太复杂，并且是不优选的，这是因为难以控制成像性能或难以制造该非球面。另一方面，当超过条件表达式(1X)或条件表达式(1Y)的下限时，当至少一个透镜旋转时屏幕的周边部分的模糊方向的旋转方向上的对称性减小，导致不自然的图像，这是不优选的。
优选地，满足以下条件表达式(2X)，其中ΔH1是第一非球面中的下陷(下陷量)的最大值，并且DA是在第一透镜的物侧透镜面和第二透镜的像侧透镜面之间的在光轴上的距离。此外，满足以下条件式(2Y)，其中ΔH2是第二非球面中的下陷(下陷量)的最大值。下陷对应于从透镜面的顶点相对于光轴站立的垂线和透镜面之间的距离，并且其是依赖于与光轴的距离而改变的参数。
0.005<|ΔH1/DA|<0.500...(2X)
0.005<|ΔH2/DA|<0.500...(2Y)
当超过条件表达式(2X)或条件表达式(2Y)的上限时，非球面的非球面量变得太大，并且在至少一个透镜不旋转的基准状态下，难以在整个屏幕上实现令人满意的成像性能，这是不优选的。另一方面，当超过条件表达式(2X)或条件表达式(2Y)的下限时，非球面的非球面量变得太小，并且当至少一个透镜相对于基准状态旋转时的成像性能的改变量变得太小，并且难以获得足够的模糊量，这是不优选的。
优选地，满足以下条件表达式(3X)，其中ΔK1是第一非球面的同一直径位置处的凸部和凹部的高度差的最大值。优选地，满足以下条件表达式(3Y)，其中ΔK2是第二非球面的相同直径位置处的凸部和凹部的高度差的最大值。
0.010<|ΔK1/DA|<1.000...(3X)
0.010<|ΔK2/DA|<1.000...(3Y)
当超过条件表达式(3X)或条件表达式(3Y)的上限时，非球面的同一直径位置处的形状差的量太大，难以在至少一个透镜不旋转的基准状态下在整个屏幕上实现良好的成像性能或难以制造，这是不优选的。另一方面，当超过条件表达式(3X)或条件表达式(3Y)的下限时，非球面的相同直径位置处的形状差的量太小，因此，当至少一个透镜相对于基准状态旋转时的成像性能的改变量太小，并因此难以获得足够的模糊量，这是不优选的。
优选地，满足以下条件表达式(4)，其中D是在第一非球面和第二非球面之间的在光轴上的距离。
0.020<|D/DA|<1.000...(4)
当超过条件表达式(4)的上限时，两个非球面之间的距离变得太大，并且难以在至少一个透镜不旋转的基准状态下在整个屏幕上实现令人满意的成像性能，这是不优选的。另一方面，当超过条件式(4)的下限时，两个非球面之间的距离变得太小，并且存在这两者可能根据旋转的相位而发生干涉的可能性，这是不优选的。
优选地，满足条件表达式(5)，其中fA是光学系统A(第一透镜和第二透镜)的焦距(组合焦距)。
|DA/fA|<0.020...(5)
当超过条件表达式(5)的上限时，光学系统A的折光力变得太强，并且难以在至少一个透镜不旋转的基准状态下在整个屏幕上实现令人满意的成像性能，或者光学系统A变得太厚，这导致整个图像捕获光学系统的尺寸增大，这是不优选的。
优选地，满足下面的条件表达式(6)，其中K1h是第一非球面的在径向方向上距光轴的高度为h处的最大非球面量，并且K2h是第二非球面的在径向方向上距光轴的高度为h处的最大非球面量。
0.8<|K2h|/|K1h|<3.0...(6)
在每个实施例中，在如下的任何高度h处满足条件表达式(6)，其中该高度h小于非球面的有效直径，该非球面具有第一非球面和第二非球面中较小的有效直径。
利用这种配置，可以通过第二非球面来令人满意地校正在第一非球面中生成的像场弯曲和像散。
当超过条件表达式(6)的上限时，在第一非球面中生成的像场弯曲和像散被过度校正，这是不优选的。当超过条件表达式(6)的下限时，因为难以充分校正在第一非球面中出现的像场弯曲和像散，所以是不优选的。
更优选地，条件表达式(1)至(6)分别满足条件表达式(1a)至(6a)。
3≤K≤8...(1Xa)
3≤K≤8...(1Ya)
0.007<|ΔH1/DA|<0.450...(2Xa)
0.007<|ΔH2/DA|<0.450...(2Ya)
0.014<|ΔK1/DA|<0.900...(3Xa)
0.014<|ΔK2/DA|<0.900...(3Ya)
0.025<|D/DA|<0.950...(4a)
|DA/fA|<0.018...(5a)
0.9<|K2h|/|K1h|<2.8...(6a)
更优选地，条件表达式(1)至(6)分别满足条件表达式(1b)至(6b)。
4≤K≤6...(1Xb)
4≤K≤6...(1Yb)
0.009<|ΔH1/DA|<0.400...(2Xb)
0.009<|ΔH2/DA|<0.400...(2Yb)
0.018<|△K1/DA|<0.800...(3Xb)
0.018<|ΔK2/DA|<0.800...(3Yb)
0.030<|D/DA|<0.900...(4b)
|DA/fA|<0.016...(5b)
1.0<|K2h|/|K1h|<2.6...(6b)
优选地，光学系统A(第一透镜和第二透镜)被设置成最靠近图像捕获光学系统的物侧。通过这样的配置，可以增加光学系统A中的轴向光束与离轴光束的通过区域之间的差异。结果，当至少一个透镜旋转时，可以主要根据旋转量来控制像散的生成量，并且可以增加屏幕中心处的成像性能和屏幕周边的成像性能之间的差异。此外，光学系统A可以被容易地拆卸。
优选地，光学系统A(第一透镜和第二透镜中的一个)被布置成最靠近图像捕获光学系统的像面侧(或像面附近的位置)。通过这样的配置，可以增加光学系统A中的轴向光束与离轴光束的通过区域之间的差异。结果，当至少一个透镜旋转时，可以主要根据旋转量来控制像散的生成量，并且可以增加屏幕中心的成像性能与屏幕周边的成像性能之间的差异。此外，光学系统A可以容易地拆卸。此外，可以抑制光学系统A的有效直径，这有助于减小整个图像捕获光学系统的尺寸。
优选地，本实施例的图像捕获光学系统包括孔径光阑。第一透镜和第二透镜中的一个被设置成与孔径光阑相邻。通过这样的配置，轴向光束的宽度在光学系统A的内部广泛扩散，并且可以减小轴上光束与离轴光束的通过区域的差异。结果，当至少一个透镜旋转时，可以主要根据旋转量来控制球面像差的生成量。因此，可以获得所谓的软焦点效果以使得能够使整个屏幕的模糊大致均匀。
在下文中，将描述本发明的实施例1至6(数值示例1至6)中的图像捕获光学系统。
[实施例1]
首先，参考图1，将对本发明的实施例1(数值示例1)中的图像捕获光学系统进行描述。图1是在数值示例1的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为3.94，孔径比为约的变焦透镜。
在图1的截面图中，符号L1表示具有正折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有负折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有正折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有正折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有负折光力的第五透镜单元。符号SP表示用作确定(限制)全开F数(Fno)光束的孔径光阑的F数确定构件(孔径光阑)。符号IP是当诸如CCD传感器和CMOS传感器之类的图像传感器(光电转换元件或图像拾取设备)被用作摄像机或数字静态照相机的图像捕获光学系统时，放置该传感器的成像面的像面。当用作银盐胶片照相机的图像捕获光学系统时，放置与胶片面对应的光敏面。
在图1的变焦透镜中，在变焦时，在相对于广角端的望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5)移动以加宽第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以缩窄第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP独立于各透镜单元移动。
在望远端处，与广角端的情况相比，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5位于物侧，并且第二透镜单元L2位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动，并且第五透镜单元L5以朝向物侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第四透镜单元L4(聚焦透镜单元)来执行焦点调整(聚焦)。如上所述，本实施例的图像捕获光学系统通过适当地移动每个透镜单元来同时实现尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于最靠近图像捕获光学系统的物侧的位置，并且在变焦期间与第一透镜单元L1一体移动。光学系统A由从物侧起的透镜a1(第一透镜)和透镜a2(第二透镜)的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的物侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
接下来，参考图2和图3A至图3C，将描述本实施例中的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的物侧面形状。图2和图3A分别示出了基准状态下的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的物侧面形状的轮廓图。如图2和图3A中所示，透镜a1和a2中的每个的中心部分(第一区域或围绕中心的区域)是平面形状。另一方面，在透镜a1和a2中的每个的周边部分(第二区域)中，围绕面中心(周向上)交替周期性地形成山部(凸部)和谷部(凹部)。当中心周围的山部或谷部的相位对准时，透镜a1和a2的面形状具有大致相同的形状。此外，图2和图3A中所示的透镜a1和a2的位置关系(相位状态)被定义为基准状态。在基准状态下，相对于透镜a1和a2的山部和谷部的面中心的相位(周向上的相位状态)被布置成对准。在基准状态下，透镜a1和a2中的每个的面中心和光轴OA的位置彼此重合。在基准状态下，透镜a1与透镜a2之间的距离在第二区域中的任何位置处是大致恒定的。与第二区域相关的距离和与第一区域相关的距离大致相同。
图3B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图3C示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。旋转方向由图中的箭头指示。在本实施例中，当透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度时，透镜a1和a2的位置关系(相位状态)与基准状态最远(即，状态与基准状态最不同)。换句话说，透镜a1的山部和透镜a2的山部彼此对应，并且透镜a1的谷部和透镜a2的谷部彼此对应。在这种状态下，透镜a1和透镜a2之间的距离在第二区域中透镜a1的山部和透镜a2的山部彼此面对的位置最小(即，小于与第一区域相关的距离)。另一方面，透镜a1和透镜a2之间的距离在第二区域中透镜a1的谷部和透镜a2的谷部彼此面对的位置最大(即，大于与第一个地区相关的距离)。
图4A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图4B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图5A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的广角端处的横向像差图。图5B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的广角端处的横向像差图。图6是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度并且光学系统A(透镜a1和a2)相对于图像捕获光学系统(构成图像捕获光学系统的其它透镜单元)在Y轴方向上移动+4mm的状态下的广角端处的横向像差图。
在该实施例中，光学系统A是与图像捕获光学系统一体形成的光学系统，但其不限于此。光学系统A可以是可拆卸地附接到图像捕获光学系统(诸如可互换透镜的透镜装置)的附接光学系统。这同样适用于其它实施例。
在本实施例中，透镜a1和a2中的每一个具有在透镜的周向上交替形成的四个山部(凸部)和四个谷部(凹部)，但其不限于此。山部和谷部中的每个的数量可以不大于三个，或者可以不小于5个。在这种情况下，用于连续控制背景从分辨率状态到模糊状态所需的旋转角度依赖于其数量而改变。
在该实施例中，光学系统A包括两个透镜a1和a2，但其不限于此。可以提供三个或更多个透镜。这同样适用于其它实施例。
[实施例2]
接下来，参考图7，对本发明的实施例2(数值示例2)中的图像捕获光学系统进行描述。图7是在数值示例2的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为3.94并且孔径比为约的变焦透镜。
在图7的透镜的截面图中，符号L1表示具有正折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有负折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有正折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有正折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有负折光力的第五透镜单元。
在图7的图像捕获光学系统(变焦透镜)中，在变焦时，与广角端的情况相比，在望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜L5)移动以加宽第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以缩窄第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP独立于各透镜单元移动。
在望远端，与广角端的情况相比，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5位于物侧，并且第二透镜单元L2位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动，并且第五透镜单元L5以朝向物侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第四透镜单元L4(聚焦透镜单元)来执行焦点调整(聚焦)。如上所述，通过适当地移动每个透镜单元，可以同时实现尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于图像捕获光学系统的最像侧，并且在变焦期间不移动。此外，光学系统A由从物侧起的透镜a1和a2的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的物侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
图8示出了基准状态下的透镜a1的像侧面形状的轮廓图。图9A示出了基准状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图9B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图9C示出了透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。旋转方向由图中的箭头指示。
图10A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图10B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图11A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的广角端处的横向像差图。图11B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的广角端处的横向像差图。
[实施例3]
接下来，参考图12，对本发明的实施例3(数值示例3)中的图像捕获光学系统进行描述。图12是在数值示例3的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为2.74并且孔径比为约的变焦透镜。
在图12的截面图中，符号L1表示具有正折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有负折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有正折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有正折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有负折光力的第五透镜单元。
在图12的变焦透镜中，在变焦时，与广角端的情况相比，在望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜L5)移动以加宽第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以缩窄第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP独立于各透镜单元移动。
在望远端，与广角端的情况相比，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5位于物侧，并且第二透镜单元L2位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第四透镜单元L4(聚焦透镜单元)来执行聚焦。如上所述，通过适当地移动每个透镜单元，可以同时实现尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于孔径光阑SP的像侧附近，并且在变焦期间与孔径光阑SP一体移动。此外，光学系统A由从物侧起的透镜a1和透镜a2的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的物侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
图13示出了透镜a1的像侧面形状的轮廓图。图14A示出了透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图14B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转15度的状态下的物侧面形状的轮廓图。图14C示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转25度的状态下的物侧面形状的轮廓图。旋转方向由图中的箭头指示。
图15A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图15B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图16A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转15度的状态下的广角端处的横向像差图。图16B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转25度的状态下的广角端处的横向像差图。
[实施例4]
接下来，参考图17，对本发明的实施例4(数值示例4)中的图像捕获光学系统进行描述。图17是在数值示例4的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为2.83并且孔径比为约的变焦透镜。
在图17的透镜的截面图中，符号L1表示具有负折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有正折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有负折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有负折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有正折光力的第五透镜单元。
在图17的变焦透镜中，在变焦时，在相对于广角端的望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4)移动以缩窄第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP与第二透镜单元L2一体移动。
在望远端，与广角端的情况相比，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4位于物侧，并且第一透镜单元L1位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第三透镜单元L3(聚焦透镜单元)来执行焦点调整(聚焦)。如上所述，本实施例的图像捕获光学系统通过适当地移动每个透镜单元来同时实现尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于最靠近图像捕获光学系统的物侧的位置，并且在变焦期间与第一透镜单元L1一体移动。光学系统A由从物侧起的透镜a1(第一透镜)和透镜a2(第二透镜)的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的像侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
接下来，参考图18以及图19A至19C，将描述本实施例中的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的物侧面形状。图18和图19A分别示出了基准状态下的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的物侧面形状的轮廓图。如图18和图19A中所示，透镜a1和a2中的每个的中心部分(第一区域或靠近中心的区域)是大致平面的。另一方面，在透镜a1和a2的周边部分(第二区域)中，围绕面中心(圆向上)交替周期性地形成山部(凸部)和谷部(凹部)。此外，图18和图19A中所示的透镜a1和a2的位置关系(相位状态)被定义为基准状态。在基准状态下，相对于透镜a1和a2的山部和谷部的面中心的相位(周向上的相位状态)被布置成对准。在基准状态下，透镜a1和a2的面中心和光轴OA的位置彼此重合。
图19B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图19C示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。
图20A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图20B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图21A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的广角端处的横向像差图。图21B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的广角端处的横向像差图。图22是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度并且光学系统A(透镜a1和a2)相对于图像捕获光学系统(构成图像捕获光学系统的其它透镜单元)在Y轴方向上移动+6mm的状态下的广角端处的横向像差图。
[实施例5]
接下来，参考图23，对本发明的实施例5(数值示例5)中的图像捕获光学系统进行描述。图23是在数值示例5的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为2.82并且孔径比为约的变焦透镜。
在图23的透镜的截面图中，符号L1表示具有负折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有正折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有负折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有负折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有正折光力的第五透镜单元。
在图23的变焦透镜中，在变焦时，在相对于广角端的望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4)移动以缩窄第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP与第二透镜单元L2一体移动。
在望远端，与广角端的情况相比，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4位于物侧，并且第一透镜单元L1位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第三透镜单元L3(聚焦透镜单元)来执行焦点调整(聚焦)。如上所述，本实施例的图像捕获光学系统通过适当地移动每个透镜单元同时实现了尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于最靠近图像捕获光学系统的物侧的位置，并且在变焦期间与第一透镜单元L1一体移动。光学系统A由从物侧起的透镜a1(第一透镜)和透镜a2(第二透镜)的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的像侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
接下来，参考图24以及图25A至25C，将描述本实施例中的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的像侧面形状。图24和图25A分别示出了基准状态下的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的像侧面形状的轮廓图。如图24和图25A中所示，透镜a1和a2中的每个的中心部分(第一区域或靠近中心的区域)是大致平面的。另一方面，在透镜a1和a2的周边部分(第二区域)中，围绕面中心(周向上)交替周期性地形成山部(凸部)和谷部(凹部)。此外，图24和图25A中所示的透镜a1和a2的位置关系(相位状态)被定义为基准状态。在基准状态下，相对于透镜a1和a2的山部和谷部的面中心的相位(周向上的相位状态)被布置成对准。在基准状态下，透镜a1和a2的面中心和光轴OA的位置彼此重合。
图25B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的透镜a2的像侧面形状的轮廓图。图25C示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的透镜a2的像侧面形状的轮廓图。旋转方向由图中的箭头指示。
图26A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图26B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图27A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转20度的状态下的广角端处的横向像差图。图27B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转45度的状态下的广角端处的横向像差图。
[实施例6]
接下来，参考图28，对本发明的实施例6(数值示例6)中的图像捕获光学系统进行描述。图28是在数值示例6的图像捕获光学系统的变焦位置的(A)广角端处、(B)中间位置处和(C)望远端处的透镜的截面图。本实施例的图像捕获光学系统是变焦比为2.83并且孔径比为约的变焦透镜。
在图28的透镜的截面图中，符号L1表示具有负折光力的第一透镜单元，符号L2表示具有正折光力的第二透镜单元，符号L3表示具有负折光力的第三透镜单元，符号L4表示具有负折光力的第四透镜单元，并且符号L5表示具有正折光力的第五透镜单元。
在图28的变焦透镜中，在变焦时，在相对于广角端的望远端处，变焦透镜(第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4)移动以缩窄第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔，并且移动以缩窄第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间隔。此外，变焦透镜移动以加宽第四透镜单元L4和第五透镜单元L5之间的间隔。孔径光阑SP与第二透镜单元L2一体移动。
在望远端，与广角端的情况相比，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4位于物侧，并且第一透镜单元L1位于像侧。第一透镜单元L1以朝向像侧凸出的轨迹移动。通过适当地移动第三透镜单元L3(聚焦透镜单元)来进行焦点调整(聚焦)。如上所述，本实施例的图像捕获光学系统通过适当地移动每个透镜单元实现了尺寸的减小和可变倍率的增加。
光学系统A位于最靠近图像捕获光学系统的物侧的位置，并且在变焦期间与第一透镜单元L1一体移动。光学系统A由从物侧起的透镜a1(第一透镜)和透镜a2(第二透镜)的两个光学透镜构成。透镜a1的像侧面(第一非球面)和透镜a2的物侧面(第二非球面)中的每一个具有非球面形状，该非球面形状包括在相对于光轴OA(X轴)的旋转方向上形成的多个凹部和凸部。
接下来，参考图29以及图30A至30C，将描述本实施例中的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的像侧面形状。图29和图30A分别示出了基准状态下的透镜a1的像侧面形状和透镜a2的像侧面形状的轮廓图。如图29和图30A中所示，透镜a1和a2中的每个的中心部分(第一区域或靠近中心的区域)是大致平面的。另一方面，在透镜a1和a2的周边部分(第二区域)中，围绕面中心(圆向上)交替周期性地形成山部(凸部)和谷部(凹部)。此外，图29和图30A中所示的透镜a1和a2的位置关系(相位状态)被定义为基准状态。在基准状态下，相对于透镜a1和a2的山部和谷部的面中心的相位(周向上的相位状态)被布置成对准。在基准状态下，透镜a1和a2的面中心和光轴OA的位置彼此重合。
图30B示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转18度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。图30C示出了在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转36度的状态下的透镜a2的物侧面形状的轮廓图。旋转方向由图中的箭头指示。
在本实施例中，透镜a1和a2中的每一个具有在透镜的周向上交替形成的五个山部(凸部)和五个谷部(凹部)。在本实施例中，当透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转36度时，透镜a1和a2的位置关系(相位状态)距离基准状态最远(即，状态与基准状态最不同)。换句话说，透镜a1的山部和透镜a2的山部彼此对应，并且透镜a1的谷部和透镜a2的谷部彼此对应。在这种状态下，透镜a1和透镜a2之间的光轴方向上的距离在第二区域中透镜a1的山部和透镜a2的山部彼此相对(面对)的位置处是最小的(小于与第一区域相关的光轴方向上的距离)。另一方面，透镜a1和透镜a2在光轴方向上的距离在第二区域中透镜a1的谷部和透镜a2的谷部彼此相对(面对)的位置处是最大的。
图31A是在基准状态下的广角端处的横向像差图。图31B是在基准状态下的望远端处的横向像差图。图32A是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转18度的状态下的广角端处的横向像差图。图32B是在透镜a2相对于基准状态围绕光轴旋转36度的状态下的广角端处的横向像差图。
在每个实施例中的透镜的每个截面图中，符号i指示从物侧到像侧的每个透镜单元的顺序，并且符号Li指代第i个透镜单元。X轴、Y轴和Z轴在截面图和轮廓图中的每个中如所示的那样定义。光轴OA平行于X轴，并且从物侧到像侧行进的光的行进方向为正方向。每个实施例的横向像差图示出了Y轴方向上的每个像高的像差，并且示出了在+100％、+70％、+50％、+30％、中心、-30％、-50％、-70％和-100％的像高处的d线的像差图。虚线表示矢状像面，并且实线表示子午像面。
接下来，将描述本发明的各个实施例的数值示例(数值示例1至6)。在每个数值示例中，符号i指示从物侧起的面的顺序。在每个数值示例中，符号ri是从物侧起的第i个透镜面的曲率半径。符号di是从物侧起的第i个透镜或空气间隔的厚度。符号ndi和νdi分别是从物侧起的第i个透镜的材料的玻璃的d线的折射率和阿贝数。
旋转对称非球面形状被表示为下面的条件表达式(7)，其中X轴是光轴方向，H轴是垂直于光轴的方向，从物侧到像侧的正方向为正，符号r为近轴曲率半径，符号K为圆锥常数，并且符号A4、A6、A8、A10和A12为非球面系数。
符号BF是在空气中转换从最后的透镜面到近轴像面的距离(后焦点)而获得的值。透镜的总长度是通过将BF与从透镜的最前面到透镜的最后面的距离相加而获得的值。对于旋转对称的非球面，在面数之后加上符号*。对于包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部的非球面，在面数之后添加“**”。
包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部的非球面形状由下面的表达式(8)或(9)表示。在表达式(8)和(9)中，符号B4和B5是非球面系数，并且θ是围绕光轴的旋转角度。
X＝B4(H4cos4θ)...(8)
X＝B5(H5cos5θ)...(9)
(数值示例1)
单位mm
面数据
非球面数据
第10面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.29119e-005 A6＝8.28299e-008
A8＝-1.20260e-008 A10＝1.04155e-010
第15面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.42389e-005 A6＝1.20948e-007
第16面
K＝0.00000e+000 A4＝1.80026e-005 A6＝3.00368e-007
A8＝-3.24113e-009 A10＝2.62387e-011
第23面
K＝0.00000e+000 A4＝5.63992e-005 A6＝-4.35159e-008
A8＝-9.87071e-010 A10＝8.77351e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A第一面至第四面
第2面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第2面的非球面系数 B4＝3.4e-6
第3面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第3面的非球面系数 B4＝3.4e-6
(数值示例2)
单位mm
面数据
非球面数据
第6面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.29119e-005 A6＝8.28299e-008
A8＝-1.20260e-008 A10＝1.04155e-010
第11面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.42389e-005 A6＝1.20948e-007
第12面
K＝0.00000e+000 A4＝1.80026e-005 A6＝3.00368e-007
A8＝-3.24113e-009 A10＝2.62387e-011
第19面
K＝0.00000e+000 A4＝5.63992e-005 A6＝-4.35159e-008
A8＝-9.87071e-010 A10＝8.77351e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A第22面到第25面
第23面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第23面的非球面系数 B4＝6.1e-5
第24面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第24面的非球面系数 B4＝6.1e-5
(数值示例3)
单位mm
面数据
非球面数据
第6面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.29119e-005 A6＝8.28299e-008
A8＝-1.20260e-008 A10＝1.04155e-010
第15面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.42389e-005 A6＝1.20948e-007
第16面
K＝0.00000e+000 A4＝1.80026e-005 A6＝3.00368e-007
A8＝-3.24113e-009 A10＝2.62387e-011
第23面
K＝0.00000e+000 A4＝5.63992e-005 A6＝-4.35159e-008
A8＝-9.87071e-010 A10＝8.77351e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A 第11面至第14面
第12面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第12面的非球面系数 B4＝1.7e-5
第13面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第13面的非球面系数 B4＝1.7e-5
(数值示例4)
单位mm
面数据
非球面数据
第7面
K＝0.00000e+000 A4＝-3.78582e-005 A6＝5.37905e-007
A8＝-5.04609e-009 A10＝2.55009e-011 A12＝-5.86232e-014
第8面
K＝0.00000e+000 A4＝-6.09920e-005 A6＝4.97325e-007
A8＝-6.17039e-009 A10＝3.51824e-011 A12＝-1.05215e-013第17面
K＝0.00000e+000 A4＝-1.05211e-004 A6＝-7.51239e-007
A8＝-1.59107e-008
第22面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.49801e-004 A6＝9.96347e-006
A8＝-3.67378e-007 A10＝4.59367e-009 A12＝3.77288e-011
第23面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.25814e-004 A6＝5.01006e-006
A8＝-9.37488e-008 A10＝1.00770e-009 A12＝4.04325e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A第1面至第4面
第2面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第2面的非球面系数 B4＝1.7e-6
第3面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第3面的非球面系数 B4＝2.1e-6
(数值示例5)
单位mm
面数据
非球面数据
第7面
K＝0.00000e+000 A4＝-3.78582e-005 A6＝5.37905e-007
A8＝-5.04609e-009 A10＝2.55009e-011 A12＝-5.86232e-014
第8面
K＝0.00000e+000 A4＝-6.09920e-005 A6＝4.97325e-007
A8＝-6.17039e-009 A10＝3.51824e-011 A12＝-1.05215e-013
第17面
K＝0.00000e+000 A4＝-1.05211e-004 A6＝-7.51239e-007
A8＝-1.59107e-008
第22面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.49801e-004 A6＝9.96347e-006
A8＝-3.67378e-007 A10＝4.59367e-009 A12＝3.77288e-011
第23面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.25814e-004 A6＝5.01006e-006
A8＝-9.37488e-008 A10＝1.00770e-009 A12＝4.04325e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A第1面至第4面
第2面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第2面的非球面系数 B4＝1.7e-6
第4面的非球面表达式 X＝B4(H4cos4θ)
第4面的非球面系数 B4＝-2.0e-6
(数值示例6)
单位mm
面数据
非球面数据
第7面
K＝0.00000e+000 A4＝-3.78582e-005 A6＝5.37905e-007
A8＝-5.04609e-009 A10＝2.55009e-011 A12＝-5.86232e-014
第8面
K＝0.00000e+000 A4＝-6.09920e-005 A6＝4.97325e-007
A8＝-6.17039e-009 A10＝3.51824e-011 A12＝-1.05215e-013
第17面
K＝0.00000e+000 A4＝-1.05211e-004 A6＝-7.51239e-007
A8＝-1.59107e-008
第22面
K＝0.00000e+000 A4＝-4.49801e-004 A6＝9.96347e-006
A8＝-3.67378e-007 A10＝4.59367e-009 A12＝3.77288e-011
第23面
K＝0.00000e+000 A4＝-2.25814e-004 A6＝5.01006e-006
A8＝-9.37488e-008 A10＝1.00770e-009 A12＝4.04325e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
光学系统A第1面至第4面
第2面的非球面表达式 X＝B5(H5cos5θ)
第2面的非球面系数 B5＝5.0e-8
第3面的非球面表达式 X＝B5(H5cos5θ)
第3面的非球面系数 B5＝9.0e-8
表1表示与实施例1至6(数值示例1至6)相关的条件表达式(1)至(6)的具体数值值。
[表1]
接下来，参考图33，将描述使用每个实施例中的图像捕获光学系统的数字照相机(图像捕获装置)的实施例。图33是图像捕获装置的示意图。
在图33中，附图标记20指代数码照相机机身，附图标记21指代每个实施例中的图像捕获光学系统，附图标记22指代诸如CCD传感器和CMOS传感器之类的图像传感器(光电转换元件或图像拾取设备)，其包括在数码照相机机身20中并且接收经由图像捕获光学系统21形成的光学图像(被摄体图像)。附图标记23指代记录与由图像传感器22光电转换的被摄体图像相对应的信息的存储单元(存储器)，并且附图标记24指代显示设备(取景器)，其包括液晶显示面板等并用于观察形成在图像传感器22上的被摄体图像。
根据每个实施例，提供了能够在保持被摄体的分辨率状态的同时执行相对于背景从分辨率状态到模糊状态的连续控制的、具有紧凑和简单配置的附接光学系统、图像捕获光学系统和图像捕获装置。此外，根据每个实施例，可以实现具有紧凑和简单配置的具有这种功能的光学系统和图像捕获装置。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，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被赋予最广泛的解释，以便包含所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (26)

1.一种可拆卸地附接到图像捕获光学系统的附接光学系统，
包括：
第一透镜，设置有第一非球面，该第一非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部；以及
第二透镜，设置有第二非球面，该第二非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部，
所述附接光学系统的特征在于，所述第一非球面与所述第二非球面之间在光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
2.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜被设置成使得所述第一非球面和所述第二非球面彼此相对。
3.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，所述图像捕获光学系统的像场弯曲通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
4.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，在第一区域中，所述第一非球面与所述第二非球面之间在所述光轴方向上的距离不改变，并且在与第一区域不同的第二区域中，所述第一非球面与所述第二非球面之间在所述光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
5.根据权利要求4所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一区域是包括所述光轴的区域，并且所述第二区域是比所述第一区域更远离所述光轴的区域。
6.根据权利要求5所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一非球面和所述第二非球面中的每一个在所述第一区域中具有平面形状或球形形状。
7.根据权利要求1所述的附接光学系统，所述第一非球面和所述第二非球面中的每一个的中心区域垂直于所述光轴。
8.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一非球面和所述第二非球面在通过围绕所述光轴旋转而获得的预定相位处彼此具有相同的形状。
9.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜在相对于所述光轴的垂直方向上能够一体地移动。
10.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，所述第一非球面和所述第二非球面中的每一个中的凸部和凹部沿着旋转方向以预定周期重复排列。
11.根据权利要求10所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.010<|ΔK1/DA|<1.000，
其中ΔK1是第一非球面的同一直径位置处的凸部和凹部的高度差的最大值，并且DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离。
12.根据权利要求10所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.010<|ΔK2/DA|<1.000，
其中ΔK2是第二非球面的同一直径位置处的凸部和凹部的高度差的最大值，并且DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离。
13.根据权利要求10所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
3≤K1≤10，
其中K1是第一非球面的单元的数量，所述单元的特征在于，所述单元中的每一个单元是凸部和凹部的组合。
14.根据权利要求10所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
3≤K2≤10，
其中，K2是第二非球面的单元的数量，所述单元的特征在于，所述单元中的每一个单元是凸部和凹部的组合。
15.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.005<|ΔH1/DA|<0.500，
其中ΔH1是第一非球面的下陷量的最大值，并且DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离。
16.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.005<|ΔH2/DA|<0.500，
其中ΔH2是第二非球面的下陷量的最大值，DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离。
17.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.020<|D/DA|<1.000，
其中D是第一非球面和第二非球面之间的光轴上的距离，并且DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离。
18.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
|DA/fA|<0.020，
其中DA是在第一透镜的物侧的透镜面和第二透镜的像侧的透镜面之间的光轴上的距离，fA是第一透镜和第二透镜的组合焦距。
19.根据权利要求1所述的附接光学系统，其特征在于，满足以下表达式：
0.8<|K2h|/|K1h|<3.0，
其中，K1h是第一非球面的在径向上距离光轴的高度为h处的最大非球面量，并且K2h是第二非球面的在高度h处的最大非球面量。
20.一种图像捕获光学系统，包括：
第一透镜，设置有第一非球面，该第一非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部；以及
第二透镜，设置有第二非球面，该第二非球面包括在相对于光轴的旋转方向上形成的多个凹部和凸部，
所述图像捕获光学系统的特征在于，所述第一非球面与所述第二非球面之间在光轴方向上的距离通过使所述第一透镜和所述第二透镜围绕所述光轴相对旋转而改变。
21.根据权利要求20所述的图像捕获光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜被设置成使得所述第一非球面和所述第二非球面彼此相对。
22.根据权利要求20所述的图像捕获光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜中的一个透镜被设置成最靠近所述图像捕获光学系统的物侧。
23.根据权利要求20所述的图像捕获光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜中的一个透镜被设置成最靠近所述图像捕获光学系统的像面侧。
24.根据权利要求20所述的图像捕获光学系统，还包括孔径光阑，
所述图像捕获光学系统的特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜中的一个透镜被设置成与所述孔径光阑相邻。
25.根据权利要求20所述的图像捕获光学系统，还包括被配置成在聚焦时沿光轴方向移动的聚焦单元。
26.一种图像捕获装置，其特征在于，包括：
根据权利要求20至25中任一项所述的图像捕获光学系统，以及
图像拾取设备，被配置成接收经由所述图像捕获光学系统形成的光学图像。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111601017A (zh) * 2019-02-21 2020-08-28 佳能株式会社 圆顶盖、摄像装置及摄像系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124796A (ja) 2018-01-16 2019-07-25 キヤノン株式会社 結像光学系、画像投射装置およびカメラシステム

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2289081A1 (en) * 1997-04-29 1998-11-05 Mcgill University Optical interconnection arrangements
JP2003029139A (ja) * 2001-07-16 2003-01-29 Tamron Co Ltd 画像安定化結像光学系
CN1769997A (zh) * 2004-11-03 2006-05-10 乐金电子(中国)研究开发中心有限公司 可实现光学变焦功能的便携终端的相机装置
CN101557466A (zh) * 2008-04-11 2009-10-14 奥林巴斯映像株式会社 变焦透镜和装配有该变焦透镜的图像拾取装置
JP2009300526A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Konica Minolta Opto Inc アナモフィックコンバータおよび画像投影システム
CN101829007A (zh) * 2010-04-29 2010-09-15 何洋 一种近视综合治疗训练器的透镜装置
JP2014145869A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Canon Inc ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
CN104266969A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 电子科技大学 一种红外和太赫兹探测装置
CN204855912U (zh) * 2015-02-02 2015-12-09 杜兴 光学路径更换系统及成像设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08248310A (ja) 1995-03-13 1996-09-27 Minolta Co Ltd 収差可変レンズ
JP2001174896A (ja) * 1999-12-13 2001-06-29 Sit:Kk 多焦点切り替え式カメラ
DE102009011681A1 (de) * 2009-02-23 2010-08-26 Obrebski, Andreas, Dr. Wechsler für optische Elemente
KR101706264B1 (ko) * 2009-12-03 2017-02-14 삼성전자주식회사 줌 렌즈 시스템
US10295784B2 (en) * 2015-02-02 2019-05-21 Xing Du Imaging system with movable tray of selectable optical elements
DE102015218329A1 (de) * 2015-09-24 2017-03-30 Carl Zeiss Smt Gmbh Optische Korrekturanordnung, Projektionsobjektiv mit einer solchen optischen Korrekturanordnung sowie mikrolithografische Apparatur mit einem solchen Projektionsobjektiv

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2289081A1 (en) * 1997-04-29 1998-11-05 Mcgill University Optical interconnection arrangements
JP2003029139A (ja) * 2001-07-16 2003-01-29 Tamron Co Ltd 画像安定化結像光学系
CN1769997A (zh) * 2004-11-03 2006-05-10 乐金电子(中国)研究开发中心有限公司 可实现光学变焦功能的便携终端的相机装置
CN101557466A (zh) * 2008-04-11 2009-10-14 奥林巴斯映像株式会社 变焦透镜和装配有该变焦透镜的图像拾取装置
JP2009300526A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Konica Minolta Opto Inc アナモフィックコンバータおよび画像投影システム
CN101829007A (zh) * 2010-04-29 2010-09-15 何洋 一种近视综合治疗训练器的透镜装置
JP2014145869A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Canon Inc ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
CN104266969A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 电子科技大学 一种红外和太赫兹探测装置
CN204855912U (zh) * 2015-02-02 2015-12-09 杜兴 光学路径更换系统及成像设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111601017A (zh) * 2019-02-21 2020-08-28 佳能株式会社 圆顶盖、摄像装置及摄像系统
CN111601017B (zh) * 2019-02-21 2021-11-09 佳能株式会社 圆顶盖、摄像装置及摄像系统

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