CN108227159B - 光学系统、光学装置和图像拾取装置 - Google Patents

光学系统、光学装置和图像拾取装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学系统、光学装置和图像拾取装置。光学系统包括在聚焦期间沿着不同轨迹移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元。在第一布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生第一像差，并且在第二布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持所述预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生不同于第一像差的第二像差。

Description

光学系统、光学装置和图像拾取装置
技术领域
本公开涉及一种光学系统、光学装置和图像拾取装置。
背景技术
通常，通过连续地改变所产生的像差量来改变描绘(depiction)性质的像差可变光学系统是已知的。例如，通过使用球面像差产生从屏幕的中心到外围的均匀闪光来改变描绘性质的软焦点透镜是已知的。
在日本专利公开No.10-68879中公开的两单元构造的光学系统中，调整第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离以改变球面像差。
在日本专利公开No.2002-318347中公开的三单元构造的光学系统中，第三透镜单元具有正透镜和负透镜，并且调整正透镜和负透镜之间的距离以改变球面像差。
然而，在日本专利公开No.10-68879中公开的光学系统中，因为第二透镜单元具有仅包括单个负透镜的构造，所以整个系统的焦距发生改变，或者像场弯曲或畸变像差发生改变。在日本专利公开No.2002-318347中公开的光学系统中，当聚焦于近距物体上时，球面像差和离轴彗形像差的变化变大。在日本专利公开No.2002-318347中公开的光学系统中，当执行像差变化动作和聚焦操作时，所述三个透镜单元移动，并且构造变得复杂。
发明内容
本公开提供了一种可以用简单的构造来在抑制由于从无限远物体到近距物体的聚焦操作而导致的像差变化的同时改变像差的光学系统、光学装置和图像拾取装置。
在本发明的一方面中，光学系统包括在聚焦期间沿着不同轨迹移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元。在第一布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生第一像差，并且在第二布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持所述预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生不同于第一像差的第二像差。
从以下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是实施例1的在模式1下的光学系统聚焦于无限远物体时的截面图。
图2A至2C是实施例1的模式1下的光学系统的像差图。
图3A至3C是实施例1的模式2下的光学系统的像差图。
图4A至4C是实施例1的模式3下的光学系统的像差图。
图5是实施例2的在模式1下的光学系统聚焦于无限远物体时的截面图。
图6A至6C是实施例2的模式1下的光学系统的像差图。
图7A至7C是实施例2的模式2下的光学系统的像差图。
图8A至8C是实施例2的模式3下的光学系统的像差图。
图9是实施例3的在模式1下的光学系统聚焦于无限远物体时的截面图。
图10A至10C是实施例3的模式1下的光学系统的像差图。
图11A至11C是实施例3的模式2下的光学系统的像差图。
图12A至12C是实施例3的模式3下的光学系统的像差图。
图13A至13C是实施例4的在模式1下的光学系统聚焦于无限远物体时的截面图。
图14A至14C是实施例4的在模式1下的光学系统在广角端的像差图。
图15A至15C是实施例4的在模式2下的光学系统在广角端的像差图。
图16A至16C是实施例4的在模式3下的光学系统在广角端的像差图。
图17A至17C是实施例4的在模式1下的光学系统在中间变焦位置处的像差图。
图18A至18C是实施例4的在模式2下的光学系统在中间变焦位置处的像差图。
图19A至19C是实施例4的在模式3下的光学系统在中间变焦位置处的像差图。
图20A至20C是实施例4的在模式1下的光学系统在望远端的像差图。
图21A至21C是实施例4的在模式2下的光学系统在望远端的像差图。
图22A至22C是实施例4的在模式3下的光学系统在望远端的像差图。
图23是实施例5的图像拾取装置的主要部分的示意图。
图24是实施例5的透镜装置的外部透视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的实施例。在附图中，相同的构件将用相同的标号表示，并且冗余描述将被省略。
本公开的光学系统具有透镜单元(第一聚焦单元)B1和透镜单元(第二聚焦单元)B2。在本公开的光学系统中，从无限远物体到近距物体的聚焦是通过在不同的轨迹中移动透镜单元B1和透镜单元B2来执行的。透镜单元是当执行聚焦时整体移动的透镜元件，并且可以具有一个或多个透镜。
本公开的光学系统具有第一透镜单元和第二透镜单元的第一布置状态，该状态满足被认为是在预先确定的物距处的焦点对准(in-focus)状态的条件，并且产生第一像差。本公开的光学系统进一步具有第一透镜单元和第二透镜单元的第二布置状态，该状态满足上述条件，并且产生不同于第一像差的第二像差。
被认为是在预先确定的物距处的焦点对准状态的条件意指：焦点位置在焦平面上的对比度峰值位置(最佳焦点)前面和后面的位置范围内，即，在容许的模糊的范围(焦点深度)内。当光学系统的F数为F并且容许弥散圆的直径为δ时，焦点深度范围为±Fδ。
尽管像差可以用一个透镜单元改变，但是焦点位置改变，并且当焦点位置通过聚焦操作被校正时，视角(焦距)改变，并且变得难以在拍摄时任意地改变像差。在本实施例中，当改变像差时，可以通过移动光学系统中的两个透镜单元来抑制视角(焦距)和焦点位置的改变。
尽管可以通过移动与在从无限远物体到近距物体的聚焦时移动的透镜单元不同的透镜单元来改变任意物距处的像差，但是因为机构变得复杂，所以这是不期望的。在本实施例中，可以通过向在从无限远物体到近距物体的聚焦时移动的透镜单元添加改变像差的功能来用简单的构造改变任意物距处的像差。
如上所述，通过适当地设置光学系统的构造，可以增强从无限远物体到近距物体的成像性能并且用简单的构造来使像差可变。
在本实施例中，光学系统LA可以具有至少两种布置状态，这两种布置状态的不同之处在于当光学系统LA被认为是在无限远物体上焦点对准的状态时产生的像差量。即，透镜单元B1和透镜单元B2的布置状态可以具有第一布置状态和第二布置状态。“光学系统LA被认为是在无限远物体上焦点对准的状态”意指：焦点位置在焦平面上的对比度峰值位置(最佳焦点)前面和后面的位置范围内，即，在容许的模糊的范围(焦点深度)内。此时，优选的是，光学系统LA满足以下条件表达式(1)：
Figure BDA0001508884320000041
S1＝(1-βi12)×βi1r2，并且
S2＝(1-βi22)×βi2r2
这里，S1是透镜单元B1在第一布置状态下的位置灵敏度，S2是透镜单元B2在第一布置状态下的位置灵敏度。X1是透镜单元B1在从第一布置状态变为第二布置状态的情况下的移动量，X2是透镜单元B2在从第一布置状态变为第二布置状态的情况下的移动量。βi1是透镜单元B1在第一布置状态下的横向倍率，βi2是透镜单元B2在第一布置状态下的横向倍率。βi1r是在第一布置状态下被布置为比透镜单元B1更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，βi2r是在第一布置状态下被布置为比透镜单元B2更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率。
位置灵敏度是像面IP的移动距离与聚焦透镜单元的移动距离之比。当从第一布置状态变为第二布置状态时，移动量(X1、X2)的符号在向像侧移动时是正的，在向物侧移动时是负的。
条件表达式(1)是用于当改变像差时使焦点位置保持基本上不变的条件表达式，并且限定位置灵敏度的符号和移动方向的符号的组合。通过移动透镜单元B1和透镜单元B2以使得条件表达式(1)的第一项和第二项之和变为零并且满足条件表达式(1)，可以使焦点位置在像差被改变时保持基本上不变。结果，无需再次执行聚焦操作。通过移动所述两个透镜单元，还可以互相校正当像差被改变时的球面像差和像场弯曲的变化。
光学系统LA在最物侧具有正或负折光力(光焦度，焦距的倒数)的第一透镜单元G1。Li是光学系统LA在第一布置状态下的总长(总透镜长度)，Lj是光学系统LA在第二布置状态下的总长。此时，优选的是，满足以下条件表达式(2)。光学系统LA的总长是当聚焦于无限远物体时从第一透镜表面到像面的距离。
0.99<Li/Lj<1.01 (2)
条件表达式(2)是用于抑制光学系统LA在第一布置状态和第二布置状态下的总长改变的条件表达式。当从第一布置状态变为第二布置状态时，第一透镜单元G1可以是固定的(不移动)。通过使第一透镜单元G1为固定单元，光学系统LA的总长的改变被抑制，并且透镜镜筒可以被简化。通过使第一透镜单元G1为固定单元，用户可操作性得到改进。
优选的是，光学系统LA满足以下条件表达式(3)：
0.9<(βi1×βi2)/(βj1×βj2)<1.1 (3)
这里，βi1是透镜单元B1在第一布置状态下的横向倍率，βi2是透镜单元B2在第一布置状态下的横向倍率。βj1是透镜单元B1在第二布置状态下的横向倍率，βj2是透镜单元B2在第二布置状态下的横向倍率。
条件表达式(3)中的βi1×βi2和βj1×βj2之比指示当从第一布置状态变为第二布置状态时的倍率变化。如果它在条件表达式(3)的范围之外，则当从第一布置状态变为第二布置状态时难以使视角保持基本上不变，这是不可取的。当视角改变时，可以通过用软件放大或缩小图像来使视角保持基本上不变，但是可取的是在光学系统中实现这一点，因为它使图像质量降低。
优选的是，光学系统LA满足以下条件表达式(4)：
β<-0.1 (4)
其中，β是当聚焦于最近的物体上时的像倍率。
条件表达式(4)是限定聚焦于最近的物点上的情况下的像倍率(横向倍率)的条件表达式。尽管可以通过用电子变焦等进行放大来对它进行补偿，但是这是不可取的，因为需要高精度像差校正，并且使光学系统的大小增大。
优选的是，光学系统LA满足以下条件表达式(5)：
0.4<|f1/f2|<2.5 (5)
其中，f1和f2分别是透镜单元B1和透镜单元B2的焦距。
条件表达式(5)是限定透镜单元B1的焦距f1除以透镜单元B2的焦距f2的条件表达式。当超过条件表达式(5)的上限时，透镜单元B1的折光力变弱，并且当聚焦于近距物体上时，透镜单元B1的移动量增大。透镜单元B2的折光力变强，并且当聚焦于近距物体上时，球面像差增大，使校正困难。低于条件表达式(5)的下限，透镜单元B2的折光力变弱，并且当聚焦于近距物体时，透镜单元B2的移动量增大。透镜单元B1的折光力变强，并且当聚焦于近距物体上时，球面像差增大，使校正困难。
更优选地，可以如下设置条件表达式(5)的数值范围：
0.45<|f1/f2|<2.45 (5a)
当满足条件表达式(5a)时，透镜单元B1和透镜单元B2之间的折射率分担变得更合适，并且可以容易地降低聚焦于近距物体上的情况下的球面像差的增大。
优选的是，光学系统LA具有透镜单元B1和透镜单元B2的满足以下表达式(6)的第三布置状态：
I<0 (6)
其中，I是聚焦于无限远物体上时的三阶像差系数。
条件表达式(6)是限定球面像差发生的方向的条件表达式。如果它在条件表达式(6)的范围之外，则变得难以在过度校正(overcorrection)的方向上产生球面像差。
下面描述的每个实施例的光学系统是图像拾取装置(比如视频摄像机、数字静态照相机、卤化银胶片照相机或TV照相机)中所用的拍摄透镜系统。每个实施例的光学系统还可以用作用于投影装置(投影仪)的投影光学系统。
在每个实施例中，透镜单元B1和透镜单元B2在聚焦到预先确定的物距时的布置状态被称为模式1。透镜单元B1和透镜单元B2在保持聚焦到模式1下的预先确定的物距的焦点对准状态的同时在负方向上改变球面像差的情况下的布置状态被称为模式2，并且透镜单元B1和透镜单元B2在保持聚焦到模式1下的预先确定的物距的焦点对准状态的同时在正方向上改变球面像差的情况下的布置状态被称为模式3。
实施例1
图1是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的截面图。按从物侧(前侧)到像侧(后侧)的次序，光学系统LA包括具有负折光力的第一透镜单元G1、具有正折光力的第二透镜单元G2(透镜单元B1)以及具有正折光力的第三透镜单元G3(透镜单元B2)。该图的左侧是物侧，右侧是像侧。孔径光阑SP确定(限制)全孔径F数(Fno)的光束。例如，当光学系统LA用作视频摄像机或数字静态照相机的拍摄光学系统时，固态图像拾取器件(光电转换器件)(比如CCD传感器或CMOS传感器)的图像拾取表面布置在像面IP上。当光学系统LA用作卤化银胶片照相机的拍摄光学系统时，对应于胶片表面的感光表面布置在像面IP上。与聚焦有关的箭头指示当执行从无限远物体到近距物体的聚焦时透镜单元的移动方向。
图2A至2C是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图2A、2B和2C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图3A至3C是在模式2下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图3A、2B和3C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图4A至4C是在模式3下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图4A、4B和4C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
在像差图中，Fno是F数，ω是半视角(度)，并且是通过射线追踪获得的视角。在球面像差图中，实线是d线(波长587.6nm)，双点划线是g线(波长435.8nm)。在像散图中，实线是d线处的弧矢像面，点线是d线处的子午像面。畸变像差是针对d线示出的。在横向色差图中，双点划线是g线。
在本实施例的光学系统LA中，在从无限远物体到近距物体的聚焦时，透镜单元B1和透镜单元B2都向物侧移动以使得它们之间的距离缩短。因此，当执行从无限远物体到近距物体的聚焦时，入射在透镜单元B2上的光线的入射高度被抑制得低。同时，与整体移动透镜单元B1和透镜单元B2的聚焦方法相比，易于减小入射在透镜单元B2上的光线的入射角度，并且各种像差(尤其是离轴彗形像差)被高效地校正。
当整体移动透镜单元B1和透镜单元B2时，当执行从无限远物体到近距物体的聚焦时，球面像差在负方向上增大。由于这个原因，难以获得令人满意的关于聚焦于近距物体上的光学性能。另一方面，在本实施例中，使用浮动聚焦方法(floating focus method)，该方法改变透镜单元B1和透镜单元B2之间的距离。因此，通过用从透镜单元B2产生的相反符号的球面像差有效地抵消从透镜单元B1产生的球面像差，从每个透镜单元产生的球面像差被令人满意地校正。
在本实施例中，当从模式1变为模式2时，透镜单元B1被布置为比其在模式1下的位置更靠近物侧，透镜单元B2被布置为比其在模式1下的位置更靠近像侧。当从模式1变为模式3时，透镜单元B1被布置为比其在模式1下的位置更靠近像侧，透镜单元B2被布置为比其在模式1下的位置更靠近物侧。
如表5所示，本实施例的光学系统LA满足条件表达式(1)至(6)。
实施例2
图5是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的截面图。按从物侧到像侧的次序，光学系统LA包括具有负折光力的第一透镜单元G1、具有正折光力的第二透镜单元G2(透镜单元B1)以及具有正折光力的第三透镜单元G3(透镜单元B2)。
图6A至6C是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图6A、6B和6C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图7A至7C是在模式2下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图7A、7B和7C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图8A至8C是在模式3下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图8A、8B和8C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
在本实施例的光学系统LA中，类似于实施例1的光学系统LA，在从无限远物体到近距物体的聚焦时，透镜单元B1和透镜单元B2都向物侧移动以使得它们之间的距离缩短。从而，本实施例的光学系统LA可以获得实施例1中描述的效果。
在本实施例中，类似于实施例1，当从模式1变为模式2时，透镜单元B1被布置为比其在模式1下的位置更靠近物侧，透镜单元B2被布置为比其在模式1下的位置更靠近像侧。当从模式1变为模式3时，透镜单元B1被布置为比其在模式1下的位置更靠近像侧，透镜单元B2被布置为比其在模式1下的位置更靠近物侧。
如表5所示，本实施例的光学系统LA满足条件表达式(1)至(6)。
实施例3
图9是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的截面图。按从物侧到像侧的次序，光学系统LA包括具有正折光力的第一透镜单元G1、具有负折光力的第二透镜单元G2(透镜单元B1)以及具有正折光力的第三透镜单元G3(透镜单元B2)。
图10A至10C是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图10A、10B和10C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图11A至11C是在模式2下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图11A、11B和11C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图12A至12C是在模式3下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的像差图。图12A、12B和12C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
在根据本实施例的光学系统LA中，当执行从无限远物体到近距物体的聚焦时，透镜单元B1朝向像侧移动，透镜单元B2按凸形轨迹朝向像侧移动。从而，本实施例的光学系统LA可以获得实施例1中描述的效果。
在本实施例中，当从模式1变为模式2时，透镜单元B1和透镜单元B2被布置为比它们在模式1下的各自位置更靠近物侧。当从模式1变为模式3时，透镜单元B1和透镜单元B2被布置为比它们在模式1下的各自位置更靠近像侧。
如表5所示，本实施例的光学系统LA满足条件表达式(1)至(6)。
实施例4
图13A至13C是在模式1下的光学系统LA聚焦于无限远物体时的截面图。图13A、13B和13C分别是光学系统在广角端、中间变焦位置和望远端的截面图。在本实施例中，广角端和望远端是指用于变倍的透镜单元在它们的光轴上的机械可移动范围的每一端所在的变焦位置。按从物侧到像侧的次序，光学系统LA是具有正折光力、负折光力、正折光力、正折光力、负折光力、正折光力、正折光力和负折光力的八单元聚焦透镜。
图14A至14C是实施例4的在模式1下的光学系统LA在广角端聚焦于无限远物体时的像差图。图14A、14B和14C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图15A至15C是实施例4的在模式2下的光学系统LA在广角端聚焦于无限远物体时的像差图。图15A、15B和15C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图16A至16C是实施例4的在模式3下的光学系统LA在广角端聚焦于无限远物体时的像差图。图16A、16B和16C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.12倍的情况。
图17A至17C是实施例4的在模式1下的光学系统LA在中间变焦位置聚焦于无限远物体时的像差图。图17A、17B和17C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.16倍的情况。
图18A至18C是实施例4的在模式2下的光学系统LA在中间变焦位置聚焦于无限远物体时的像差图。图18A、18B和18C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.16倍的情况。
图19A至19C是实施例4的在模式3下的光学系统LA在中间变焦位置聚焦于无限远物体时的像差图。图19A、19B和19C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.16倍的情况。
图20A至20C是实施例4的在模式1下的光学系统LA在望远端聚焦于无限远物体时的像差图。图20A、20B和20C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.25倍的情况。
图21A至21C是实施例4的在模式2下的光学系统LA在望远端聚焦于无限远物体时的像差图。图21A、21B和21C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.25倍的情况。
图22A至22C是实施例4的在模式3下的光学系统LA在望远端聚焦于无限远物体时的像差图。图22A、22B和22C分别示出聚焦于无限远物体上的情况、成像倍率为-0.02倍的情况以及成像倍率为-0.25倍的情况。
在本实施例的光学系统LA中，在从无限远物体到近距物体的聚焦时，透镜单元B1和透镜单元B2移动以使得它们之间的距离缩短。从而，本实施例的光学系统LA可以获得实施例1中描述的效果。
在本实施例中，当从模式1变为模式2时，透镜单元B1和透镜单元B2被布置为比它们在模式1下的各自位置更靠近物侧。当从模式1变为模式3时，透镜单元B1和透镜单元B2被布置为比它们在模式1下的各自位置更靠近像侧。
如表5所示，本实施例的光学系统LA满足条件表达式(1)至(6)。
如上所述，根据本实施例的光学系统可以用简单的构造来在抑制由于从无限远物体到近距物体的聚焦操作而导致的像差变化的同时改变像差。
下面示出对应于实施例1至4的数值实施例1至4。在每个数值实施例中，r表示每个表面的曲率半径，d表示第i表面和第(i+1)表面之间的透镜厚度和空气空间，nd和vd分别表示光学构件的材料的关于d线的折射率和阿贝数。星号意指具有非球面形状的表面。BF表示后焦点。关于焦距和其他项，按从左起的次序，当聚焦于无限远物体时的值、在保持聚焦于无限远物体上的状态的同时在负方向上改变球面像差的状态下的值、以及在保持聚焦于无限远物体上的状态的同时在正方向上改变球面像差的状态下的值被示出。
非球面形状由以下表达式限定：
Figure BDA0001508884320000131
其中，X是光轴方向上的离参考平面的位移量，H是光轴在垂直于光轴的方向上的高度，R是旁轴曲率半径，K是圆锥常数，A4至A12是非球面系数。
物距变化中的透镜间隔(图像拾取倍率)和实施例1至4的各种数据项中的像差变化分别在表1、2、3和4中示出。模式1、模式2和模式3按从左起的次序示出。设I1、I2和I3分别为模式1、模式2和模式3的像差系数I。
表5示出了每个条件表达式和实施例1至4之间的关系。关于条件表达式(6)，描述各模式之中的其像差系数I为最小值的模式的值。“e-x”意指10-x。
(数值实施例1)
单位mm
表面数据
Figure BDA0001508884320000132
Figure BDA0001508884320000141
非球面表面数据
第二十三表面
K＝0.00000e+000 A4＝4.52438e-006 A6＝-5.73009e-010 A8＝4.20022e-012
Figure BDA0001508884320000142
Figure BDA0001508884320000151
透镜单元B1数据
Figure BDA0001508884320000154
透镜单元B2数据
Figure BDA0001508884320000155
表1
Figure BDA0001508884320000152
(数值实施例2)
单元mm
表面数据
Figure BDA0001508884320000153
Figure BDA0001508884320000161
非球面表面数据
第十七表面
K＝3.09216e+000 A4＝1.76602e-005 A6＝8.65801e-009 A8＝1.34333e-011A10＝-5.69195e-014
Figure BDA0001508884320000162
透镜单元B1数据
Figure BDA0001508884320000173
透镜单元B2数据
Figure BDA0001508884320000174
表2
Figure BDA0001508884320000171
(数值实施例3)
单位mm
表面数据
Figure BDA0001508884320000172
Figure BDA0001508884320000181
Figure BDA0001508884320000182
透镜单元B1数据
Figure BDA0001508884320000184
透镜单元B2数据
Figure BDA0001508884320000185
表3
Figure BDA0001508884320000183
(数值实施例4)
单位mm
表面数据
Figure BDA0001508884320000191
Figure BDA0001508884320000201
各种数据
变焦比 2.78
Figure BDA0001508884320000202
变焦透镜单元数据
Figure BDA0001508884320000211
透镜单元B1数据
Figure BDA0001508884320000213
透镜单元B2数据
Figure BDA0001508884320000214
表4
Figure BDA0001508884320000212
Figure BDA0001508884320000221
表5
Figure BDA0001508884320000222
Figure BDA0001508884320000231
实施例5
将参照图23来描述使用本公开的光学系统作为图像拾取光学系统的数字照相机(图像拾取装置、光学装置)1。图23是数字照相机1的主要部分的示意图。数字照相机1具有照相机本体10和包括图像拾取光学系统11的透镜装置13。图像拾取光学系统11由实施例1至4中描述的光学系统中的任何一个构成。固态图像拾取器件(光电转换器件)12(比如CCD传感器或CMOS传感器)被构建在照相机本体10中，并且接收图像拾取光学系统11形成的物体像。
将参照图24来描述使用本公开的光学系统作为图像拾取光学系统的透镜装置(光学装置)20。图24是透镜装置20的外部透视图。透镜装置20包括图像拾取光学系统21、聚焦操作单元22以及用于改变透镜单元的布置状态的操作单元23。图像拾取光学系统21由实施例1至4中描述的光学系统中的任何一个构成。当用户操作聚焦操作单元22时，图像拾取光学系统21的透镜单元的布置被机械地或电学地改变，并且焦点位置可以被改变。当用户操作操作单元23时，图像拾取光学系统21的透镜单元的布置被机械地或电学地改变，并且像差可以被改变。
在本实施例中，每个操作单元具有环形，但是每个操作单元的形状不限于环形，可以是另外的形状。每个操作单元可以是用于电学地移动每个透镜单元的按钮等。透镜装置20可以不具有聚焦操作单元。
如上所述，通过将本公开的光学系统应用于比如数字照相机或透镜装置的光学设备，可以实现具有高光学性能的小型的光学设备。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要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要被赋予最宽泛的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种光学系统，其特征在于包括在聚焦期间沿着不同轨迹移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元，所述光学系统包括第一布置状态和第二布置状态，
其中，在第一布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的第一像差，并且在第二布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持所述预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的不同于第一像差的第二像差，
其中仅通过移动第一聚焦单元和第二聚焦单元来将第一布置状态变为第二布置状态，
其中，满足以下条件表达式：
Figure FDA0002940683450000011
其中，S1被定义为S1＝(1-βi12)×βi1r2，S2被定义为S2＝(1-βi22)×βi2r2，并且其中βi1是第一聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi2是第二聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi1r是在第一布置状态下被布置为比第一聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，以及βi2r是在第一布置状态下被布置为比第二聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，
其中，X1是第一聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量，以及X2是第二聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，第一布置状态和第二布置状态是所述光学系统在无限远物体上焦点对准的布置状态。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下条件表达式：
0.99<Li/Lj<1.01，
其中，Li是所述光学系统在第一布置状态下的总长，以及Lj是所述光学系统在第二布置状态下的总长。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下条件表达式：
0.9<(βi1×βi2)/(βj1×βj2)<1.1，
其中，βi1是第一聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi2是第二聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βj1是第一聚焦单元在第二布置状态下的横向倍率，以及βj2是第二聚焦单元在第二布置状态下的横向倍率。
5.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括第三布置状态，其中，在第三布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置为使得满足以下条件表达式：
I<0，
其中，I是聚焦于无限远物体上时的三阶像差系数。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下条件表达式：
β<-0.1，
其中，β是当聚焦于最近的物体上时的像倍率。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下条件表达式：
0.4<|f1/f2|<2.5，
其中，f1是第一聚焦单元的焦距，以及f2是第二聚焦单元的焦距。
8.一种光学装置，其特征在于包括：
光学系统；以及
操作单元，所述操作单元在第一布置状态和第二布置状态之间改变所述光学系统的布置状态，
其中，所述光学系统包括在聚焦期间沿着不同轨迹移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元，并且
其中，在第一布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的第一像差，并且在第二布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持所述预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的不同于第一像差的第二像差，
其中仅通过移动第一聚焦单元和第二聚焦单元来将第一布置状态变为第二布置状态，
其中，满足以下条件表达式：
Figure FDA0002940683450000031
其中，S1被定义为S1＝(1-βi12)×βi1r2，S2被定义为S2＝(1-βi22)×βi2r2，并且其中βi1是第一聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi2是第二聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi1r是在第一布置状态下被布置为比第一聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，以及βi2r是在第一布置状态下被布置为比第二聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，
其中，X1是第一聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量，以及X2是第二聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量。
9.一种图像拾取装置，其特征在于包括：
光学系统；以及
图像拾取器件，所述图像拾取器件被配置为接收由所述光学系统形成的图像，
其中，所述光学系统包括被配置为在聚焦期间沿着不同轨迹移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元，所述光学系统包括第一布置状态和第二布置状态，并且
其中，在第一布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的第一像差，并且在第二布置状态下，第一聚焦单元和第二聚焦单元被布置成在保持所述预先确定的物距处的焦点对准状态的同时产生所述光学系统的不同于第一像差的第二像差，
其中仅通过移动第一聚焦单元和第二聚焦单元来将第一布置状态变为第二布置状态，
其中，满足以下条件表达式：
Figure FDA0002940683450000041
其中，S1被定义为S1＝(1-βi12)×βi1r2，S2被定义为S2＝(1-βi22)×βi2r2，并且其中βi1是第一聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi2是第二聚焦单元在第一布置状态下的横向倍率，βi1r是在第一布置状态下被布置为比第一聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，以及βi2r是在第一布置状态下被布置为比第二聚焦单元更靠近像侧的透镜单元的合成横向倍率，
其中，X1是第一聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量，以及X2是第二聚焦单元在从第一布置状态变为第二布置状态时的移动量。
10.根据权利要求9所述的图像拾取装置，进一步包括操作单元，所述操作单元在第一布置状态和第二布置状态之间改变所述光学系统的布置状态。
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