CN111201467B

CN111201467B - 可变焦距透镜系统和成像设备

Info

Publication number: CN111201467B
Application number: CN201880066452.6A
Authority: CN
Inventors: 大竹基之; 松井拓未; M·卡姆; C·威琦尔特; 石冈学
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: CN111201467A; JP7140136B2; JPWO2019078222A1; WO2019078222A1

Abstract

本可变焦距透镜系统从物侧到像面侧依次由以下组件构成：第一透镜单元，包括其中至少一个透镜面被配置为自由形态面的第一透镜元件；第二透镜单元，包括其中至少一个透镜面被配置为自由形态面的第二透镜元件；以及第三透镜单元，具有孔径光阑并且由旋转对称形状的透镜构成，第一透镜单元和第二透镜单元能够在Y轴方向上移动，并且通过在彼此相反的方向上移动，由此第一透镜单元和第二透镜单元的合成屈光力是可变的，Z轴是第三透镜单元的光轴，Y轴是像面上的与Z轴正交的轴，并且X轴是像面上的与Y轴和Z轴正交的轴。

Description

可变焦距透镜系统和成像设备

技术领域

本公开涉及可变焦距透镜系统和成像设备。

背景技术

作为照相机中的记录方法，已知一种通过使用诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(复合金属氧化物半导体)的光电转换器将由成像装置在成像装置的平面上形成的被摄体图像的光量转换成各光电转换器的电输出，来记录被摄体图像的方法。随着近年来微细加工技术的进步，已经实现了中央处理单元(CPU)的高速化、记录介质的高集成化等。因此，已经允许高速处理之前不能被处理的高容量图像数据。特别地，由于CPU的速度的增加，在拍摄之后已经在主体中执行了诸如畸变或横向色差的像差校正。

引文列表

专利文献

专利文献1：美国专利No.3305294的说明书

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2007-4063

发明内容

希望开发一种适用于照相机的紧凑且高性能的变焦镜头。

期望提供一种可变焦距透镜系统，其能够利用少量透镜实现从广角端状态到远摄端状态的良好成像性能，以及包括这种可变焦距透镜系统的成像设备。

根据本公开的实施例的可变焦距透镜系统，从物侧到像面侧依次包括：第一透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第一透镜元件；第二透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第二透镜元件；以及第三透镜单元，具有孔径光阑并且包括旋转对称形状的透镜。其中，Z轴是第三透镜单元的光轴，Y轴是像面上的与Z轴正交的轴，并且X轴是像面上的与Y轴和Z轴正交的轴，第一透镜单元和第二透镜单元能够在Y轴方向上移动，并且通过在彼此相反的方向上移动，以使得第一透镜单元和第二透镜单元的合成屈光力是可变的，并且至少第三透镜单元在光轴方向上移动，以使得随着合成屈光力的变化的像面位置的变动被补偿。

根据本公开的实施例的成像设备包括可变焦距透镜系统和输出基于由可变焦距透镜系统形成的光学像的成像信号的成像装置。可变焦距透镜系统是由根据本公开的实施例的以上可变焦距透镜系统构成的。

在根据本公开的实施例的可变焦距透镜系统或成像设备中，包括自由曲面的第一透镜单元和第二透镜单元各自在与光轴正交的方向上彼此相反地移动，并且由此，改变合成屈光力。至少第三透镜单元在光轴方向上移动，以使得随着合成屈光力的变化的像面位置的变动被补偿。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例的可变焦距透镜系统的概要的说明图。

图2是示出根据实施例的可变焦距透镜系统的第一配置示例的透镜截面图。

图3是数值示例1在广角端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图2所示的可变焦距透镜系统。

图4是数值示例1在远摄端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图2所示的可变焦距透镜系统。

图5是示出数值示例1在广角端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图2所示的可变焦距透镜系统。

图6是示出数值示例1在远摄端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图2中示出的可变焦距透镜系统。

图7是示出根据实施例的可变焦距透镜系统的第二配置示例的透镜截面图。

图8是数值示例2在广角端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图7所示的可变焦距透镜系统。

图9是数值示例2在远摄端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图7所示的可变焦距透镜系统。

图10是示出数值示例2在广角端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图7中示出的可变焦距透镜系统。

图11是示出数值示例2在远摄端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图7中示出的可变焦距透镜系统。

图12是示出根据实施例的可变焦距透镜系统的第三结构示例的透镜截面图。

图13是数值示例3在广角端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图12所示的可变焦距透镜系统。

图14是数值示例3在远摄端状态下的点列图，其中特定数值被应用于图12所示的可变焦距透镜系统。

图15是示出数值示例3在广角端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图12所示的可变焦距透镜系统。

图16是示出数值示例3在远摄端状态下的畸变的图，其中特定数值被应用于图12中示出的可变焦距透镜系统。

图17是示出成像设备的配置示例的框图。

图18是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图19是用于辅助说明车外信息检测部分和成像部分的安装位置的示例的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本公开的一些实施例。注意，按照下面的顺序给出描述。

1.镜头的基本配置

2.作用和效果

3.应用于成像设备的示例

4.镜头的数值示例

5.应用示例

6.其他示例

[1.镜头的基本配置]

已知一种可变焦距透镜系统(变焦镜头)，其中包括多个可移动透镜组，并且通过使多个可移动透镜组在光轴方向上移动，在将像面位置保持恒定的同时改变焦距。

此外，还已知一种可变焦距透镜系统，用于使没有旋转对称轴的自由曲面透镜在垂直于光轴的方向上移动以改变视角(专利文献1(美国专利No.3305294说明书)和专利文献2(日本未审查专利申请公开No.2007-4063))。

然而，专利文献1仅描述了使用自由曲面透镜的概念配置，而没有描述特定可变焦距透镜系统的配置。

专利文献2公开了一种透镜系统，其中两个自由曲面透镜被布置在两个位置的每一个处，以被分成变焦部分和补偿器部分，并且在两个位置的每一个处的两个自由曲面透镜被使得在不同的方向上移动以改变放大率。

在专利文献2中描述的透镜系统中，自由曲面透镜的数量多至四个。由于自由曲面难以加工，因此当透镜的数量增加时，包括制造在内难以获得稳定的光学质量。此外，由于每个自由曲面透镜独立地移动，因此随着透镜数量的增加，变得难以控制每个自由曲面透镜的位置。

因此，期望开发一种可变焦距透镜系统，其能够通过用少量的透镜来实现从广角端状态到远摄端状态的良好的图像形成性能。

根据下面描述的本公开的实施例的可变焦距透镜系统涉及一种视角可变的透镜系统，并且特别适合于这样的变焦镜头：该变焦镜头在视角变得最宽的广角端状态下具有大约28到35mm(换算为35mm)的视角，大约2.8到5.6的开放F数，以及大约2的变焦比。

图1示出根据本实施例的可变焦距透镜系统的概要。图2示出根据本实施例的第一配置示例的可变焦距透镜系统1。图7示出第二配置示例的可变焦距透镜系统2。图12示出第三配置示例的可变焦距透镜系统3。稍后将描述将具体数值应用于这些配置示例的数值示例。在图1等中，Z1表示光轴。诸如保护成像装置的盖玻璃CG、各种光学滤波器等的光学构件可以布置在可变焦距透镜系统1至3中的每一个和像面Simg之间。

在下文中，将适当地描述根据本公开的实施例的可变焦距透镜系统的配置，其与图2等中所示的各个配置示例的可变焦距透镜系统1至3相对应。然而，本公开的技术不限于所图示的配置示例。

根据本实施例的可变焦距透镜系统基本上包括三个透镜单元，从物侧到像面侧依次为第一透镜单元G1、第二透镜单元G2和第三透镜单元G3。

第一透镜单元G1包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第一透镜元件L1。

第二透镜单元G2包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第二透镜元件L2。

第三透镜单元G3具有孔径光阑St，并包括旋转对称形状的透镜。

典型的变焦镜头包括旋转对称形状的透镜，例如球面透镜或非球面透镜，并且被配置为使得至少两个可移动透镜组在光轴方向上移动。更具体地，该配置使得一个可移动透镜组移动，并且另一个可移动透镜组移动以使得伴随的像面位置变化被补偿。

另一方面，在专利文献2等中公开的可变焦距透镜系统中，设置四个自由曲面透镜，并且所有四个自由曲面透镜在垂直于光轴的方向上移位。另外，通过使配置在物侧的两个自由曲面透镜向相反方向移位，使透镜系统的总屈光力变化，并且通过使配置在像侧的其他两个自由曲面透镜向相反方向移位，补偿伴随的像面位置的变化。

相反，在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，两个自由曲面透镜，即第一透镜元件L1和第二透镜元件L2，在彼此相反的方向上移动，该方向垂直于光轴Z1。这使得两个自由曲面透镜的合成屈光力变化，并且使得通过第三透镜单元G3在光轴Z1方向上移动来补偿伴随的像面位置的变化，以保持像面位置恒定。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，自由曲面透镜能够在基本上垂直于光轴Z1的方向上移动(移位)，其形状根据移动距离而变化，并且屈光力也变化。

第三透镜单元G3可以包括多个透镜，每个透镜具有旋转对称的形状。在这种情况下，在第三透镜单元G3中，透镜可彼此同轴设置。

这里，在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，由于使用了自由曲面透镜，即旋转非对称透镜，所以定义了X轴、Y轴和Z轴。如图1所示，第三透镜单元G3的光轴被定义为Z轴。在像面Simg上垂直于Z轴的轴被定义为Y轴。在像面Simg上垂直于Y轴和Z轴的轴被定义为X轴。三个轴，即X轴、Y轴和Z轴，在像面上的原点相交。

图1示出各透镜单元的从广角端状态到远摄端状态的透镜位置状态的变化的概要。图2等分别示出在各透镜单元在广角端状态和远摄端状态下在Y-Z平面和X-Z平面中的透镜截面。在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态变化时，全部的透镜单元都在光轴Z1方向上移动。此时，第一透镜单元G1和第二透镜单元G2在光轴Z1方向上的间隔不改变的状态下移动，但是同时在与光轴Z1垂直的Y轴方向上移动不同的移动距离。

注意，配置可以使得第一透镜单元G1和第二透镜单元G2在光轴Z1方向上固定的配置，并且只有使得第三透镜单元G3在光轴Z1方向上移动。

在本实施例中，使用X-Y多项式方程来表示自由曲面的形状。透镜面在Z轴上的下垂量Zsag在下列等式(A)中由Z表示。C3、……、C53每个表示X-Y多项式方程的系数。

[数学1]

Z＝C₃Y+C₄X²+C₆Y²+C₈X²Y+C₁₀Y³+C₁₉X²Y³+C₂₁Y⁵+C₁₁X⁴+C₁₅Y⁴+C₁₇X⁴Y

+C₂₄X⁴Y²+C₃₂X⁴Y²+C₃₄X²Y⁵+C₂₂X⁶+C₃₆Y⁷+C₃₀X⁶Y+C₅₁X⁴Y⁵+C₅₃X²Y⁷

……(A)

如图2等所示，第一透镜元件L1和第二透镜元件L2各自具有关于Y-Z平面对称的形状，该形状是屈光力在Y轴方向上连续变化的形状。也就是说，Y的奇数阶项存在，但X的奇数阶项不存在。

另外，期望根据本实施例的可变焦距透镜系统满足稍后描述的预定条件表达式等。

[2.作用和效果]

接下来，将描述根据本实施例的可变焦距透镜系统的作用和效果。另外，将描述根据本实施例的可变焦距透镜系统的期望配置。

另外，本说明书中记载的效果是例示而非限定，也可以具有其他效果。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，整体上包括三个透镜单元，并且通过适当地使用自由曲面来优化每个透镜单元的配置。因此，可以用少量的透镜实现从广角端状态到远摄端状态的良好的图像形成性能。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，在当第一透镜元件L1和第二透镜元件L2移位时屈光力的变化增加的情况下，变焦比(＝远摄端状态下的焦距/广角端状态下的焦距)增加，但是像差增加。

因此，期望根据本实施例的可变焦距透镜系统满足下面的条件表达式(1)和(2)。

其中，

是广角端状态下第一透镜元件L1在X轴方向上的屈光力，

是广角端状态下第二透镜元件L2在X轴方向上的屈光力，并且“fw”是广角端状态下透镜系统的总焦距。

此外，期望的是，根据本实施例的可变焦距透镜系统满足下面的条件表达式(3)和(4)。

其中，

是远摄端状态下的第一透镜元件L1在X轴方向上的屈光力，

是远摄端状态下的第二透镜元件L2在X轴方向上的屈光力，并且“ft”是远摄端状态下的透镜系统的总焦距。

这里，由于自由曲面不具有旋转对称轴，所以将描述屈光力的定义。在本实施例中，在通过第一透镜元件L1和第二透镜元件L2之后在第三透镜单元G3的光轴上通过的光束是轴上光线。沿轴上光线的屈光力是第一透镜元件L1和第二透镜元件L2的近轴屈光力。然后，执行斜光线跟踪(skew ray tracing)。因此，在X轴方向和Y轴方向上也分别计算屈光力。

上述条件表达式(1)至(4)是规定第一透镜元件L1和第二透镜元件L2的屈光力的条件表达式，并且在屈光力超过相应的上限值的情况下，在广角端状态和远摄端状态下的各种像差变大。特别地，在广角端状态下，在屏幕的外围中发生的失真变大。此时，尽管可以通过在成像设备中组合通过信号处理的失真校正来执行校正，但是图像质量劣化。更具体地，由于成像设备中的记录像素的数量是确定的，所以由于拉伸效应而降低了分辨率。此外，在远摄端状态下，在屏幕的中心处出现的偏心彗差变大。

注意，为了更有利地实现上述条件表达式(1)、(2)、(3)和(4)的效果，条件表达式(1)、(2)、(3)和(4)的数值范围理想地如在以下条件表达式(1)'、(2)'、(3)'和(4)'中那样设置。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，如果第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向之间的折射率差增加，则X轴方向和Y轴方向之间的焦距差增加。

因此，期望根据本实施例的可变焦距透镜系统满足下面的条件表达式(5)和(6)。

其中，

是在广角端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向上的合成屈光力，

是在广角端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在Y轴方向上的合成屈光力，

是在远摄端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向上的合成屈光力，

是在远摄端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在Y轴方向上的合成屈光力，“fw”是透镜系统在广角端状态下的总焦距，“ft”是透镜系统在远摄端状态下的总焦距。

当超过条件表达式(5)和条件表达式(6)的上限值和下限值中的任何一个时，X轴方向和Y轴方向之间的视角差变大，这不是优选的。

要注意的是，为了更有利地实现上述条件表达式(5)的效果，条件表达式(5)的数值范围理想地如在以下条件表达式(5)'中那样设定。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，希望第三透镜单元G3根据物距在光轴方向上移动，以补偿焦点位置的移位(以执行聚焦)。

特别是，为了实现高性能，如果X轴方向和Y轴方向之间的焦距差小，则即使被摄体位置从无限远点向近距离点改变，X轴方向和Y轴方向上的焦点位置的移位也小。当X轴方向和Y轴方向之间的焦距差变大时，焦点位置移位。因此，期望根据本实施例的可变焦距透镜系统满足下面的条件表达式(7)和(8)。

其中，

是在远摄端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向上的合成屈光力，并且

是在远摄端状态下第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在Y轴方向上的合成屈光力。

当超过上述条件表达式(7)和(8)的上限值和下限值中的任何一个时，即使在无限远点处调整X轴方向和Y轴方向上的焦点位置，焦点位置的移位在最短拍摄点处也变大。

期望根据本实施例的可变焦距透镜系统满足用于在尺寸减小和性能增强之间平衡的以下条件表达式(9)和(10)。

0.5<Δ1/ft<0.9……(9)

0.5<Δ2/ft<0.9……(10)

其中，“Δ1”是当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态改变时第一透镜单元L1在Y轴方向上的移动距离，“Δ2”是当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态改变时第二透镜单元L2在Y轴方向上的移动距离，并且“ft”是远摄端状态下透镜系统的总焦距。

当超过条件表达式(9)和(10)的上限值中的任何一个时，第一透镜单元L1的移动距离和第二透镜单元L2的移动距离变得太大，并且整个透镜系统的体积变大。相反，当超过条件表达式(9)和(10)的下限值中的任何一个时，移动距离变小，这使得难以校正在自由曲面中出现的像差并且难以充分地实现高性能。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，通过将孔径光阑St设置为最靠近第三透镜单元G3中的物侧，进一步提高了性能。更具体地，由于通过两个自由曲面透镜的离轴光通量变得靠近光轴Z1，所以离轴像差的发生量小，并且可以实现高性能。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，为了有利地校正在广角端状态下的色差，希望在第三透镜单元G3中使用具有高异常分散性的玻璃材料。

在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，通过从包括在透镜系统中的透镜单元中移出一个透镜单元(第三透镜单元G3)，或者通过在基本上垂直于光轴Z1的方向上移出一个透镜单元(第三透镜单元G3)中的一部分透镜元件作为移位透镜组，允许图像的位置移位。

移位透镜组可以与检测系统、计算系统和驱动系统结合使用，并且可以用作图像模糊补偿照相机，该图像模糊补偿照相机补偿由在快门释放时发生的手抖动等导致的图像模糊。

在这种情况下，检测系统检测照相机的移位角度，并输出图像模糊信息。计算系统基于图像模糊信息输出补偿图像模糊所需的透镜位置信息。移位透镜组是被校正以便减小在移位该移位透镜组时的性能变化的透镜系统。驱动系统基于透镜位置信息向移位透镜组提供驱动量。

另外，在根据本实施例的可变焦距透镜系统中，还可以设置低通滤波器，以防止在像面侧上出现莫尔条纹，或者还可以根据像面侧上的成像装置的光谱灵敏度特性设置红外截止滤波器。

[3.应用于成像设备的示例]

接下来，将描述将可变焦距透镜系统1至3应用于成像设备的示例。

图17图示了应用根据本实施例的可变焦距透镜系统1至3中的任何一个的成像设备100的配置示例。成像设备100例如是数字静态照相机，并且包括相机块10、相机信号处理器20、图像处理器30、LCD(液晶显示器)40、R/W(读取器/写入器)50、CPU(中央处理单元)60、输入部分70和镜头驱动控制部分80。

相机块10具有成像功能。相机块10包括光学系统和成像器件12。光学系统包括成像镜头11。成像器件12是CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等。成像器件12将由成像镜头11形成的光学像转换成电信号，以输出基于光学像的成像信号(图像信号)。根据分别在图2、图7、和图12中图示的配置示例的可变焦距透镜系统1至3中的任何一个可适用于成像镜头11。

相机信号处理器20对从成像器件12输出的图像信号执行各种信号处理。各种信号处理包括模数转换、噪声去除、图像质量校正、转换成亮度信号和转换成色差信号。

图像处理器30执行记录和再现图像信号的处理。图像处理器30基于预定图像数据格式执行图像信号的压缩编码和扩展解码处理，诸如分辨率的数据规格的转换处理等。

LCD 40具有显示各种类型的数据的功能，例如用户在输入部分70上执行的操作状态、拍摄的图像等。R/W 50将由图像处理器30编码的图像数据写入存储卡1000，并读取记录在存储卡1000上的图像数据。存储卡1000是例如可连接到与R/W 50耦合的插槽并可从该插槽拆卸的半导体存储器。

CPU 60用作控制成像设备100中提供的每个电路块的控制处理器。CPU 60基于来自输入部分70等的指令输入信号来控制每个电路块。输入部分70包括用户对其执行预定操作等的各种开关。输入部分70包括例如用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等。输入部分70被配置为基于用户执行的操作向CPU60输出指令输入信号。镜头驱动控制器80控制布置在相机块10中的镜头的驱动。镜头驱动控制器80基于来自CPU60的控制信号来控制未示出的马达等。未示出的马达驱动成像镜头11的每个透镜。

下面描述成像设备100的操作。

在拍摄的待机状态下，在CPU 60的控制下，由相机块10拍摄的图像信号被经由相机信号处理器20输出到LCD 40，并且被显示为经过相机的图像。此外，例如，当从输入部分70输入用于变焦、聚焦等的指令输入信号时，CPU 60向透镜驱动控制器80输出控制信号，并且成像镜头11的预定透镜基于透镜驱动控制器80执行的控制而移动。

当通过来自输入部分70的指令输入信号操作相机块10的未示出的快门时，所拍摄的图像信号被从相机信号处理器20输出到图像处理器30，并且经受压缩编码处理以被转换成具有预定数据格式的数字数据。转换后的数据被输出到R/W 50并被写入存储卡1000。

注意，例如，在输入部分70的快门释放按钮被半按下的情况下，或者在为了记录(拍摄)而完全按下的情况下，透镜驱动控制器80基于来自CPU 60的控制信号使成像镜头11的预定透镜移动，从而执行聚焦。

在再现记录在存储卡1000上的图像数据的情况下，根据在输入部分70上执行的操作，通过R/W 50从存储卡1000读取预定图像数据。预定图像数据由图像处理器30进行扩展解码处理。此后，再现图像信号被输出到LCD 40，并且再现图像被显示。

要注意，在上述实施例中，描述了将成像设备应用于数字静态照相机等的示例；然而，成像设备的应用范围不限于数字静态相机，并且其可适用于其它各种成像设备。例如，其可应用于数字单镜头反光照相机、数字非反光照相机、数字摄像机、监视照相机等。此外，它可广泛地应用于具有内置照相机的移动电话的照相机单元、诸如具有内置照相机的信息终端的数字输入输出设备等。此外，它也可应用于镜头可更换的照相机。

实施示例

[4.透镜的数值示例]

接下来，将描述根据本实施例的可变焦距透镜系统1至3的具体数值示例。这里，将描述分别将特定数值应用于具有图2、7和12中所示的配置示例的可变焦距透镜系统1至3的数值示例。

应注意，在表格、说明等中描述的以下符号的含义等如下。“面编号”表示从物侧到像面编号的第i个面的编号。“曲率半径”表示第i个面的近轴曲率半径的值(mm)。“面间隔”表示第i个面和第(i+1)个面之间的轴上面间隔(透镜的中心厚度或空气间隔)。“折射率”表示从第i个面开始的透镜等相对于e线(波长546nm)的折射率的值。“阿贝数”表示从第i面开始的透镜等相对于e线的阿贝数的值。

此外，在“面形状”列中，指示了各个透镜面的面形状的种类。根据本实施例的可变焦距透镜系统1至3除了包括由上述等式(A)的X-Y多项式等式表示的自由曲面之外，还包括由以下等式(B)表示的非球面和由以下等式(C)表示的奇数次非球面。注意，在等式(B)和(C)中，H表示距光轴Z1的距离，并且被表达为H＝(X²+Y²)^1/2，Z表示下垂量，R表示曲率半径，K表示圆锥常数，并且A、B、……、G、AR3、AR4、……各自表示非球面表面系数。

[数学2]

[数学3]

在示出每个数值示例的每个表中，“E-n”表示以10为底的指数表达式，即，“10的负n次幂”，例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×(10的负五次幂)”。

[各数值示例共同的结构]

下面应用数值示例1至3的可变焦距透镜系统1至4中的每一个具有满足如上所述的＜1.镜头的基本配置>的配置。

即，可变焦距透镜系统1至3中的每一个基本上包括三个透镜单元，从物侧到像面侧依次为第一透镜单元G1、第二透镜单元G2和第三透镜单元G3。第一透镜单元G1包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第一透镜元件L1。第二透镜单元G2包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第二透镜元件L2。第三透镜单元G3具有孔径光阑St，并包括旋转对称形状的透镜。

如图1所示，在可变焦距透镜系统1至3的每一个中，当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态变化时，全部透镜单元在光轴Z1方向上移动。此时，第一透镜单元G1和第二透镜单元G2移动而不改变在光轴Z1方向上的间隔，但是同时在与光轴Z1垂直在Y轴方向上移动不同的移动距离。

[数值示例1]

在图2所示的可变焦距透镜系统1中，第一透镜单元G1包括在X-Z截面中具有关于光轴Z1对称的形状并且在Y-Z截面中具有不对称的形状的第一透镜元件L1。

第二透镜单元G2包括在X-Z截面中具有关于光轴对称的形状并且在Y-Z截面中具有不对称的形状的第二透镜元件L2。

第三透镜单元G3包括六个透镜：具有面向物侧的凸面的正透镜L31；具有面向像面侧的凹面的负透镜L32；具有面向像面侧的凸面的正透镜L33；具有面向像面侧的凸面的负透镜L34；具有双凸形状的正透镜L35；以及具有面向物侧的凹面的负透镜L36。

孔径光阑St设置在第二透镜单元G2和第三透镜单元G3之间，并且，当透镜位置状态变化时，与第三透镜单元G3一体地移动。

第一透镜单元G1和第二透镜单元G2能够在Y轴方向上移动不同的移动距离，并且第三透镜单元G3在光轴方向上移动以使得伴随的像面位置变化被补偿。

表1描述了数值示例1的基本透镜数据，其中具体数值应用于可变焦距透镜系统1。如表1中所述，在数值示例1中，第一透镜单元G1和第二透镜单元G2的透镜面(第一面至第四面)每个都是自由曲面(X-Y多项式面)。在数值示例1中，第三透镜单元G3中包括的透镜L31、L32和L33的透镜面(第六面至第十一面)每个都是非球面。在数值示例1中，第三透镜单元G3中所包括的透镜L34、L35和L36的透镜面(第十二面至第十七面)每个都是奇数次非球面。表2和表3描述了自由曲面、非球面和奇数次非球面的系数。

当焦距变化时，面间隔D4和D17的值各自变化。作为改变焦距时的数据，表4包括透镜系统在X轴方向上的总焦距、透镜系统在Y轴方向上的总焦距、D4的值、D17的值、第一透镜元件L1在Y轴方向上的移位量以及第二透镜元件L2在Y轴方向上的移位量。

此外，下面表示第二面相对于第一面在Y轴方向上的移位量和第五面相对于第四面在Y轴方向上的移位量。

第二面相对于第一面在Y轴方向上的移位量：-0.00245(mm)

第五面相对于第四面在Y轴方向上的移位量：-0.15963(mm)

另外，作为改变焦距时的数据，表5包括透镜系统在X轴方向和Y轴方向上的总焦距、第一透镜元件L1在X轴方向和Y轴方向上的焦距、第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的焦距。另外，表5中还包括第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的合成焦距。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

此外，以下示出与上述数值示例1中的各条件表达式有关的值。在数值示例1中，各条件表达式的值处于数值范围内。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)Δ1/ft＝0.620

(10)Δ2/ft＝0.630

图3是数值示例1在广角端状态下的点列图。图4是数值示例1在远摄端状态下的点列图。图5示出数值示例1在广角端状态下的畸变。图6示出数值示例1在远摄端状态下的畸变。

从各像差图可以看出，在数值示例1中，清楚的是，在广角端状态和远摄端状态下，以适当的平衡有利地校正各像差，并且提供优良的图像形成性能。

[数值示例2]

在图7所示的可变焦距透镜系统2中，第一透镜单元G1包括在X-Z截面中具有关于光轴Z1对称的形状并且在Y-Z截面中具有不对称的形状的第一透镜元件L1。

表6描述了数值示例2的基本透镜数据，其中具体数值应用于可变焦距透镜系统2。如表6中所述，在数值示例2中，第一透镜单元G1和第二透镜单元G2的透镜面(第一面至第四面)每个都是自由曲面(X-Y多项式面)。在数值示例2中，包括在第三透镜单元G3中的透镜L31、L32和L33的透镜面(第六面到第十一面)每个都是非球面。在数值示例2中，第三透镜单元G3中所包括的透镜L34、L35和L36的透镜面(第十二面至第十七面)每个都是奇数次非球面。表7和表8描述了自由曲面、非球面和奇数次非球面的系数。

当焦距变化时，面间隔D4和D17的值各自变化。作为改变焦距时的数据，表9包括透镜系统在X轴方向上的总焦距、透镜系统在Y轴方向上的总焦距、D4的值、D17的值、第一透镜元件L1在Y轴方向上的移位量、以及第二透镜元件L2在Y轴方向上的移位量。

第二面相对于第一面在Y轴方向上的移位量：0.07614(mm)

第五面相对于第四面在Y轴方向上的移位量：-0.12194(mm)

另外，作为焦距变化时的数据，表10包括透镜系统在X轴方向和Y轴方向上的总焦距、第一透镜元件L1在X轴方向和Y轴方向上的焦距、第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的焦距。另外，表10包括第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的合成焦距。

[表6]

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

此外，以下示出与上述数值示例2中的各条件表达式有关的值。在数值示例2中，各条件表达式的值处于数值范围内。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)Δ1/ft＝0.767

(10)Δ2/ft＝0.700

图8是数值示例2在广角端状态下的点列图。图9是数值示例2在远摄端状态下的点列图。图10示出数值示例2在广角端状态下的畸变。图11示出数值示例2在远摄端状态下的畸变。

从各像差图可以看出，在数值示例2中，清楚的是，在广角端状态和远摄端状态下，以适当的平衡有利地校正各像差，并且提供优良的图像形成性能。

[数值示例3]

在图12中所示的可变焦距透镜系统3中，第一透镜单元G1包括在X-Z截面中具有关于光轴Z1对称的形状并且在Y-Z截面中具有不对称的形状的第一透镜元件L1。

表11描述了数值示例3的基本透镜数据，其中具体数值应用于可变焦距透镜系统3。如表11中所述，在数值示例3中，第一透镜单元G1和第二透镜单元G2的透镜面(第一面至第四面)每个都是自由曲面(X-Y多项式面)。在数值示例3中，包括在第三透镜单元G3中的透镜L31、L32和L33的透镜面(第六面到第十一面)每个都是非球面。在数值示例3中，第三透镜单元G3中所包括的透镜L34、L35和L36的透镜面(第十二面至第十七面)每个都是奇数次非球面。表12和表13描述了自由曲面、非球面和奇数次非球面的系数。

当焦距变化时，面间隔D4和D17的值各自变化。作为焦距变化时的数据，表14包括透镜系统在X轴方向上的总焦距、透镜系统在Y轴方向上的总焦距、D4的值、D17的值、第一透镜元件L1在Y轴方向上的移位量、第二透镜元件L2在Y轴方向上的移位量。

第二面相对于第一面在Y轴方向上的移位量：-0.07614(mm)

第五面相对于第四面在Y轴方向上的移位量：-0.12194(mm)

另外，作为焦距变化时的数据，表15包括透镜系统在X轴方向和Y轴方向上的总焦距、第一透镜元件L1在X轴方向和Y轴方向上的焦距、第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的焦距。另外，表15包括第一透镜元件L1和第二透镜元件L2在X轴方向和Y轴方向上的合成焦距。

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

[表15]

此外，以下示出与上述数值示例3中的各条件表达式有关的值。在数值示例3中，各条件表达式的值处于数值范围内。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)Δ1/ft＝0.796

(10)Δ2/ft＝0.728

图13是数值示例3在广角端状态下的点列图。图14是数值示例3在远摄端状态下的点列图。图15示出数值示例3在广角端状态下的畸变。图16示出数值示例3在远摄端状态下的畸变。

从各像差图可以看出，在数值示例3中，清楚的是，在广角端状态和远摄端状态下，以适当的平衡有利地校正各像差，并且提供优良的图像形成性能。

[5.应用示例]

根据本公开的实施例的技术可应用于各种产品。例如，根据本公开的实施例的技术可以被以安装到任何种类的移动体上的设备的形式来实现。移动体的示例包括汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人、施工机械和农业机械(拖拉机)。

图18是表示作为能够应用本发明的实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的概要结构的示例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010彼此连接的多个电子控制单元。在图18所示的示例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车体系统控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元7400、车内信息检测单元7500以及集成控制单元7600。将多个控制单元彼此连接的通信网络7010可以是例如符合任意标准的车载通信网络，例如控制器局域网(CAN)、局域互连网络(LIN)、局域网(LAN)、FlexRay(注册商标)等。

每个控制单元包括：根据各种程序执行算术处理的微计算机；存储部分，其存储由微型计算机执行的程序、用于各种操作的参数等；以及驱动电路，其驱动各种控制对象装置。每个控制单元还包括：网络接口(I/F)，用于经由通信网络7010与其他控制单元进行通信；以及通信I/F，用于通过有线通信或无线电通信与车辆内和车辆外的装置、传感器等进行通信。图18中所示的集成控制单元7600的功能配置包括微计算机7610、通用通信I/F7620、专用通信I/F 7630、定位部分7640、信标接收部分7650、车载装置I/F7660、声音/图像输出部分7670、车载网络I/F 7680和存储部分7690。其它控制单元类似地包括微型计算机、通信I/F、存储部分等。

驱动系统控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元7100具有用于控制以下装置的控制装置的功能：用于产生车辆的驱动力产生装置(如内燃机、驱动电动机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等。驱动系统控制单元7100可以具有作为防抱死制动系统(ABS)、电子稳定控制(ESC)等的控制装置的功能。

驱动系统控制单元7100与车辆状态检测部分7110连接。车辆状态检测部分7110例如包括陀螺仪传感器、加速度传感器和传感器中的至少一个，所述陀螺仪传感器检测车体的轴向旋转运动的角速度，所述加速度传感器检测车辆的加速度，所述传感器用于检测加速器踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机速度或车轮的旋转速度等。驱动系统控制部分7100使用从车辆状态检测部分7110输入的信号进行运算处理，并控制内燃机、驱动电动机、电动助力转向装置、制动装置等。

车体系统控制单元7200根据各种程序控制设置到车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元7200用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如头灯、倒车灯、刹车灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，可以将从作为按键或各种开关的替代的移动装置发送的无线电波的信号输入到主体系统控制单元7200。主体系统控制单元7200接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。

电池控制单元7300根据各种程序控制作为用于驱动电动机的电源的二次电池7310。例如，从包括二次电池7310的电池装置向电池控制单元7300提供关于电池温度、电池输出电压、电池中剩余的电荷量等的信息。电池控制单元7300使用这些信号执行算术处理，并且执行用于调节二次电池7310的温度的控制或控制提供给电池装置的冷却装置等。

车外信息检测部分7400检测包括车辆控制系统7000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测部分7400与成像部分7410和车外信息检测部分7420中的至少一个连接。成像部分7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其它相机中的至少一个。车外信息检测部分7420例如包括用于检测当前大气状况或天气状况的环境传感器和用于检测包括车辆控制系统7000的车辆周边上的另一车辆、障碍物、行人等的周边信息检测传感器中的至少一个。

例如，环境传感器可以是检测雨的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测日照程度的日照传感器和检测降雪的雪传感器中的至少一个。周边信息检测传感器可以是超声波传感器、雷达装置和LIDAR装置(光检测和测距装置，或激光成像检测和测距装置)中的至少一个。成像部分7410和车外信息检测部分7420可以分别作为独立的传感器或装置而设置，也可以作为集成了多个传感器或装置的装置而设置。

图19是表示成像部分7410和车外信息检测部分7420的设置位置的一个例子的图。成像部分7910、7912、7914、7916和7918例如被布置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置和车辆内部内的挡风玻璃的上部上的位置中的至少一个位置处。设置在前机头上的成像部分7910和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部分7918主要获得车辆7900的前部的图像。设置在侧视镜上的成像部分7912和7914主要获得车辆7900侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的成像部分7916主要获取车辆7900的后方的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部分7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。

顺便提及，图19描述了各个成像部分7910、7912、7914和7916的拍摄范围的示例。成像范围A表示设置到前鼻的成像部分7910的成像范围。成像范围B和C分别表示提供给侧视镜的成像部分7912和7914的成像范围。成像范围D表示设置在后保险杠或后门上的成像部分7916的成像范围。例如，通过叠加由成像部分7910、7912、7914和7916成像的图像数据，可以获得从上面观察的车辆7900的鸟瞰图像。

设置在车辆7900的前部、后部、侧部和角落以及车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测部分7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是例如超声波传感器或雷达装置。设置在车辆7900的前端、后保险杠、车辆7900的后门以及车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测部分7920、7926和7930可以是例如LIDAR装置。这些车外信息检测部分7920到7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。

返回到图18，继续进行说明。车外信息检测部分7400使成像部分7410对车外的图像进行成像，并接收所成像的图像数据。另外，车外信息检测部分7400从与车外信息检测部分7400连接的车外信息检测部分7420接收检测信息。在车外信息检测部分7420是超声波传感器、雷达装置、LIDAR装置的情况下，车外信息检测部分7400发送超声波、电磁波等，接收所接收的反射波的信息。车外信息检测部分7400也可以基于接收到的信息，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体的处理或检测与其之间的距离的处理。车外信息检测部分7400也可以基于接收到的信息，进行识别降雨、雾、路面状况等的环境识别处理。车外信息检测部分7400也可以基于接收到的信息，计算与车外物体之间的距离。

另外，车外信息检测部分7400也可以基于接收到的图像数据，进行识别人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等的图像识别处理或检测与它们之间的距离的处理。车外信息检测部分7400可以对所接收的图像数据进行畸变校正或位置对准等处理，并将由多个不同的成像部分7410拍摄到的图像数据合成，生成鸟瞰图像或全景图像。车外信息检测部分7400也可以使用由包括不同的成像部分的成像部分7410拍摄到的图像数据，进行视点转换处理。

车载信息检测部分7500检测车辆内部的信息。车载信息检测部分7500例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部分7510连接。驾驶员状态检测部分7510可以包括对驾驶员进行成像的摄像机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车辆内部的声音的麦克风等。生物传感器例如被设置在座椅表面、方向盘等中，并且检测坐在座椅中的乘员或握住方向盘的驾驶员的生物信息。车载信息检测部分7500可以根据从驾驶员状态检测部分7510输入的检测信息，计算驾驶员的疲劳度或集中程度，或者判断驾驶员是否在打瞌睡。车载信息检测部分7500也可以对通过声音的收集而得到的声音信号进行噪声消除处理等处理。

集成控制单元7600根据各种程序控制车辆控制系统7000内的总体操作。集成控制单元7600与输入部分7800连接。输入部分7800由能够由乘客进行输入操作的装置实现，例如，诸如触摸面板、按钮、麦克风、开关、控制杆等。可以向集成控制单元7600提供通过对经由麦克风输入的语音进行语音识别而获得的数据。输入部分7800可以是例如使用红外线或其它无线电波的远程控制装置，或者是支持车辆控制系统7000的操作的外部连接装置，例如移动电话、个人数字助理(PDA)等。输入部分7800可以是例如照相机。在这种情况下，乘员可以通过手势输入信息。或者，可以输入通过检测乘员穿戴的可穿戴装置的移动而获得的数据。此外，输入部分7800可以例如包括输入控制电路等，其基于乘员等使用上述输入部分7800输入的信息产生输入信号，并将产生的输入信号输出到集成控制单元7600。乘员等通过操作输入部分7800，向车辆控制系统7000输入各种数据或给出用于处理操作的指令。

存储部分7690可以包括存储由微计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)和存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。另外，存储部分7690可以由诸如硬盘驱动器(HDD)等的磁存储装置、半导体存储装置、光存储装置、磁光存储装置等来实现。

通用通信I/F 7620是广泛使用的通信I/F，该通信I/F作为与存在于外部环境7750中的各种设备的通信的媒介。通用通信I/F 7620可以实现蜂窝通信协议，例如全球移动通信系统(GSM(注册商标))、全球微波接入互操作性(WiMAX(注册商标))、长期演进(LTE(注册商标))、LTE高级(LTE-A)等或者例如无线LAN(也称为无线保真(Wi-Fi(注册商标))、蓝牙(注册商标)等的另一无线通信协议。通用通信I/F 7620可以例如经由基站或接入点连接到存在于外部网络(例如，因特网、云网络或公司专用网络)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)。另外，通用通信I/F 7620可以使用例如点对点(P2P)技术连接到存在于车辆附近的终端(该终端例如是驾驶员、行人或商店的终端，或者是机器类型通信(MTC)终端)。

专用通信I/F 7630是支持为在车辆中使用而开发的通信协议的通信I/F。专用通信I/F 7630可以实现标准协议，例如，诸如车辆环境中的无线接入(WAVE)(其是作为较低层的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11p和作为较高层的IEEE 1609的组合)、专用短程通信(DSRC)或蜂窝通信协议。专用通信I/F 7630通常执行V2X通信，其概念包括车辆和车辆之间的通信(车辆到车辆)、道路和车辆之间的通信(车辆到基础设施)、车辆和家庭之间的通信(车辆到家庭)、以及行人和车辆之间的通信(车辆到行人)中的一个或多个。

例如，定位部分7640通过接收来自GNSS卫星的全球导航卫星系统(GNSS)信号(例如，来自全球定位系统(GPS)卫星的GPS信号)来执行定位，并且生成包括车辆的纬度、经度和海拔的位置信息。顺便提及，定位部分7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从诸如移动电话、个人手持电话系统(PHS)或具有定位功能的智能电话的终端获得位置信息。

信标接收部分7650例如接收从安装在道路等上的无线电台发送的无线电波或电磁波，从而获得关于当前位置、拥堵、封闭道路、必要时间等的信息。顺便提及，信标接收部分7650的功能可以被包括在上述的专用通信I/F 7630中。

车载装置I/F 7660是作为微型计算机7610和车辆内存在的各种车载装置7760之间的连接的中介的通信接口。车载装置I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线通用串行总线(WUSB)的无线通信协议来建立无线连接。另外，车载装置I/F 7660可以通过通用串行总线(USB)、高清晰多媒体接口(HDMI(注册商标))、移动高清晰度链路(MHL)等经由图中未示出的连接端子(以及必要时的电缆)建立有线连接。车载装置7760可以例如包括由乘员拥有的移动装置和可穿戴装置中的至少一个以及携带到车辆中或附接到车辆的信息装置。车载装置7760还可以包括搜索到任意目的地的路径的导航装置。车载装置I/F 7660与这些车载装置7760交换控制信号或数据信号。

车载网络I/F 7680是作为微型计算机7610和通信网络7010之间的通信媒介的接口。车载网络I/F 7680依照通信网络7010所支持的预定协议来发送和接收信号等。

集成控制单元7600的微计算机7610基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位部分7640、信标接收部分7650、车载装置I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息，根据各种程序来控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于所获得的关于车辆内部和外部的信息来计算用于驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞避免或冲击减轻、基于跟随距离的跟随驾驶、车速维持驾驶、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的警告等。另外，微型计算机7610可以基于所获得的关于车辆周围的信息，通过控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，执行旨在用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。

微计算机7610可以基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部分7640、信标接收部分7650、车载装置I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息，来生成车辆与诸如周围结构、人等的物体之间的三维距离信息，并且生成包括与车辆的当前位置的周围环境有关的信息的本地地图信息。另外，微型计算机7610可以基于所获得的信息预测危险，例如车辆的碰撞、行人等的接近、进入封闭道路等，并且生成警告信号。警告信号例如可以是用于产生警告声音或点亮警告灯的信号。

声音/图像输出部分7670将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到能够在视觉上或听觉上向车辆的乘员或车辆的外部通知信息的输出装置。在图18的例子中，作为输出装置，例示了音频扬声器7710、显示部分7720和仪表板7730。显示部分7720可以例如包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。显示部分7720可以具有增强现实(AR)显示功能。输出装置可以是除了这些装置之外的装置，并且可以是诸如耳机、诸如由乘员等佩戴的眼镜型显示器的可佩戴装置、投影仪、灯等的另一装置。在输出装置是显示装置的情况下，显示装置以诸如文本、图像、表格、图表等各种形式可视地显示通过由微计算机7610执行的各种处理获得的结果或从另一控制单元接收的信息。另外，在输出装置是音频输出装置的情况下，音频输出装置将由再现的音频数据或声音数据等构成的音频信号转换成模拟信号，并且在听觉上输出该模拟信号。

顺便提及，在图18所示的示例中，经由通信网络7010彼此连接的至少两个控制单元可以被集成到一个控制单元中。或者，每个单独的控制单元可以包括多个控制单元。此外，车辆控制系统7000可以包括图中未示出的另一控制单元。另外，可以将上述控制单元之一所执行的部分或全部功能分配给另一控制单元。即，只要经由通信网络7010发送和接收信息，就可以由任何控制单元执行预定的运算处理。类似地，连接到控制单元之一的传感器或装置可以连接到另一控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010相互发送和接收检测信息。

在上述车辆控制系统7000中，本公开的可变焦距透镜系统和成像设备可应用于成像部分7410和成像部分7910、7912、7914、7916和7918中的任何一个。

[6.其他实施方式]

本发明的技术不限于上述实施方式和实施例，能够进行各种变更。

例如，在上述数值示例中描述的各个部分的形状和数值每个都仅仅是本技术的实现的示例，并且本技术的技术范围不应被解释为受这些示例限制。

此外，在以上实施例和实施示例中，已经描述了基本上包括三个镜头单元的配置；然而，可以提供进一步包括基本上不具有屈光力的透镜的配置。

此外，例如，本技术可以设置有以下配置。根据具有以下配置的本技术，整体上包括三个透镜单元，并且通过适当地使用自由曲面来优化每个透镜单元的配置。因此，可以用少量的透镜实现从广角端状态到远摄端状态的良好的图像形成性能。

(1)

一种可变焦距透镜系统，从物侧到像面侧依次包括：

第一透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第一透镜元件；

第二透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第二透镜元件；以及

第三透镜单元，具有孔径光阑并且包括旋转对称形状的透镜，其中，

其中，Z轴是第三透镜单元的光轴，Y轴是像面上的与Z轴正交的轴，并且X轴是像面上的与Y轴和Z轴正交的轴，

第一透镜单元和第二透镜单元能够在Y轴方向上移动，并且通过在彼此相反的方向上移动，以使得第一透镜单元和第二透镜单元的合成屈光力是可变的，并且至少第三透镜单元在光轴方向上移动，以使得随着合成屈光力的变化的像面位置的变动被补偿。

(2)

根据(1)所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜元件在广角端状态下在X轴方向上的屈光力，

为第二透镜元件在广角端状态下在X轴方向上的屈光力，并且fw为广角端状态下透镜系统的总焦距。

(3)

根据(1)或(2)所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

其中

是第一透镜元件在远摄端状态下在X轴方向上的屈光力，

是第二透镜元件在远摄端状态下在X轴方向上的屈光力，并且ft是在远摄端状态下透镜系统的总焦距。

(4)

根据(1)到(3)中任意一项所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜元件和第二透镜元件在广角端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜元件和第二透镜元件在广角端状态下在Y轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜元件和第二透镜元件在摄远端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜元件和第二透镜元件在摄远端状态下在Y轴方向上的合成屈光力，fw为透镜系统在广角端状态下的总焦距，ft为透镜系统在摄远端状态下的总焦距。

(5)

根据(1)到(4)中任意一项所述的可变焦距透镜系统，其中，

当物距从无限远位置移动到近距离点时，第三透镜单元在光轴方向上移动，并且

还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜与第二透镜在广角端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜与第二透镜在广角端状态下在Y轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜与第二透镜在摄远端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜与第二透镜在摄远端状态下在Y轴方向上的合成屈光力。

(6)

根据(1)到(5)中任意一项所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

0.5＜Δ1/ft＜0.9……(9)

0.5＜Δ2/ft＜0.9……(10)

其中，Δ1是当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态改变时第一透镜单元在Y轴方向上的移动距离，Δ2是当透镜位置状态从广角端状态向远摄端状态改变时第二透镜单元在Y轴方向上的移动距离，并且ft是在远摄端状态下透镜系统的总焦距。

(7)

一种成像装置，包括：

可变焦距透镜系统；以及

成像装置，其输出基于由可变焦距透镜系统形成的光学像的成像信号，

可变焦距透镜系统，从物侧至像面侧依次包含，

第一透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第一透镜元件，

第二透镜单元，包括其中至少一个透镜面是自由曲面的第二透镜元件，以及

(8)

根据上述(1)到(6)中任意一项所述的可变焦距透镜系统，还包括基本不具有屈光力的透镜。

(9)

根据上述(7)所述的成像设备，其中，可变焦距透镜系统还包括基本不具有屈光力的透镜。

本申请要求日本专利局于2017年10月17日提交的日本专利申请No.2017-201275的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims

1.一种可变焦距透镜系统，从物侧到像面侧依次包括：

第一透镜单元和第二透镜单元能够在Y轴方向上移动，并且通过在彼此相反的方向上移动，以使得第一透镜单元和第二透镜单元的合成屈光力是可变的，并且至少第三透镜单元在光轴方向上移动，以使得随着合成屈光力的变化的像面位置的变动被补偿，

其中，还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜元件在广角端状态下在X轴方向上的屈光力，

2.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

其中

是第一透镜元件在远摄端状态下在X轴方向上的屈光力，

3.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜元件和第二透镜元件在远摄端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜元件和第二透镜元件在远摄端状态下在Y轴方向上的合成屈光力，fw为透镜系统在广角端状态下的总焦距，ft为透镜系统在远摄端状态下的总焦距。

4.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，

还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜与第二透镜在远摄端状态下在X轴方向上的合成屈光力，

为第一透镜与第二透镜在远摄端状态下在Y轴方向上的合成屈光力。

5.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，还满足以下条件表达式，

0.5＜Δ1/ft＜0.9……(9)

0.5＜Δ2/ft＜0.9……(10)

6.一种成像装置，包括：

可变焦距透镜系统；以及

可变焦距透镜系统，从物侧至像面侧依次包含，

其中，还满足以下条件表达式，

其中，

为第一透镜元件在广角端状态下在X轴方向上的屈光力，