CN110873940A - 透镜装置和包括透镜装置的成像系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及透镜装置和包括透镜装置的成像系统。一种透镜装置，包括：成像光学系统，包括多个透镜；第一保持构件，至少保持所述多个透镜中的最靠近物体的第一透镜，并且被配置为在成像光学系统的光轴方向上移动以执行聚焦；筒构件，设置在第一保持构件的外侧；以及控制单元，被配置为控制驱动单元，该驱动单元被配置为使第一保持构件移动。当聚焦于无穷远处时，筒构件的物侧的边缘表面定位在第一透镜的物侧表面的表面顶点的物侧。当聚焦于无穷远处时，控制单元的物侧的边缘表面定位在该表面顶点的物侧。

Description

透镜装置和包括透镜装置的成像系统
技术领域
本发明涉及透镜装置和包括透镜装置的成像系统。
背景技术
日本专利申请特许公开No.2013-218015中描述的透镜装置被称为可更换透镜(透镜装置)，其通过在光轴方向移动的多个透镜执行聚焦。多个透镜包括最靠近物体设置的透镜(物侧、放大共轭侧)。在日本专利申请特许公开No.2013-218015中讨论的可更换透镜从物侧起依次包括具有正折光力的第一透镜单元和具有正折光力或负折光力的第二透镜单元，并且第一透镜单元在聚焦时在光轴方向移动。此外，第一透镜单元从物侧起依次包括具有正折光力的第一透镜子单元、光阑和具有正折光力的第二透镜子单元。
假设从物侧向日本专利申请特许公开No.2013-218015中讨论的可更换透镜添加光轴方向上的冲击力。在这种情况下，如果用于保持最靠近物体设置的透镜的前透镜保持框架比设置在前透镜保持框架的外侧的外筒构件朝着物体突出得更远，则冲击力直接作用于前透镜保持框架，这是不期望的。如果冲击力直接作用于前透镜保持框架，则设置在前透镜保持框架内的透镜的形状和位置可能改变。因此，至少当焦点处于无穷远时，期望外筒构件比前透镜保持框架朝着物体突出得更远。
此外，如果如在日本专利申请特许公开No.2013-218015中讨论的可更换透镜中那样，最靠近物体设置的透镜在光轴方向上移动，则当焦点处于近距离时最靠近物体设置的透镜定位在透镜的可移动范围内的最靠近物体的位置。此外，当焦点处于无穷远时最靠近物体设置的透镜定位在透镜的可移动范围内的最靠近像侧的位置。
众所周知，可更换透镜具有包括用于在聚焦时使透镜在光轴方向上移动的致动器(诸如超声马达(USM))以及用于控制致动器的控制板的配置，其没有在日本专利申请特许公开No.2013-218015中清楚地讨论。当具有这种配置的可更换透镜附接到包括图像传感器的相机主体时，如果控制板和图像传感器彼此太靠近，则由控制板产生的磁噪声可到达图像传感器并且捕获的图像的图像质量会降级。
日本专利申请特许公开No.2013-218015没有讨论可以减小上述在光轴方向上施加的冲击力的影响和上述磁噪声的影响的可更换透镜的配置。
发明内容
鉴于上述情况，本发明针对一种可以减小在光轴方向上施加的冲击力的影响和磁噪声的影响的透镜装置，以及包括该透镜装置的成像系统。
根据本发明的一个方面，一种透镜装置包括：成像光学系统，包括多个透镜；第一保持构件，至少保持所述多个透镜中的最靠近物体的第一透镜，并且被配置为在成像光学系统的光轴方向上移动以执行聚焦；筒构件，设置在第一保持构件的外侧；以及控制单元，被配置为控制驱动单元，该驱动单元被配置为使第一保持构件移动。当焦点处于无穷远处时，筒构件的物侧的边缘表面定位在第一透镜的物侧表面的表面顶点的物侧。当焦点处于无穷远处时，控制单元的物侧的边缘表面定位在该表面顶点的物侧。
参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是图示根据第一示例性实施例的处于无穷远聚焦状态的镜筒和相机的示意图。
图2是图示根据第一示例性实施例的处于近距离聚焦状态的镜筒和相机的示意图。
图3是图示根据第一示例性实施例的电路基板的周边的结构的分解透视图。
图4是图示根据第一示例性实施例的电路基板与通信基板之间的连接关系的部分截面视图。
图5是图示根据第一示例性实施例的过滤器框架部分的分解透视图。
图6是图示根据第一示例性实施例的光轴与由驱动线圈产生的磁噪声之间的关系的图。
图7是图示根据第一示例性实施例的外筒被移除的状态的分解视图。
图8是根据第一示例性实施例的沿着图7中的A-A部分截取的截面视图。
图9是图示根据第二示例性实施例的驱动线圈与磁屏蔽件之间的关系的示意图。
图10A至10D是各自图示根据第二示例性实施例的电路基板的透视图。
图11是根据数值示例1的透镜截面视图。
图12A和12B是分别图示根据数值示例1的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
图13是根据数值示例2的透镜截面视图。
图14A和14B是分别图示根据数值示例2的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
图15是根据数值示例3的透镜截面视图。
图16A和16B是分别图示根据数值示例3的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
图17是根据数值示例4的透镜截面视图。
图18A和18B是分别图示根据数值示例4的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
图19是根据数值示例5的透镜截面视图。
图20A和20B是分别图示根据数值示例5的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
具体实施方式
下面将描述本发明的第一示例性实施例。将参考图1至图8描述根据本示例性实施例的透镜装置200和可附接透镜装置200的相机主体(成像装置)100的配置。透镜装置200和相机主体100统称为相机系统(成像系统)。
(相机主体的配置)
首先，将参考图1和图2描述相机主体100的配置。图1是图示透镜装置200的成像距离处于无穷远的状态(无穷远聚焦状态)的示意图。图2是图示透镜装置200的成像距离处于近距离的状态的示意图。换言之，图1是图示聚焦于无穷远的状态的透镜装置200的示意图。图2是图示聚焦于近距离的状态的透镜装置200的示意图。
在图1和图2中，透镜装置200可附接到相机主体(下文中，简称为“相机”)100并且可从相机主体拆卸。换言之，透镜装置200是可更换透镜。
主反射镜101部署在来自透镜装置200的光束的光路上。主反射镜101反射光束的一部分并将光束引导到取景器光学系统(105、106)，并使剩余的光束通过。副反射镜102部署在主反射镜101后面(图像侧)。副反射镜102反射透射通过主反射镜101的光束并将光束引导到聚焦检测单元103。此外，可以通过驱动机构(未示出)将主反射镜101和副反射镜102一体地插入到上述光路中或从上述光路中移除。
聚焦检测单元103使用相位差检测方法来执行聚焦检测(透镜装置200的聚焦状态的检测)。图像传感器104用作成像单元并且包括电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。来自主反射镜101和透镜装置200的光束在图像传感器104的光接收表面(成像平面)上形成物体图像(图像)。图像传感器104对形成的物体图像进行光电转换并输出成像信号。
成像信号从图像传感器104输入到信号处理单元(未示出)，并且显示面板107显示从信号处理单元输出的图像和其它各种类型的成像信息。
相机100是单透镜反光相机，包括主反射镜101、副反射镜102、聚焦检测单元103、图像传感器104以及取景器光学系统105和106。此外，相机100可以是不包括主反射镜101、副反射镜102等的无反射镜相机。
此外，代替于聚焦检测单元103，图像传感器104可以包括用于聚焦检测的像素(用于AF的像素)，其生成用于使用成像平面相位差检测方法执行自动聚焦(AF)的图像信号。可以使用基于从图像传感器104获得的信号的对比度检测方法来执行聚焦检测。
(透镜装置的配置)
接下来，将参考图1和图2描述透镜装置200的配置。上面已经给出了图1和图2的描述。在图1和图2中，成像光学系统的光轴OA(下文中，称为“光轴OA”)的方向被认为是Z方向。在与光轴OA正交并且与图像传感器104的成像平面平行的两个方向中，横向方向被认为是X方向，纵向方向被认为是Y方向。
透镜装置200可以通过引导筒206和凸轮筒207(下面描述)的相对移动使可移动透镜单元在光轴方向上移动来执行聚焦操作(聚焦)。可移动透镜单元是聚焦透镜单元，其被配置为在聚焦操作中移动以便改变设置在聚焦透镜单元与相邻透镜单元之间的间隔。
第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3由第一透镜保持框架(第一保持构件、第一透镜保持构件)201保持。如下所述，第一透镜保持框架201在聚焦时移动。此外，第一透镜保持框架201保持第一透镜G1，第一透镜G1是包括在成像光学系统中的多个透镜中的最靠近物体设置的透镜。换言之，第一透镜保持框架201连同第一透镜G1一起在成像光学系统的光轴方向上移动以便聚焦。
第四透镜G4、第五透镜G5和第六透镜G6由第二透镜保持框架(第二保持构件、第二透镜保持构件)202保持。第一透镜保持框架201和第二透镜保持框架202通过螺钉彼此固定。第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9、第十透镜G10和第十一透镜G11由第三透镜保持框架(第三保持构件、第三透镜保持构件)203保持。第二透镜保持框架202由凸轮从动件222保持，以便在制造过程中可相对于第三透镜保持框架203进行位置调整。在制造过程中完成位置调整之后，第二透镜保持框架202相对于第三透镜保持框架203的位置变得不可改变。第十二透镜G12、第十三透镜G13、第十四透镜G14和第十五透镜G15由第四透镜保持框架(第四透镜保持构件)204保持。第四透镜保持框架204通过螺钉固定到引导筒206。
光阑单元205部署在第七透镜G7的物侧(物体表面侧)，并且调整从物体到相机100侧的光束的光量。光阑单元205和通信基板212通过柔性印刷电路板(未示出)连接。
引导筒206包括三个直槽，用于在光轴方向上引导第一至第三透镜保持框架201、202和203。直槽在围绕光轴延伸的方向上(下文中，称为圆周方向)以相等的间隔设置。
凸轮筒207设置在引导筒206的外周上。凸轮筒207包括三个凸轮槽部分(未示出)，其在光轴OA方向上驱动第一至第三透镜保持框架201、202和203。凸轮槽部分在圆周方向上以相等的间隔设置。
当凸轮筒207在圆周方向上旋转时，通过设置在第三透镜保持框架203上的凸轮从动件(未示出)使第三透镜保持框架203在光轴OA方向上向前或向后移动，其中第三透镜保持框架203与设置在凸轮筒207上的凸轮槽和设置在引导筒206上的直槽接合。第二透镜保持框架202相对于第三透镜保持框架203的位置是固定的。此外，第一透镜保持框架201和第二透镜保持框架202通过螺钉彼此固定。因此，当凸轮筒207旋转时，第一透镜保持框架201、第二透镜保持框架202和第三透镜保持框架203在光轴OA方向上向前或向后移动。
聚焦操作环208是所谓的电子环。聚焦操作环208由保持构件209保持，以便在光轴OA上不可移动并且可绕光轴OA旋转。
保持构件209通过被压入设置在聚焦固定筒210上的孔部分而被保持。在本示例性实施例中，聚焦马达单元211是超声马达，其利用当电压施加到压电陶瓷时出现的变形而旋转。聚焦马达单元211的输出键221(图7中示出)与凸轮筒207接合。当通过聚焦马达单元211将旋转力施加在凸轮筒207上时，如上所述，第一至第三透镜保持框架201、202和203在光轴OA方向上向前或向后移动并执行聚焦。除了第一至第三透镜保持框架201、202和203以外的透镜保持框架在聚焦时不在光轴OA方向上向前或向后移动。
当旋转聚焦操作环208时，通过光电断路器(未示出)检测聚焦操作环208的旋转量，并且基于检测到的值驱动聚焦马达单元(驱动单元)211。换言之，聚焦马达单元211是用于使第一透镜保持框架201在光轴方向上移动以进行聚焦的驱动单元。使用已知方法作为旋转量的检测方法，因此将省略其描述。
透镜装置200可经由安装座213附接到相机100并且可从相机100拆卸。
(电路基板的周边的结构)
接下来，将参考图3至5描述电路基板(驱动基板)300。图3是图示根据本示例性实施例的电路基板300的周边的结构的分解透视图。图4是图示电路基板300与通信基板之间的连接关系的部分截面视图。图5是图示过滤器框架部分的周边的结构的分解透视图。
电路基板300由刚性基板形成。用于驱动聚焦马达单元211的电气元件安装在电路基板300上。电气元件包括驱动线圈301b、302b、303b和304b。电路基板300包括上面安装有电气元件的四个单独的电气元件安装部分(安装部分)301、302、303和304。如图3所示，四个安装部分通过柔性线缆部分彼此连接。
电路基板300通过通信线缆309与通信基板212连接，从而可以彼此执行通信。如图4所示，通信线缆309连接到电路基板连接器308和通信基板连接器212a。下面将详细描述连接电路基板300和通信基板212的方法。当从通信基板212输出驱动命令时，电路基板300基于驱动命令的值驱动聚焦马达单元211。换言之，电路基板300用作控制单元，用于控制用作驱动单元的聚焦马达单元211。通信基板212用作通信单元，用于与相机100通信。
过滤器框架215用作筒构件。过滤器框架215设置有过滤器螺钉部分215a，使得滤光器可以附接到其上。此外，过滤器框架215设置有用于附接罩的卡口槽部分215b。滤光器框架215设置在第一透镜保持框架201的外侧。
基板保持框架216设置有多个销216a，用于保持电路基板300。此外，基板保持框架216的孔部分216b与设置在电路基板300上的突出部分305之间的接合调节电路基板300在圆周方向上的移动。
通过将基板保持框架216和过滤器框架215紧固在使得电路基板300被基板保持框架216和过滤器框架215从前后夹持的状态下，来调节电路基板300在光轴OA方向上的移动。如图5中所示，在电路基板300由基板保持框架216和过滤器框架215保持的状态下，通过将螺钉220经由设置在过滤器框架215上的孔215c插入引导筒206的螺孔部分206a中来紧固电路基板300。
(用于减少磁噪声的影响的配置)
将描述从包括在电路基板300中的驱动线圈301b、302b、303b和304b到达图像传感器104的磁噪声。因为磁噪声的幅度一般与距离的立方成反比，所以随着磁噪声的生成源远离图像传感器104，对捕获的图像的影响变小。本示例性实施例中的磁噪声的生成源与第一至第四驱动线圈301b、302b、303b和304b对应。
在本示例性实施例中，即使当第一透镜单元在聚焦时如图1和图2中所示移动时，透镜装置200的总长度也保持不变，并且防止第一透镜G1的物侧的表面顶点比过滤器框架215的前端部分突出得更远。这使得冲击力难以直接施加到透镜。上述第一透镜单元是由在聚焦时移动的第一至第三透镜保持框架201、202和203保持的一组多个透镜。更具体而言，在本示例性实施例中，第一至第十一透镜G1至G11与第一透镜单元对应。此外，第十二至第十五透镜G12至G15与第二透镜单元对应。
如果采用这样的配置，则可以确保透镜装置200的物侧的空间。换言之，在本示例性实施例中，采用以下结构作为对于冲击力的对策结构：当聚焦于无穷远时或者当聚焦于近距离时，过滤器框架215的前端部分(过滤器框架215的物侧的边缘表面)比第一透镜G1的物侧的表面顶点朝着物体突出得更远。这种结构可以使得将从物侧施加到透镜装置200上的冲击力难以传递到设置在透镜装置200内部的透镜。
在本示例性实施例中，由于过滤器框架215的前端部分朝着物体突出，如果电路基板300设置在通信基板212上，则其中设置有电路基板300的空间变为死区(dead space)。因此，在本示例性实施例中，采用上面提到的对于冲击力的对策结构，并且电路基板300设置在当电路基板300设置在通信基板212上时生成的死区中。由此可以高效地利用死区，并且由此即使电路基板300设置在与通信基板212不同的位置处也可以防止透镜装置200在径向方向上增大尺寸。此外，死区设置为比通信基板212更靠近成像光学系统中的物体。换言之，根据本示例性实施例，在透镜装置200附接到相机100的状态下，包括磁噪声生成源的电路基板300可以放置在远离图像传感器104的位置处。因此，可以在减小根据本示例性实施例的透镜装置200的尺寸的同时抑制磁噪声的影响。
更具体而言，如图1和图2中所示，在透镜装置200中，至少在无穷远聚焦状态下，电路基板300的物侧边缘表面(侧表面)301a部署在第一透镜G1的物侧表面顶点的物侧。这同样适用于电路基板300的其它物侧边缘表面302a、303a和304a。这使得可以在远离图像传感器104的位置处部署用作磁噪声的生成源的第一至第四驱动线圈301b至304b，同时抑制如上所述的透镜装置200的外径的增加。因此，可以设置一种有利于减少到达图像传感器的磁噪声的紧凑型透镜装置。
将如下更详细地描述电路基板300的物侧边缘表面。如图3中所示，电路基板300包括部署在围绕光轴方向延伸的圆周方向上的多个电气元件安装部分，以及连接在多个电气元件安装部分之间的柔性线缆部分。多个电气元件安装部分与上面提到的电气元件安装部分301、302、303和304对应。此外，柔性线缆部分与图3中所示的连接部分306和307以及另一个连接部分(未示出)对应。连接部分306连接在电气元件安装部分304和303之间。连接部分307连接在电气元件安装部分303和302之间。此外，图3中未示出的连接部分连接在电气元件安装部分302和301之间。
每个电气元件安装部分包括直接连接到对应连接部分的被连接部分，以及设置在被连接部分的上侧或下侧的基板部分。在基板部分上设置上面提到的驱动线圈和其它电子元件。电路基板300的物侧边缘表面可以是被连接部分的物侧的侧表面或基板部分的物侧的侧表面。
在本示例性实施例中，多个电气元件安装部分中的至少一个包括设置在设置于被连接部分的下侧(底侧)的基板部分的下侧(底侧)的板状构件。板状构件的物侧的侧表面可以被视为电路基板300的物侧边缘表面。板状构件具有弹性。下面提到的第二磁屏蔽件402设置在板状构件的下侧(底侧)。
在一些情况下，多个电气元件安装部分包括尺寸与其它电气元件安装部分不同的电气元件安装部分。在这种情况下，多个电气元件安装部分中的朝着物体最突出的电气元件安装部分中包括的被连接部分、基板部分以及板状构件中的任何一个的物侧的侧表面可以被视为电路基板300的物侧边缘表面。
在本示例性实施例中，在近距离聚焦状态(聚焦于近距离的状态)下，电路基板300的物侧边缘表面301a部署在第一透镜G1的物侧的表面顶点的像侧。换言之，电路基板300部署在第一透镜单元在聚焦时移动的范围内。这同样适用于电路基板300的其它物侧边缘表面302a、303a和304a。这使得可以在远离图像传感器104的位置处部署用作磁噪声的生成源的第一至第四驱动线圈301b至304b，而不延长透镜装置200的总长度。因此，可以设置一种有利于减少到达图像传感器的磁噪声的紧凑型透镜装置。
此外，在本示例性实施例中，刚性基板用作电路基板300，并且电气元件的安装部分包括四个单独的安装部分。因此可以将电路基板300部署在围绕光轴OA延伸的圆周方向上，并且在不增加透镜装置的外径的情况下容纳电路基板300。此外，在本示例性实施例中，电路基板300的安装部分包括四个单独的安装部分，但是安装部分可以包括五个或更多个安装部分或者三个或更少的安装部分，只要安装部分可以部署为缠绕电路基板300即可。
(磁噪声的示意图)
图6示意性地图示了由根据本示例性实施例的第一驱动线圈301b产生的磁噪声。在第一驱动线圈301b中，电缆(导电线缆)3010b围绕图6中的Y轴(围绕与光轴OA正交的轴或方向)缠绕。因为第二至第四驱动线圈302b、303b和304b也具有与第一驱动线圈301b的配置类似的配置，因此将省略描述。如图6中所示，由第一驱动线圈301b产生的磁噪声可能在Y轴方向上发射。以这种方式，以使得电缆围绕Y轴缠绕的方式部署第一驱动线圈301b使得能够进一步减少到达图像传感器104的磁噪声。
(连接电路基板和通信基板的方法)
接下来，将参考图4和7描述连接电路基板300和通信基板212的方法。
图7是图示外筒214被拆卸的状态的透镜装置200的分解图。图8是沿着图7中的A-A部分截取的截面视图。如图4中所示，电路基板300通过通信线缆309与通信基板212连接，使得可以彼此执行通信。通信线缆309连接到电路基板连接器308和通信基板连接器212a。此外，通信线缆309用双面胶带粘附并固定到聚焦固定筒210。
止动构件217是用于防止通信线缆309接触旋转凸轮筒207的构件。单元固定筒218是用于通过保持聚焦马达单元211、下述刻度筒219等来形成聚焦驱动单元的非旋转构件。通过使用螺钉将单元固定筒218固定到引导筒206来保持单元固定筒218。
刻度筒219是用于保持刻度的构件，该刻度用于使用非接触式传感器(未示出)检测聚焦马达单元211的旋转量。此外，输出键221使用螺钉固定到刻度筒219。
连结线缆310与电路基板300连接，并且将从电路基板300输出的用于驱动聚焦马达单元211的电力传送到电力线缆311。电力线缆311与连结线缆310的连接器部分310a连接，并且向聚焦电机单元211供应电力。结构217a防止电力线缆311突出。保持板223防止通信线缆309接触正在旋转的刻度筒219和凸轮筒207。
(输出键和凸轮筒的旋转范围)
接下来，将参考图8描述输出键221和凸轮筒207的旋转范围。突出部分(调节部分)218a和218b设置在单元固定筒218上，并调节输出键221的旋转范围。通过和凸轮筒207接合的输出键221与突出部分218a和218b相接触，来调节凸轮筒207的旋转范围。这时，在本示例性实施例中，输出键221的旋转范围被设置为大约140度，如图8中所示。换言之，存在输出键221不能通过的范围。
这增加了在透镜装置200中安装用于连接电路基板300和通信基板212的通信线缆309的灵活度。如果不像本示例性实施例那样设置输出键221不能通过的范围，则有必要将通信线缆309铺设在刻度筒219的外径侧。在这种情况下，如果确保了与旋转的刻度筒219的足够间隙，则透镜装置200的尺寸增大。换言之，通过如本示例性实施例那样将通信线缆309铺设在不旋转的单元固定筒218的内径侧，可以在防止线缆断裂的同时减小透镜装置200的尺寸。
在本示例性实施例中，输出键221的旋转范围被设置为140度，但是旋转范围不限于此。只要可以铺设用于连接电路基板300和通信基板212的线缆，旋转范围可以设置为任何角度。
下面将描述本发明的第二示例性实施例。将使用图9和图10描述第二示例性实施例的透镜装置。
图9是图示根据本示例性实施例的电路基板3000的部分结构的示意图。与上面提到的第一示例性实施例中的电路基板300不同，本示例性实施例中的电路基板3000包括围绕第一驱动线圈301b设置的第一磁屏蔽件(第一屏蔽构件)401和第二磁屏蔽件(第二屏蔽构件)402。在第二至第四驱动线圈302b、303b和304b中的每一个周围类似地设置两个磁屏蔽件。
图10A至10D是各自图示包括第一磁屏蔽件401和第二磁屏蔽件402的电路基板3000的透视图。图10C是图示从图10A中所示的电路基板3000移除柔性印刷电路板的状态的图。图10D是图示从图10B中所示的电路基板3000移除柔性印刷电路板的状态的图。如图10A至10D中所示，第一磁屏蔽件401在被展开时具有十字形状，并且部分地覆盖每个驱动线圈。此外，第二磁屏蔽件402设置在每个驱动线圈的底侧(上面设置有第一磁屏蔽件401的一侧的相对侧)。
一般而言，第一磁屏蔽件401和第二磁屏蔽件402由具有高导电性的非磁性材料(诸如铜)形成。即，期望使用引起磁屏蔽效果的材料。
通过如本示例性实施例中那样部署磁屏蔽构件，即使包括在电路基板中的驱动线圈由于透镜装置的总长度短而不能很好地远离图像传感器104布置，也可以使由驱动线圈产生的磁噪声不太可能到达图像传感器104。因此，可以设置一种有利于减少到达图像传感器的磁噪声的紧凑型透镜装置。
第一磁屏蔽件401在平行于光轴方向的方向视野和正交于光轴方向的方向视野中的至少一个方向视野中覆盖驱动线圈的至少一部分。在本示例性实施例中，至少在正交于光轴方向的方向视野中，整个驱动线圈被第一磁屏蔽件401覆盖。此外，可以说第二磁屏蔽件402相对于驱动线圈设置在上面设置有第一磁屏蔽件401的一侧的相对侧。
(关于成像光学系统的配置的描述)
将参考图11至20A和20B描述可安装在根据上面提到的示例性实施例中的每一个的透镜装置中的成像光学系统的配置。在上面提到的第一和第二示例性实施例中描述的透镜装置中，安装了在以下数值示例1至5中描述的成像光学系统中的任何一个。应当认识到的是，本发明不限于配备有以下数值示例1至5中描述的成像光学系统中的任何一个的透镜装置。
(附图描述)
图11是根据数值示例1的光学系统的透镜截面视图。图12A和12B是分别图示根据数值示例1的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。图13是根据数值示例2的光学系统的透镜截面视图。图14A和14B是分别图示根据数值示例2的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
图15是根据数值示例3的光学系统的透镜截面视图。图16A和16B是分别图示根据数值示例3的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。图17是根据数值示例4的光学系统的透镜截面视图。图18A和18B是分别图示根据数值示例4的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。图19是根据数值示例5的光学系统的透镜截面视图。图20A和20B是分别图示根据数值示例5的聚焦于无穷远的状态和聚焦于近距离的状态的像差图。
在像差图中，参考标号“ΔM”和“ΔS”分别表示子午像面和弧矢像面。此外，畸变像差由d线表示。参考标号“ω”表示半场角(成像场角的半值)(度)，并且参考标号“Fno”表示F数。
在透镜截面视图中，左侧与物侧(前侧)对应，并且右侧与像侧(后侧)对应。参考标号“i”表示透镜单元从物侧起的次序，并且参考标号“Li”表示第i个透镜单元。在透镜截面视图中，参考标号“LF”表示具有正折光力的前透镜单元(或前透镜子单元)，并且参考标号“LR”表示具有正折光力的后透镜单元(或后透镜子单元)。
在数值示例1至3和5中，参考标号L1表示具有正折光力的第一透镜单元(或第一透镜子单元)，并且参考标号L2表示具有正折光力的第二透镜单元(或第二透镜子单元)。在数值示例4中，参考标号L1表示具有正折光力的第一透镜单元(或第一透镜子单元)。
参考标号“SP”表示光阑(或光圈光阑)，并且参考标号“IP(104)”表示像平面，图像传感器(诸如CCD传感器和CMOS传感器)的光敏表面定位在该像平面上。
每个数值示例的成像光学系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的前透镜单元LF、孔径光阑SP和具有正折光力的后透镜单元LR。
在数值示例1至3和5中，参考标号“L1”表示具有正折光力并且在聚焦时移动的第一透镜单元，并且参考标号“L2”表示具有正折光力并且在聚焦时不移动的第二透镜单元。在数值示例4中，参考标号“L1”表示具有正折光力并且在聚焦时移动的第一透镜单元。在数值示例4中，整个光学系统在聚焦时移动。在每个数值示例中，第一透镜单元L1对应于聚焦时在光轴方向上移动的聚焦透镜单元。
根据上面提到的第一和第二示例性实施例的透镜装置均包括第一透镜单元L1和第二透镜单元L2，如数值示例1至3和5中那样。但是，可以通过移动整个光学系统来执行聚焦，如数值示例4中那样。
在每个数值示例中，在从无穷远到附近距离(近距离)物体的聚焦中，第一透镜单元L1朝着物侧移动，如虚线箭头所指示的。
(条件表达式的描述)
在每个数值示例的成像光学系统中，期望满足以下条件表达式中的一个或多个条件表达式。
将描述条件表达式中的参考标号的定义。成像光学系统的无穷远物距的状态(聚焦于无穷远的状态)下的F数被定义为“Fno”，并且成像光学系统的无穷远物距的状态下的整个系统的焦距被定义为“f”。前透镜单元LF的焦距被定义为“ff”，并且后透镜单元LR的焦距被定义为“fr”。第一透镜单元在聚焦时从无穷远聚焦状态(聚焦于无穷远的状态)到近距离聚焦状态(聚焦于近距离的状态)移动的移动量被定义为“Δd”。在成像光学系统中包括的多个透镜中，具有最大直径的透镜的直径(有效直径)被定义为“Dmax”，并且具有最小直径的透镜的直径(有效直径)被定义为“Dmin”。
这时，每个数值示例的成像光学系统满足以下条件表达式中的至少一个。
0.9≤Fno≤2.8 (1)
0.1≤fr/ff≤0.7 (2)
0.1≤|Δd/f|≤0.5 (3)
0.1≤|BF/f|≤0.6 (4)
0.40≤Dmin/Dmax<1.0 (5)
在下文中，将描述条件表达式(1)至(5)的技术含义。
条件表达式(1)定义成像光学系统的F数的适当范围。
如果F数的值超过条件表达式(1)的上限，则孔径比下降。因此变得较容易校正各种像差，诸如特别是球面像差。这有利于减小尺寸，诸如减少透镜的数量和缩短成像透镜系统的总光学长度。不过，变得难以实现大孔径比，这对于具有大孔径比的成像光学系统是不期望的。
如果F数的值降至低于条件表达式(1)的下限，则透镜直径变得较大并且变得难以校正各种像差，诸如特别是球面像差。因此，有必要增加透镜的数量或延长总光学长度以校正像差。整个成像光学系统的尺寸因此增大，这是不期望的。
条件表达式(2)是适当地定义前透镜单元LF的焦距和后透镜单元LR的焦距的条件表达式，用于进一步实现包括球面像差在内的各种像差的校正。
如果fr/ff的值超过条件表达式(2)的上限，则前透镜单元LF的焦距变得较短并且后透镜单元LR的焦距变得较长。因此变得难以适当地校正在前透镜单元LF中生成的球面像差，这是不期望的。
如果fr/ff的值降至低于条件表达式(2)的下限，则前透镜单元LF的焦距变得较长并且后透镜单元LR的焦距变得较短。因此变得难以抑制在后透镜单元LR中生成的球面像差，这是不期望的。
条件表达式(3)是适当地定义用作聚焦单元的第一透镜单元L1的移动量的条件表达式，用于减小由聚焦引起的各种像差(诸如球面像差)的变化，同时减小整个光学系统的尺寸。
如果|Δd/f|的值超过条件表达式(3)的上限，则第一透镜单元L1的移动量变得较长，并且当聚焦被置于附近距离的物体上时第一透镜单元L1的移动距离变得太大。因此变得难以减小整个光学系统的尺寸，这是不期望的。
如果|Δd/f|的值降至低于条件表达式(3)的下限，则第一透镜单元L1的移动量变得较小，并且在聚焦时引起的包括球面像差在内的各种像差的变化变得太大。因此变得难以在从无穷远到附近距离的整个对焦范围内实现高光学性能，这是不期望的。此外，如果|Δd/f|的值降至低于条件表达式(3)的下限，则第一透镜单元L1的移动量变得较小并且第一透镜单元L1变得太敏感。因此，由制造误差造成的性能变化变大，这是不期望的。
条件表达式(4)是用于在减小整个光学系统的尺寸的同时适当地校正各种像差的条件表达式。
如果|BF/f|的值超过条件表达式(4)的上限，则后焦距变得较长并且变得难以减小整个光学系统的尺寸，这是不期望的。
如果|BF/f|的值降至低于条件表达式(4)的下限，则后焦距变得较短并且当更换透镜时成像透镜的最后一个透镜可能与图像传感器IP碰撞，这是不期望的。
条件表达式(5)是用于表示最大透镜与最小透镜的有效直径之间的差异的条件表达式。降至低于条件表达式(5)的下限意味着最大透镜与最小透镜的有效直径之间的差异大，并且成像光学系统的外部形状是收缩形状。如果成像光学系统的外部形状是收缩形状，则考虑在收缩点处设置电路基板。不过，因为每个数值示例中的成像光学系统都满足条件表达式(5)并且外部形状不受太多限制，所以在上面提到的第一和第二示例性实施例中描述的位置处设置电路基板。
如果如下设置条件表达式(1)至(5)的数值范围，则可以进一步获得上面提到的条件表达式所期望的效果，这是期望的。
1.0≤Fno≤2.0 (1a)
0.2≤fr/ff≤0.7 (2a)
0.1≤|Δd/f|≤0.5 (3a)
0.1≤|BF/f|≤0.4 (4a)
0.60≤Dmin/Dmax<1.0 (5a)
条件表达式(1)至(5)的数值范围可以如下设置。
1.0≤Fno≤1.5 (1b)
0.2≤fr/ff≤0.4 (2b)
0.1≤|Δd/f|≤0.3 (3b)
0.15≤|BF/f|≤0.35 (4b)
0.65≤Dmin/Dmax<1.0 (5b)
(关于期望的透镜配置的描述)
在每个数值示例的成像光学系统中，通过形成如上所述的部件，可以在保持大孔径比的同时实现整个透镜系统的尺寸减小。此外，可以适当地校正包括球面像差在内的各种像差，并且实现具有高光学性能的光学系统。
在每个数值示例的成像光学系统中，采用以下透镜配置以在整个成像范围内实现高光学性能，同时减小整个透镜系统的尺寸。更具体而言，所采用的透镜配置从物侧到像侧依次包括具有正折光力的前透镜单元LF、孔径光阑SP和具有正折光力的后透镜单元LR。利用这种配置，即使当直径变大时，也可以实现孔径光阑直径的尺寸减小和适当的像差校正二者。
在每个数值示例的成像光学系统中，在从无穷远到附近距离聚焦时，第一透镜单元L1朝着物侧移动。通过采用移动第一透镜单元L1的前聚焦方法，可以适当地抑制在聚焦时发生的包括球面像差在内的各种像差的变化，同时实现透镜外径的尺寸减小，诸如特别是前透镜直径的尺寸减小。
前透镜单元LF期望地包括六个透镜，这六个透镜从物侧到像侧依次包括正透镜G1和负透镜G2的胶合透镜、正透镜G3、负透镜G4以及负透镜G5和正透镜G6的胶合透镜。通过以这种方式形成前透镜单元LF，即使在大直径的情况下，也可以在实现透镜外径和孔径光阑直径的尺寸减小的同时适当地校正球面像差和像散。
后透镜单元LR期望地从物侧到像侧依次包括以下九个透镜。更具体而言，这九个透镜包括正透镜G7和负透镜G8的胶合透镜、正透镜G9和负透镜G10的胶合透镜、正透镜G11、正透镜G12和负透镜G13的胶合透镜以及负透镜G14和正透镜G15的胶合透镜。通过以这种方式形成后透镜单元LR，可以适当地执行轴向色差和倍率色差的校正，以及球面像差和像散的校正。
下面列出每个数值示例中的具体透镜数据。在每个数值示例中，参考标号“i”表示从物侧起的表面的次序。参考标号“R”表示透镜表面的曲率半径，参考标号“d”表示透镜厚度和第i个表面与第(i+1)个表面之间的空气间隔，并且参考标号“nd”和“νd”分别表示相对于d线的折射率和阿贝数。参考标号“D”表示每个透镜表面的有效直径。
非球面形状由以下表达式表示，其中参考标号“k”表示偏心率，参考标号“A4”、“A6”、“A8”和“A10”表示非球面系数，并且参考标号“x”表示在光轴方向上相对于表面顶点距光轴处于高度“h”的位置处的位移：
x＝(h2/R)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10
在上面的表达式中，参考标号“R”表示近轴曲率半径。有效直径与每个透镜表面(折射表面)的最大直径的半值对应，或者与每个透镜表面中的具有最高光线高度的光线进入的区域在光轴正交方向上的宽度的半值对应。
在每个数值示例中，后焦距(BF)由当聚焦于无穷远时从最后一个透镜表面到近轴像平面的距离的空气换算长度表示。当聚焦于无穷远处时通过将后焦距加到从最接近物体设置的表面直到最后一个透镜表面的距离来获得总透镜长度。总透镜长度不是空气换算长度而是物理距离。此外，在表1中示出了在每个数值示例中与上面提到的条件表达式的对应关系。
(数值示例1)
单位：mm
Figure BDA0002185043220000201
Figure BDA0002185043220000211
像平面∞
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.39341e-006A6＝-4.81896e-010A8＝7.22917e-014A10＝2.22678e-017
第十八表面
K＝0.00000e+000A4＝-2.25923e-006A6＝8.73754e-010A8＝-3.92386e-012A10＝-8.48899e-018
第十九表面
K＝0.00000e+000A4＝1.43503e-006A6＝8.01071e-010A8＝-1.43275e-012
第二十五表面
K＝0.00000e+000A4＝2.90301e-006A6＝2.73324e-010A8＝1.09277e-011A10＝-1.31337e-014A12＝5.68359e-018
Figure BDA0002185043220000221
Figure BDA0002185043220000232
(数值示例2)
单位：mm
Figure BDA0002185043220000231
像平面∞
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.44652e-006A6＝-1.02693e-009A8＝1.91678e-012A10＝-3.07794e-015A12＝2.00476e-018
第十八表面
K＝0.00000e+000A4＝-2.17027e-006A6＝4.00496e-009A8＝-1.90948e-011A10＝4.86536e-014A12＝-4.89586e-017
第二十五表面
K＝0.00000e+000A4＝3.50064e-006A6＝-5.98670e-010A8＝1.34319e-011A10＝-2.56798e-014A12＝2.59930e-017
Figure BDA0002185043220000241
Figure BDA0002185043220000251
(数值示例3)
单位：mm
Figure BDA0002185043220000252
Figure BDA0002185043220000261
像平面∞
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.87321e-006A6＝-2.04579e-009A8＝5.76182e-012A10＝-1.07978e-014A12＝8.19265e-018
第十八表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.48368e-006A6＝1.04147e-008A8＝-6.04874e-011A10＝1.74410e-013A12＝-1.93793e-016
第二十五表面
K＝0.00000e+000A4＝2.13700e-006A6＝1.42005e-008A8＝-5.68578e-011A10＝1.36417e-013A12＝-1.25415e-016
Figure BDA0002185043220000262
Figure BDA0002185043220000271
(数值示例4)
单位：mm
Figure BDA0002185043220000272
Figure BDA0002185043220000281
像平面∞
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.25274e-006A6＝-4.14950e-010A8＝9.58468e-014A10＝2.22678e-017
第十八表面
K＝0.00000e+000A4＝-2.25923e-006A6＝8.73754e-010A8＝-3.92386e-012A10＝-8.48899e-018
第十九表面
K＝0.00000e+000A4＝1.43503e-006A6＝8.01071e-010A8＝-1.43275e-012
第二十五表面
K＝0.00000e+000A4＝2.90301e-006A6＝2.73324e-010A8＝1.09277e-011A10＝-1.31337e-014A12＝5.68359e-018
Figure BDA0002185043220000291
(数值示例5)
单位：mm
Figure BDA0002185043220000301
像平面∞
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.51848e-007A6＝-4.36090e-011A8＝5.04956e-015A10＝-1.14037e-017
第十七表面
K＝0.00000e+000A4＝1.30520e-006A6＝-3.12081e-009A8＝1.96852e-011A10＝-4.44505e-014A12＝4.87726e-017
第十八表面
K＝0.00000e+000A4＝2.19053e-006A6＝-4.14841e-009A8＝2.11600e-011A10＝-4.65008e-014A12＝5.18116e-017
Figure BDA0002185043220000311
Figure BDA0002185043220000321
表1
Figure BDA0002185043220000322
(修改的示例)
上述示例性实施例中的每一个仅仅是代表性示例，实现本发明时可以对每个示例性实施例进行各种修改和改变。
例如，在上面提到的每个示例性实施例中，部署将驱动线圈夹在中间的两个磁屏蔽构件，但是磁屏蔽构件的数量可以是一个。磁屏蔽构件仅需要部署成使得可以获得磁屏蔽效果。此外，在上面提到的每个示例性实施例中，透镜装置包括两个基板，电路基板300和通信基板212，但是并不总是需要多个基板并且基板的数量可以是一个。
在上面提到的每个示例性实施例中，已经描述了用于数码相机的可更换透镜，但是本发明也可以应用于包括在诸如透镜集成成像装置、数码摄像机或投影仪的光学装置中的透镜装置。
上面提到的每个数值示例对应于不执行变焦的固定焦距透镜，但是在上面提到的每个示例性实施例中描述的透镜装置的配置可以应用于可以执行变焦的变焦透镜。
此外，在上面提到的每个示例性实施例中，第一透镜保持框架201和第二透镜保持框架202通过螺钉彼此固定。此外，第二透镜保持框架202由凸轮从动件222保持，以便在制造过程中相对于第三透镜保持框架203可进行位置调整。在制造过程中完成位置调整之后，由于第二透镜保持框架202用UV粘合剂等粘合，第二透镜保持框架202相对于第三透镜保持框架203的位置变得不可改变。
不过，本发明不限于这种配置。例如，代替于固定第一透镜保持框架和第二透镜保持框架，第一透镜保持框架和第三透镜保持框架可以通过螺钉彼此固定。如果第一透镜保持框架和第三透镜保持框架通过螺钉彼此固定，则第二透镜保持框架由凸轮从动件保持，以便在制造过程中相对于第一透镜保持框架可位置调整。在制造过程中完成位置调整之后，由于第二透镜保持框架用UV粘合剂等粘合，第二透镜保持框架相对于第一透镜保持框架的位置变得不可改变。
此外，在上面提到的每个示例性实施例中，以第一至第三透镜保持框架201、202和203在光轴OA方向上向前或向后移动的方式执行聚焦。在聚焦时，除了第一至第三透镜保持框架201、202和203以外的其它透镜保持框架不在光轴OA方向上向前或向后移动。不过，本发明不限于这种配置。例如，可以以在聚焦时所有透镜保持框架都在光轴OA方向上向前或向后移动的方式执行聚焦。
在这里，将再次描述上面提到的每个示例性实施例中的驱动线圈301b、302b、303b和304b。在线圈301b、302b、303b和304b中，线圈301b和302b可以用作驱动线圈，线圈303b可以用作电力线圈，线圈304b可以用作过滤器线圈。电路基板300包括控制IC。从通信基板212输出的电力通过电力线圈303b和过滤器线圈304b被放大，并供应到包括在电路基板300中的控制IC。包括在电路基板300中的控制IC在接收到从通信基板212发送的驱动命令信号后将脉冲信号供应到驱动线圈301b和302b。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种透镜装置，包括：
成像光学系统，包括多个透镜；
第一保持构件，至少保持所述多个透镜中的最靠近物体的第一透镜，并且被配置为在成像光学系统的光轴方向上移动以执行聚焦；
筒构件，设置在第一保持构件的外侧；以及
控制单元，被配置为控制驱动单元，所述驱动单元被配置为使第一保持构件移动，
其特征在于，当聚焦于无穷远处时，筒构件的物侧的边缘表面定位在第一透镜的物侧表面的表面顶点的物侧，并且
当聚焦于无穷远处时，控制单元的物侧的边缘表面定位在所述表面顶点的物侧。
2.如权利要求1所述的透镜装置，其中，当聚焦于近距离时，控制单元的所述边缘表面定位在所述表面顶点的像侧。
3.如权利要求1所述的透镜装置，
其中控制单元包括被配置为驱动所述驱动单元的线圈，并且
其中线圈包括围绕正交于光轴方向的轴缠绕的电缆。
4.如权利要求3所述的透镜装置，还包括第一屏蔽构件，所述第一屏蔽构件在平行于光轴方向的方向视野和正交于光轴方向的方向视野中的至少一个方向视野中覆盖线圈的至少一部分。
5.如权利要求4所述的透镜装置，还包括第二屏蔽构件，相对于线圈，所述第二屏蔽构件设置在上面设置有第一屏蔽构件的一侧的相对侧，
其中第一屏蔽构件在正交于光轴方向的方向视野中覆盖线圈的至少一部分。
6.如权利要求1所述的透镜装置，其中控制单元包括多个安装部分以及柔性线缆部分，所述多个安装部分部署在围绕光轴方向延伸的圆周方向上，并且每个安装部分包括线圈，每个柔性线缆部分连接在所述多个安装部分之间。
7.如权利要求1所述的透镜装置，其中满足以下条件表达式：
0.9≤Fno≤2.8，
其中Fno表示成像光学系统的无穷远聚焦状态下的F数。
8.如权利要求1所述的透镜装置，其中成像光学系统按从物侧到像侧的顺序包括具有正折光力的前透镜子单元、孔径光阑和后透镜子单元，并且满足以下条件表达式：
0.1≤fr/ff≤0.7，
其中ff表示前透镜子单元的焦距，并且fr表示后透镜子单元的焦距。
9.如权利要求1所述的透镜装置，其中满足以下条件表达式：
0.1≤|Δd/f|≤0.5，
其中f表示成像光学系统处于无穷远聚焦状态下的焦距，并且Δd表示所述多个透镜中的被配置为在从无穷远聚焦状态到近距离聚焦状态聚焦时移动的透镜单元的移动量。
10.如权利要求1所述的透镜装置，其中满足以下条件表达式：
0.1≤|BF/f|≤0.6，
其中BF表示成像光学系统处于无穷远聚焦状态下的后焦距。
11.如权利要求1所述的透镜装置，其中满足以下条件表达式：
0.40≤Dmin/Dmax<1.0，
其中，在所述多个透镜中，具有最大直径的透镜的直径由Dmax表示，并且具有最小直径的透镜的直径由Dmin表示。
12.如权利要求1至11中任一项所述的透镜装置，其中透镜装置能够可拆卸地安装到包括图像传感器的成像装置。
13.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：
如权利要求1至11中任一项所述的透镜装置；以及
图像传感器，被配置为从透镜装置接收光。
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