CN110023809B - 摄像光学系统、透镜单元以及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供小型、具有180°以上的视角、在不同的介质环境中成像性能变化以及视角变化充分小的摄像光学系统。摄像光学系统10实质上由主透镜ML和水介质中用或者空气中用的辅助透镜SL构成，在主透镜ML单体的状态下成像位置比摄像面I靠物体侧，主透镜ML由多枚透镜构成，辅助透镜SL由一枚负透镜构成，在组合主透镜ML和辅助透镜SL的状态下获得所希望的成像性能，满足以下的条件式(1)－42≤fA/fM≤－17。其中，值fA是辅助透镜SL的焦距，值fM是主透镜ML的焦距。

Description

摄像光学系统、透镜单元以及摄像装置

技术领域

本发明涉及例如水陆两用相机那样的应对不同介质环境的相机用的摄像光学系统、透镜单元以及摄像装置。

背景技术

近年来，在水陆两用光学系统中，在水中也具有充分的广角，在水陆都具有同程度的视角且能够获得同程度高的成像性能的光学系统的需求日益增长。此处，公知一种对作为主要的构成要素的透镜系统组合校正像差的透镜的水陆两用的摄像光学系统。(例如，参照专利文献1以及2)。另外，公知一种与水接触的透镜具有凸面朝向物体侧的负的弯月形状、在水中对约180°的光束进行聚光的水中专用的摄像光学系统(例如，参照专利文献3)。

在专利文献1的摄像光学系统中，在空气中以及在水中，成像性能几乎不变化，但存在在空气中时和在水中时视角变动15°以上这个问题。在专利文献2的摄像光学系统中，存在空气中的分辨率与水中的分辨率相比降低，视角也变化10°左右这个问题。另外，在专利文献3的摄像光学系统中，在水中示出最大180°的视角，但因是水中专用设计，而没有考虑空气中的光学性能。

专利文献1：日本特开昭57－4017号公报

专利文献2：日本特开平6－242369号公报

专利文献3：日本特开平7－84180号公报。

发明内容

本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种小型、具有180°以上的视角、在不同的介质环境中成像性能变化以及视角变化充分小的摄像光学系统。

另外，本发明的目的在于提供具备上述摄像光学系统的透镜单元以及摄像装置。

为了实现上述的目的中的至少一个，反映了本发明的一个方面的摄像光学系统实质上由主透镜和水介质中用或者空气中用的辅助透镜构成，在主透镜单体的状态下成像位置比摄像面靠物体侧，主透镜由多枚透镜构成，辅助透镜由一枚负透镜构成，在组合主透镜和辅助透镜的状态下获取所希望的成像性能，满足以下的条件式：

－42≤fA/fM≤－17…(1)

其中，值fA是辅助透镜的焦距，值fM是主透镜的焦距。另外，所希望的成像性能意味着通过利用辅助透镜进行充分的校正，从而减小像散、成像位置与摄像面一致。另外，水介质除了海水、淡水等之外还包括液体状的物质。

另外，为了实现上述的目的中的至少一个，反映了本发明的一个方面的透镜单元具备上述的摄像光学系统、和保持摄像光学系统的镜筒。

另外，为了实现上述的目的中的至少一个，反映了本发明的一个方面的摄像装置具备上述的摄像光学系统、和检测从摄像光学系统获得的像的摄像元件。

附图说明

图1是对具备本发明的一个实施方式的摄像光学系统的透镜单元以及摄像装置进行说明的图。

图2A是表示实施例1的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图2B是表示实施例1的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图3A以及3B是表示实施例1的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图3C以及3D是实施例1的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图3E以及3F是比较例1的摄像光学系统的像差图。

图4A是表示实施例2的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图4B是表示实施例2的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图5A以及5B是表示实施例2的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图5C以及5D是实施例2的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图5E以及5F是比较例2的摄像光学系统的像差图。

图6A是表示实施例3的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图6B是表示实施例3的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图7A以及7B是表示实施例3的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图7C以及7D是实施例3的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图7E以及7F是比较例3的摄像光学系统的像差图。

图8A是表示实施例4的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图8B是表示实施例4的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图9A以及9B是表示实施例4的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图9C以及9D是实施例4的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图9E以及9F是比较例4的摄像光学系统的像差图。

图10A是表示实施例5的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图10B是表示实施例5的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图11A以及11B是表示实施例5的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图11C以及11D是实施例5的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图11E以及11F是比较例5的摄像光学系统的像差图。

图12A是表示实施例6的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图，图12B是表示实施例6的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统等的剖视图。

图13A以及13B是表示实施例6的组装有空气中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图13C以及13D是实施例6的组装有水介质中用辅助透镜的摄像光学系统的像差图，图13E以及13F是比较例6的摄像光学系统的像差图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一个实施方式的摄像装置100的剖视图。摄像装置100具备用于形成图像信号的相机模块30、以及通过使相机模块30动作而使得发挥作为摄像装置100的功能的处理部60。

相机模块30具备内置摄像光学系统10的透镜单元40、以及将由摄像光学系统10形成的被拍摄体图像变换为图像信号的传感器部50。

透镜单元40具备作为广角光学系统的摄像光学系统10以及组装有摄像光学系统10的镜筒41。摄像光学系统10的全视角为180°以上。摄像光学系统10由主透镜ML和辅助透镜SL构成。镜筒41由树脂、金属、在树脂中混合玻璃纤维而得到的材料等形成，在内部收纳并保持透镜等。在用金属、在树脂中混合玻璃纤维而得到的材料形成镜筒41的情况下，与树脂相比，不易热膨胀，能够稳定地固定摄像光学系统10。镜筒41具有使来自物体侧的光入射的开口OP。

构成摄像光学系统10的主透镜ML以及辅助透镜SL在构成它们的透镜的凸缘部或者外周部处被直接或者间接地保持在镜筒41的内表面侧，进行关于光轴AX方向以及与光轴AX垂直的方向的定位。镜筒41具有保持主透镜ML的第一保持部(holder)41a和保持辅助透镜SL的第二保持部41b。第二保持部41b具有拆装机构42，能够相对于第一保持部41a进行拆装，并且能够根据介质而适当地更换辅助透镜SL。第一保持部41a及第二保持部41b等各部件的连接部分被适当进行防水、耐水压的处理。

传感器部50具备对由摄像光学系统(广角光学系统)10形成的被拍摄体图像进行光电变换的摄像元件(固态摄像元件)51、以及支承该摄像元件51的基板52。摄像元件51例如是CMOS型的图像传感器。基板52具备用于使摄像元件51动作的布线、周边电路等。摄像元件51通过未图示的保持部件相对于光轴AX定位地被固定。该保持部件以被定位为与透镜单元40的镜筒41嵌合的状态被固定。

摄像元件51具有作为摄像面I的光电变换部51a，在其周边形成有未图示的信号处理电路。在光电变换部51a中二维地配置有像素即光电变换元件。此外，摄像元件51并不局限于上述的CMOS型的图像传感器，也可以是组装有CCD等其它摄像元件的部件。

此外，能够在透镜单元40与传感器部50之间配置过滤器F等。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件的密封玻璃等的平行平板。过滤器F虽然也能够配置为分体的过滤器部件，但也能够不配置为分体，而对构成摄像光学系统10的任意的透镜面赋予其功能。例如在红外线截止过滤器的情况下，也可以在一枚或者多枚透镜的表面上施加红外线截止涂层。

处理部60具备元件驱动部61、输入部62、存储部63、显示部64以及控制部68。元件驱动部61通过从控制部68接受用于驱动摄像元件51的电压、时钟信号的供给并向附随于摄像元件51的电路输出，从而使摄像元件51动作。另外，元件驱动部61在控制部68的控制下将来自摄像元件51的YUV和其它数字像素信号保持原样或经过加工后向外部电路输出。输入部62是接受用户的操作或者来自外部装置的指令的部分，存储部63是保管摄像装置100的动作所需的信息、由相机模块30获取到的图像数据等的部分，显示部64是显示应对用户提示的信息、拍摄到的图像等的部分。控制部68统一控制元件驱动部61、输入部62、存储部63等的动作，例如能够对由相机模块30得到的图像数据进行各种图像处理。

此外，省略详细的说明，但处理部60的具体功能能够根据组装有本摄像装置100的设备的用途而适当地调整。摄像装置100例如能够搭载在使用于水介质中用以及空气中用这两方的水陆两用相机等装置。

以下，参照图1，对第一实施方式的摄像光学系统(广角光学系统)10等进行说明。此外，图1所例示的摄像光学系统10与后述的实施例1的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10A为大致相同的结构。

图示的摄像光学系统(广角光学系统)10实质上由主透镜ML和辅助透镜SL构成。如已说明的那样，辅助透镜SL能够相对于主透镜ML进行拆装，例如能够根据水(或者水介质)或者空气等介质来进行更换。在主透镜ML单体的状态下，其成像位置比摄像面I靠物体侧(或者被拍摄体侧)。详细后述，但主透镜ML由多枚透镜构成，辅助透镜SL在空气中用以及水介质中用都由一枚负透镜构成，在组合主透镜ML和辅助透镜SL的状态下获得所希望的成像性能。此处，所希望的成像性能意味着通过利用辅助透镜SL进行充分的校正，从而减小像散、成像位置与摄像面I一致。另外，除了海水、淡水等之外，水介质还包括液体状的物质。若在如空气、水介质那样具有相互不同的折射率、分散的介质中使用相同的光学系统进行拍摄，则在每个介质中产生的像差、获得的视角不同，难以在每个介质中获得充分的光学性能。此时，通过根据介质来改变辅助透镜SL，从而在光学系统整个系统中，不管是哪种介质都能够获得所希望的光学性能。水介质中的折射率大于空气中的折射率，水介质中的视角比空气中的视角窄。为了防止这种情况，如上述那样通过使辅助透镜SL具有负的光焦度(power)而使光学系统广角化，抑制空气中与水中之间的视角变动即可。

摄像光学系统10中的主透镜ML是摄像光学系统10的主要的构成要素，从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。通过将主透镜ML设为负，能够将入射光瞳位置配置于物体侧，能够实现广角且前透镜直径较小的光学系统。另外，通过将第一以及第二透镜L1、L2设为负，与仅将第一透镜L1设为负的情况相比，光焦度被分割，能够降低在各透镜产生的像散、误差灵敏度。另外，通过将第三透镜L3设为正，能够校正在负的第一以及第二透镜L1、L2产生的畸变像差、色像差、球面像差等。另外，通过将第四以及第五透镜L4、L5设为正，能够使光束直径在比较早的阶段会聚，能够缩短整个光学长度，也能够抑制球面像差的增大。另外，通过将第六透镜L6设为负，能够校正在比孔径光圈ST靠后的群内的正透镜(具体而言，第四、第五以及第七透镜L4、L5、L7)产生的畸变像差、色像差、球面像差等。另外，通过将第七透镜L7设为正透镜，能够将向图像传感器的光线入射角抑制得比较小。根据以上那样的结构，摄像光学系统10能够同时实现广角化、小型化以及高性能化。

第一透镜L1的物体侧面S11成为凸面朝向物体侧的弯月形状。由此，能够减小向第一透镜L1的物体侧面S11的光线入射角以抑制像散等的产生。另外，第二透镜L2的像侧面S22与物体侧面S21相比使较强的凹面朝向像侧。第二透镜L2整体具有负的光焦度，但光线向面的入射角小且使像侧面S22的凹面比物体侧面S21强，由此能够在第二透镜L2确保充分的负的光焦度，并且将在第二透镜L2产生的像散等抑制得较小。另外，第五以及第六透镜L5、L6成为接合透镜CS。由此，与第五以及第六透镜L5、L6分别为单透镜的情况相比，能够良好地校正球面像差以及色像差。

辅助透镜SL被安装在比主透镜ML靠物体侧。由此，与在主透镜ML的光路的中途配置辅助透镜SL的光学系统相比，能够降低辅助透镜SL的偏心灵敏度，能够维持良好的光学性能。另外，用户的操作性变得良好，安装机构也能够简单化。辅助透镜SL的物体侧面S01将凸面朝向物体侧。由此，辅助透镜SL的物体侧面S01能够获取半视角90°以上的光线。此外，在摄像光学系统10中，辅助透镜SL除了像差校正之外，还具有防水、耐水压、耐落下冲击等功能。

摄像光学系统10满足以下的条件式(1)。

－42≤fA/fM≤－17…(1)

其中，值fA为辅助透镜SL的焦距，值fM为主透镜ML的焦距。

通过高于条件式(1)的值fA/fM的下限，从而辅助透镜SL的光焦度不会过弱，所以能够确保辅助透镜SL的加工性并防止光学系统大型化。另一方面，通过低于条件式(1)的值fA/fM的上限，从而辅助透镜SL的光焦度不会过强，所以能够减小在辅助透镜SL产生的像差，或减小误差灵敏度，能够在整个光学系统中获得良好的光学性能。

另外，摄像光学系统10除了条件式(1)之外，还满足以下的条件式(2)。

－42≤fAA/fM≤－28…(2)

其中，值fAA为空气中用的辅助透镜SL的焦距，值fM为主透镜ML的焦距。

通过高于条件式(2)的值fAA/fM的下限，从而在空气中，辅助透镜SL的光焦度不会过弱，所以能够确保辅助透镜SL的加工性并防止光学系统大型化。另一方面，通过低于条件式(2)的值fAA/fM的上限，从而辅助透镜SL的光焦度不会过强，所以能够减小在辅助透镜SL产生的像差，或减小误差灵敏度，能够在整个光学系统中获得良好的光学性能。

另外，摄像光学系统10除了条件式(1)之外，还满足以下的条件式(3)。

－31≤fAW/fM≤－17…(3)

其中，值fAW为水介质中用的辅助透镜SL的焦距，值fM为主透镜ML的焦距。

通过高于条件式(3)的值fAW/fM的下限，从而在水介质中，辅助透镜SL的光焦度不会过弱，所以能够确保辅助透镜SL的加工性并防止光学系统大型化。另一方面，通过低于条件式(3)的值fAW/fM的上限，从而辅助透镜SL的光焦度不会过强，所以能够减小在辅助透镜SL产生的像差，或减小误差灵敏度，能够在整个光学系统中获得良好的光学性能。

另外，摄像光学系统10除了条件式(1)之外，还满足以下的条件式(4)。

－6≤(R2AA+R1AA)/(R2AA－R1AA)≤－3…(4)

其中，值R1AA为空气中用的辅助透镜SL的物体侧面S01的曲率半径，值R2AA为空气中用的辅助透镜SL的像侧面S02的曲率半径。

通过高于条件式(4)的值(R2AA+R1AA)/(R2AA－R1AA)的下限，从而在物体侧面的曲率半径与像侧面的曲率半径之间产生某种程度的差，所以获得辅助透镜SL的光焦度，防止辅助透镜SL的大型化，提高透镜的加工性。另一方面，通过低于条件式(4)的值(R2AA+R1AA)/(R2AA－R1AA)的上限，从而辅助透镜SL的物体侧面的曲率半径与像侧面的曲率半径之间不会相差太大，所以能够将在辅助透镜SL产生的像散等抑制得较小。

另外，摄像光学系统10除了条件式(1)之外，还满足以下的条件式(5)。

－9≤(R2AW+R1AW)/(R2AW－R1AW)≤－3…(5)

其中，值R1AW为水介质中用的辅助透镜SL的物体侧面S01的曲率半径，值R2AW为水介质中用的辅助透镜SL的像侧面S02的曲率半径。

通过高于条件式(5)的值(R2AW+R1AW)/(R2AW－R1AW)的下限，从而在物体侧面的曲率半径与像侧面的曲率半径之间存在某种程度的差，所以获得辅助透镜SL的光焦度，防止辅助透镜SL的大型化，提高透镜的加工性。另一方面，通过低于条件式(5)的值(R2AW+R1AW)/(R2AW－R1AW)的上限，从而辅助透镜SL的物体侧面的曲率半径与像侧面的曲率半径之间不会相差太大，所以能够将在辅助透镜SL产生的像散等抑制得较小。

另外，摄像光学系统10除了条件式(1)之外，还满足以下的条件式(6)。

0.5≤fAW/fAA≤0.9…(6)

其中，值fAW为水介质中用的辅助透镜SL的焦距，值fAA为空气中用的辅助透镜SL的焦距。

通过高于条件式(6)的值fAW/fAA的下限，从而水介质中用的辅助透镜SL的光焦度不会比空气中用的辅助透镜SL的光焦度过强，所以水介质中时的视角不会比空气中时的视角过大。另一方面，通过低于条件式(6)的值fAW/fAA的上限，从而水介质中用的辅助透镜SL的光焦度不会比空气中用的辅助透镜SL的光焦度过弱，所以水介质中时的视角不会比空气中时的视角过小。

此外，摄像光学系统10实质上还可以具备不具有光焦度的其它光学元件(例如透镜、过滤器部件等)。

在以上说明的摄像光学系统等中，辅助透镜SL能够根据介质来进行更换，通过像这样根据介质来改变辅助透镜SL，在光学系统整个系统中，在如空气、水介质那样折射率、分散相互不同的介质中，也能够获得所希望的光学性能。另外，通过使辅助透镜SL具有负的光焦度，能够使光学系统广角化，能够抑制从空气中用的辅助透镜SL切换到水介质中用的辅助透镜SL时的视角变动。这样，由于辅助透镜SL具有负的光焦度，所以在主透镜ML单体中，焦点位置比摄像面I靠物体侧，以使得辅助透镜SL与主透镜ML组合从而焦点位于摄像面I。另外，通过将辅助透镜SL设为一枚，从而与主透镜ML的组合时的作业性变得良好。根据以上的情况，对于本实施方式的摄像光学系统10以及摄像装置100而言，即使在水介质中也例如如鱼眼透镜那样视角180°以上而具有充分的广角，在空气中和在水介质中，成像性能变化较小，视角变化也充分小而为5°左右，小型且高性能。

〔实施例〕

以下，表示本发明的摄像光学系统等的实施例。使用于各实施例的符号如下述。

f：摄像光学系统整个系统的焦距

Fno：F数

w：半视角

ymax：最大图像高度

TL：透镜全长(光学全长)(从最靠物体侧的透镜面到摄像面的光轴上距离)

BF：后焦距(Back Focus)

R：曲率半径

D：轴上面间隔

nd：透镜材料的相对于d线的折射率

νd：透镜材料的阿贝数

在各实施例中，在各面编号之后记载有“＊”的面是具有非球面形状的面，对于非球面的形状而言，在以面的顶点为原点、取X轴为光轴方向、将与光轴垂直的垂直方向上的高度设为h时，用以下的“式1”表示。

[式1]

其中，

Ai：i阶非球面系数

R：基准曲率半径

K：圆锥常数

(实施例1)

以下的表1示出实施例1的摄像光学系统的整体规格。

〔表1〕

以下的表2示出实施例1的摄像光学系统的透镜面的数据。此外，在以下的表1等中，用“Surf.N”表示面编号，用“ST”表示孔径光圈，用“INF”表示无限大。另外，“image”表示摄像元件的摄像面I(或者摄像光学系统的成像面)。另外，“r1”以及“r2”表示辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径。“d1”以及“d2”表示辅助透镜中的空气中或者水中的轴上面间隔。“n1”以及“ν1”分别表示辅助透镜中的空气中或者水中的相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表2〕

以下的表3示出实施例1的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。此外，在此之后(包括表的透镜数据)，使用E(例如2.5E^-02)来表示10的幂乘数(例如2.5×10^-02)。

〔表3〕

第五面

K＝0.000，A4＝2.6107E-02，A6＝-7.2545E-03，A8＝1.0482E-03，

A10＝-8.1561E-05，A12＝2.6580E-06

第六面

K＝0.000，A4＝3.0016E-02，A6＝1.3133E-02，A8＝-1.5587E-02_，

A10＝5.4692E-03，A12＝-7.2262E-04

第十六面

K＝-6.187，A4＝1.5425E-02，A6＝-1.6216E-03，A8＝1.7490E-04，

A10＝-8.2247E-06，A12＝1.9982E-07

第十七面

K＝0.611，A4＝1.0690E-02，A6＝3.1096E-03，A8＝-6.0656E-04，

A10＝3.4317E-05，A12＝7.0148E-08

以下的表4示出表2所示的实施例1的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表4〕

以下的表5示出在实施例1的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。此外，在表5中，以在摄像光学系统中组装有辅助透镜的情况下的成像位置为原点(之后的实施例也同样)。

〔表5〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：－0.04

以下的表6示出实施例1以及比较例1的摄像光学系统的最大视角中的像散。此外，比较例1是仅由主透镜ML构成的摄像光学系统(之后的比较例也同样)。

〔表6〕

空气中·带辅助透镜(实施例1)：0.009

水中·带辅助透镜(实施例1)：0.003

空气中·仅主透镜(比较例1)：0.104

如表6所示，可知通过在摄像光学系统10中组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图2A以及2B是实施例1的摄像光学系统10A等的剖视图。具体而言，图2A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10A的剖视图，图2B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10A的剖视图。摄像光学系统10A实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。附图标记I表示摄像元件51的被投影面亦即摄像面。此外，对于附图标记F、I，在之后的实施例中也同样。

图3A以及3B示出实施例1的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10A的像差图(球面像差以及像散)。另外，图3C以及3D示出实施例1的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10A的像差图(球面像差以及像散)。另外，图3E以及3F示出比较例1的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。在上述球面像差图中，“F2.4”表示F数。在上述像散图中，实线表示矢状像面，点线表示子午像面。

(实施例2)

以下的表7示出实施例2的摄像光学系统的整体规格。

〔表7〕

以下的表8示出实施例2的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表8〕

以下的表9示出实施例2的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。

〔表9〕

第五面

K＝0.000，A4＝2.4520E-02，A6＝-7.2725E-03，A8＝1.0574E-03，

A10＝1.0574E-03，A12＝1.0574E-03

第六面

K＝0.000，A4＝3.2707E-02，A6＝7.0369E-03，A8＝-1.1818E-02，

A10＝4.2892E-03，A12＝-6.1056E-04

第十六面

K＝-5.928，A4＝1.5528E-02，A6＝-1.5478E-03_，A8＝1.8921E-04，

A10＝-8.9726E-06，A12＝3.4445E-07

第十七面

K＝0.183，A4＝1.2103E-02，A6＝2.8716E-03，A8＝-5.7878E-04，

A10＝4.7290E-05，A12＝-1.1043E-06

以下的表10示出表8所示的实施例2的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表10〕

以下的表11示出在实施例2的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。

〔表11〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：-0.03

以下的表12示出实施例2以及比较例2的摄像光学系统的最大视角中的像散。

〔表12〕

空气中·带辅助透镜(实施例2)：0.008

水中·带辅助透镜(实施例2)：-0.004

空气中·仅主透镜(比较例2)：0.086

如表12所示，可知通过在摄像光学系统10中组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图4A以及4B是实施例2的摄像光学系统10B等的剖视图。具体而言，图4A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10B的剖视图，图4B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10B的剖视图。摄像光学系统10B实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。

图5A以及5B示出实施例2的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10B的像差图(球面像差以及像散)。另外，图5C以及5D示出实施例2的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10B的像差图(球面像差以及像散)。另外，图5E以及5F示出比较例2的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。

(实施例3)

以下的表13示出实施例3的摄像光学系统的整体规格。

〔表13〕

以下的表14示出实施例3的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表14〕

以下的表15示出实施例3的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。

〔表15〕

第五面

K＝0.000，A4＝2.4548E-02，A6＝-7.2698E-03，A8＝1.0701E-03，

A10＝-8.3082E-05，A12＝2.6679E-06

第六面

K＝0.000，A4＝2.7299E-02，A6＝8.3567E-03_，A8＝-1.2622E-02，

A10＝4.3432E-03，A12＝-5.5821E-04

第十六面

K＝-5.517，A4＝1.5456E-02，A6＝-1.5504E-03，A8＝1.8761E-04，

A10＝-9.3742E-06，A12＝2.2435E-07

第十七面

K＝1.415，A4＝1.0229E-02，A6＝2.6996E-03，A8＝-5.6199E-04，

A10＝5.1167E-05，A12＝-2.2542E-06

以下的表16示出表14所示的实施例3的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表16〕

以下的表17示出在实施例3的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。

〔表17〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：-0.04

以下的表18示出实施例3以及比较例3的摄像光学系统的最大视角中的像散。

〔表18〕

空气中·带辅助透镜(实施例3)：0.007

水中·带辅助透镜(实施例3)：-0.003

空气中·仅主透镜(比较例3)：0.100

如表18所示，可知通过在摄像光学系统10中组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图6A以及6B是实施例3的摄像光学系统10C等的剖视图。具体而言，图6A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10C的剖视图，图6B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10C的剖视图。摄像光学系统10C实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。

图7A以及7B示出实施例3的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10C的像差图(球面像差以及像散)。另外，图7C以及7D示出实施例3的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10C的像差图(球面像差以及像散)。另外，图7E以及7F示出比较例3的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。

(实施例4)

以下的表19示出实施例4的摄像光学系统的整体规格。

〔表19〕

以下的表20示出实施例4的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表20〕

以下的表21示出实施例4的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。〔表21〕

第五面

K＝0.000，A4＝2.4763E-02，A6＝-7.2354E-03，A8＝1.0571E-03，

A10＝-8.2628E-05，A12＝2.7074E-06

第六面

K＝0.000，A4＝2.9158E-02，A6＝9.8126E-03，A8＝-1.3791E-02，

A10＝4.8809E-03，A12＝-6.6456E-04

第十六面

K＝-5.841，A4＝1.5554E-02，A6＝-1.5390E-03，A8＝1.8332E-04，

A10＝-9.3128E-06，A12＝3.5838E-07

第十七面

K＝0.665，A4＝1.0476E-02，A6＝3.1216E-03，A8＝-5.7633E-04，

A10＝4.0517E-05，A12＝-7.8815E-07

以下的表22示出表20所示的实施例4的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表22〕

以下的表23示出在实施例4的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。

〔表23〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：-0.03

以下的表24示出实施例4以及比较例4的摄像光学系统的最大视角中的像散。

〔表24〕

空气中·带辅助透镜(实施例4)：0.001

水中·带辅助透镜(实施例4)：-0.002

空气中·仅主透镜(比较例4)：0.079

如表24所示，可知通过在摄像光学系统10中组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图8A以及8B是实施例4的摄像光学系统10D等的剖视图。具体而言，图8A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10D的剖视图，图8B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10D的剖视图。摄像光学系统10D实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。

图9A以及9B示出实施例4的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10D的像差图(球面像差以及像散)。另外，图9C以及9D示出实施例4的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10D的像差图(球面像差以及像散)。另外，图9E以及9F示出比较例4的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。

(实施例5)

以下的表25示出实施例5的摄像光学系统的整体规格。

〔表25〕

以下的表26示出实施例5的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表26〕

以下的表27示出实施例5的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。

〔表27〕

第五面

K＝0.000，A4＝2.2915E-02，A6＝-7.2802E-03，A8＝1.0618E-03，

A10＝-8.0622E-05，A12＝2.5509E-06

第六面

K＝0.000，A4＝2.6707E-02，A6＝-7.3507扦04，A8＝-4.7759E-03，

A10＝1.5042E-03，A12＝-1.6586E-04

第十六面

K＝-5.491，A4＝1.3592E-02，A6＝-1.5996E-03_，A8＝1.7021E-04，

A10＝2.3834E-06，A12＝-1.7387E-06

第十七面

K＝2.506，A4＝1.1759E-02，A6＝1.2336E-03，A8＝-5.8142E-04，

A10＝1.0844E-04，A12＝-8.4810E-06

以下的表28示出表26所示的实施例5的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表28〕

以下的表29示出在实施例5的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。

〔表29〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：-0.05

以下的表30示出实施例5以及比较例5的摄像光学系统的最大视角中的像散。

〔表30〕

空气中·带辅助透镜(实施例5)：0.016

水中·带辅助透镜(实施例5)：-0.018

空气中·仅主透镜(比较例5)：0.130

如表30所示，可知通过在摄像光学系统10中组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图10A以及10B是实施例5的摄像光学系统10E等的剖视图。具体而言，图10A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10E的剖视图，图10B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10E的剖视图。摄像光学系统10E实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。

图11A以及11B示出实施例5的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10E的像差图(球面像差以及像散)。另外，图11C以及11D示出实施例5的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10E的像差图(球面像差以及像散)。另外，图11E以及11F示出比较例5的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。

(实施例6)

以下的表31示出实施例6的摄像光学系统的整体规格。

〔表31〕

以下的表32示出实施例6的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表32〕

以下的表33示出实施例6的摄像光学系统的透镜面的非球面系数。

〔表33〕

第一面(空气中)

K＝0，A4＝1.81E-05，A6＝-1.90E-07，A8＝6.26E-10，

A10＝-8.37E-13，A12＝0

第二面(空气中)

K＝0，A4＝1.16E-05，A6＝3.54E-07，A8＝-2.29E-08，

A10＝3.68E-11，A12＝0

第一面(水中)

K＝0，A4＝-8.1055E-08_，A6＝-1.2121E-08，A8＝-2.0167E-12，

A10＝0，A12＝0

第二面(水中)

K＝0，A4＝-2.9932E-06，A6＝-2.9891E-07，A8＝6.3524E-09，

A10＝-1.9722E-11，A12＝0

第五面

K＝0.000，A4＝2.4488E-02，A6＝-7.6446E-03，A8＝1.0547E-03_，

A10＝-7.5158E-05，A12＝2.2437E-06

第六面

K＝0.000_，A4＝3.0291E-02，A6＝-6.6315E-04，A8＝-5.1987E-03，

A10＝1.5622E-03，A12＝-1.6485E-04

第十六面

K＝-5.327，A4＝1.5322E-02，A6＝-1.7361E-03，A8＝2.1605E-04，

A10＝-7.5695E-06，A12＝-3.2531E-07

第十七面

K＝0.651，A4＝1.4307E-02，A6＝1.6541E-03，A8＝-6.7327E-04，

A10＝1.1215E-04，A12＝-7.6886E-06

以下的表34示出表32所示的实施例6的辅助透镜中的空气中或者水中的曲率半径、轴上面间隔、相对于d线的折射率以及阿贝数。

〔表34〕

以下的表35示出在实施例6的摄像光学系统中，主透镜单体的情况下的画面中心成像位置。

〔表35〕

主透镜单体的画面中心成像位置(mm)：－0.04

以下的表36示出实施例6以及比较例6的摄像光学系统的最大视角中的像散。

〔表36〕

空气中·带辅助透镜(实施例6)：0.012

水中·带辅助透镜(实施例6)：0.027

空气中·仅主透镜(比较例6)：0.122

如表36所示，可知通过在摄像光学系统10组装辅助透镜SL来进行像差校正，从而能够获得良好的光学性能。另一方面，可知在仅主透镜ML的情况下，像差校正不足。

图12A以及12B是实施例6的摄像光学系统10F等的剖视图。具体而言，图12A是组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10F的剖视图，图12B是组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10F的剖视图。摄像光学系统10F实质上由主透镜ML和空气中用或者水中用的辅助透镜SL构成。主透镜ML从物体侧起依次实质上由负的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、孔径光圈(或者光圈)ST、正的第四透镜L4、正的第五透镜L5、负的第六透镜L6以及正的第七透镜L7构成。辅助透镜SL实质上由一枚负透镜构成。在主透镜ML的第七透镜L7与摄像元件51之间配置有适当的厚度的过滤器F。过滤器F是设想有光学低通过滤器、IR截止过滤器、摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。

图13A以及13B示出实施例6的组装有空气中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10F的像差图(球面像差以及像散)。另外，图13C以及13D示出实施例6的组装有水中用的辅助透镜SL的摄像光学系统10F的像差图(球面像差以及像散)。另外，图13E以及13F示出比较例6的仅由主透镜ML构成的摄像光学系统的像差图(球面像差以及像散)。

以下的表37汇总与各条件式(1)～(6)对应的各实施例1～6的值来以供参考。

〔表37〕

以上，在实际的透镜测定的场景中，本申请中所称的透镜面的曲率半径是指利用最小二乘法对透镜中央附近(具体而言，相对透镜外径10％以内的中央区域)处的形状测定值进行拟合时的近似曲率半径。另外，例如，在使用二阶非球面系数的情况下，非球面定义式的基准曲率半径也包括还考虑了二阶非球面系数的曲率半径。

以上，依照实施方式对摄像光学系统10等进行了说明，但本发明的摄像光学系统10并不局限于上述实施方式或者实施例，可以进行各种变形。

另外，在上述实施方式中，为将主透镜ML以及辅助透镜SL固定在镜筒41的结构，但也能够适当地移动以进行聚焦等。

另外，在上述实施方式中，对由一个主透镜ML和一个辅助透镜SL构成的摄像光学系统10进行了说明，但也可以是将一个主透镜ML和一个辅助透镜SL的组合作为一个单元，并将两个单元以在摄像元件51侧相向的方式进行组合而构成的摄像光学系统。该情况下，能够拍摄360°的整周。

Claims (14)

1.一种摄像光学系统，其中，

所述摄像光学系统实质上由主透镜和水介质中用或者空气中用的辅助透镜构成，

在所述主透镜单体的状态下，成像位置比摄像面靠物体侧，

所述主透镜由多枚透镜构成，

所述辅助透镜由一枚负透镜构成，

在组合所述主透镜和所述辅助透镜的状态下获得所希望的成像性能，

能够相对于所述主透镜更换所述水介质中用的辅助透镜和空气中用的辅助透镜，

所述摄像光学系统满足以下的条件式：

－42≤fA/fM≤－17…(1)

0.5≤fAW/fAA≤0.9…(6)

其中，

fA：所述辅助透镜的焦距，

fM：所述主透镜的焦距，

fAW：水介质中用的所述辅助透镜的焦距，

fAA：空气中用的所述辅助透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，

所述主透镜从物体侧起依次实质上由负的第一透镜、负的第二透镜、正的第三透镜、光圈、正的第四透镜、正的第五透镜、负的第六透镜以及正的第七透镜构成。

3.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

所述辅助透镜被安装在比所述主透镜靠所述物体侧。

4.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

满足以下的条件式：

－42≤fAA/fM≤－28…(2)

其中，

fAA：空气中用的所述辅助透镜的焦距，

fM：所述主透镜的焦距。

5.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

满足以下的条件式：

－31≤fAW/fM≤－17…(3)

其中，

fAW：水介质中用的所述辅助透镜的焦距，

fM：所述主透镜的焦距。

6.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

所述辅助透镜的物体侧面将凸面朝向所述物体侧。

7.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

满足以下的条件式：

－6≤(R2AA+R1AA)/(R2AA－R1AA)≤－3…(4)

其中，

R1AA：空气中用的所述辅助透镜的所述物体侧面的曲率半径，

R2AA：空气中用的所述辅助透镜的像侧面的曲率半径。

8.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

满足以下的条件式：

－9≤(R2AW+R1AW)/(R2AW－R1AW)≤－3…(5)

其中，

R1AW：水介质中用的所述辅助透镜的所述物体侧面的曲率半径，

R2AW：水介质中用的所述辅助透镜的像侧面的曲率半径。

9.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

所述主透镜从物体侧起依次实质上由第一透镜、第二透镜、第三透镜、光圈、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成，

所述第一透镜的物体侧面是凸面朝向物体侧的弯月形状。

10.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

所述主透镜从物体侧起依次实质上由第一透镜、第二透镜、第三透镜、光圈、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成，

所述第二透镜的像侧面与所述第二透镜的物体侧面相比将较强的凹面朝向像侧。

11.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

所述主透镜从物体侧起依次实质上由第一透镜、第二透镜、第三透镜、光圈、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜构成，

第五透镜以及第六透镜是接合透镜。

12.根据权利要求1或2所述的摄像光学系统，其中，

被使用于空气中以及水介质中这两方。

13.一种透镜单元，具备：

权利要求1～12中的任意一项所述的摄像光学系统；以及

保持所述摄像光学系统的镜筒。

14.一种摄像装置，具备：

权利要求1～12中的任意一项所述的摄像光学系统；以及

检测从所述摄像光学系统获得的像的摄像元件。

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