CN204374506U - 具有弯折光学元件的成像光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有弯折光学元件的成像光学系统。该成像光学系统包括：弯折光学元件、弯折后透镜系统以及图像传感器，弯折光学元件使得物体发出的光束弯折，弯折后透镜系统在由弯折光学元件所限定的弯折后光轴上弯折。参照位于延伸为与包括成像光学系统的弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交并且包括弯折后光轴的平面上的轴向光束有效半径，通过使得从弯折后光轴朝向与物体侧的相对的侧的有效光学表面的长度小于轴向光束有效半径，来将具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面形成为非圆形形状弯折。

Description

具有弯折光学元件的成像光学系统

技术领域

本实用新型涉及一种具有弯折光学元件的成像光学系统。

背景技术

近年来，主要设计用于获取静止/移动摄影图像的移动电子设备(诸如数字相机(静止视频相机)和数字摄像机(活动视频相机))以及设计成能够将获取这样的摄影图像作为附属功能的其他移动电子设备(诸如配备有相机的移动电话和配备有相机的平板电脑等)已经变得普遍，并且需要将包含于这些类型的移动电子设备中的成像单元小型化。为了小型化成像单元，已知的是将成像单元的光学系统配置为使用诸如棱镜或镜子的反射元件(弯折光学元件)的反射表面来反射(弯折)光束的弯折光学系统。具有至少一个弯折光学元件(下文也称为“弯折光学系统”)的成像光学系统在实现减少成像元件的厚度(特别是在从有待摄影的物体发出的入射光的行进方向上)的方面是有利的。

另一方面，在厚度可以减少的成像光学系统中，还要求成像光学系统具有小的焦比。将成像光学系统设计成具有小焦比通常导致透镜直径增加，从而与变薄的要求不相符。在设置成最靠近物体侧的透镜组中的包括反射表面(弯折光学元件)的成像光学系统中弯折，由于允许具有大的轴向光束有效直径(轴向光束直径)的光束通过的透镜组位于弯折后光轴(即，光学上在反射表面之后的光轴)上，所以如果将成像光学系统设计成具有小焦比，则上述透镜组(位于弯折后光轴上)的尺寸也增加，这不利于成像单元的厚度减少。

在相关技术中是已知的是，形成为圆形透镜元件但其外边缘部段被部分地切下以便小型化该透镜元件(或减少该透镜元件的直径)的非圆形透镜元件(在第2006-267391、2010-24376和2013-105049号日本未审查专利公布中公开)。然而，相关技术的上述公开中公开的非圆形透镜元件各自基于以下技术概念来设计：移除透镜元件的一部分，由于成像光学系统的成像表面(图像拾取设备/图像传感器)而使得仅有到达成像表面外侧的光线通过该部分，所述成像光学系统包括形状是矩形(非圆形)的这样的非圆形透镜。因此，在相关技术的这样的非圆形透镜元件中，仅切掉透镜元件的仅有到达成像表面外侧的离轴光线通过并且放置在轴向光束有效半径之外的部分。轴向光束有效半径定义为，将光轴与透镜元件的光学表面和在从光轴上的物体点发出并且通过光学系统到达光轴上的图像点的光线(光束)组中穿过透镜元件的最外周边缘的光线之间的相交点相连接的垂直线的长度。因此，透镜(透镜组)直径的减少(小型化)并不足够，且因此，即使采用相关技术的任何这样的非圆形透镜元件，也不能充分减少弯折光学系统的厚度。

实用新型内容

基于上述技术背景，本实用新型提供一种具有一个或多个弯折光学元件的成像光学系统，其中该成像光学系统能够打破减少焦比与进一步减少成像光学系统的厚度之间的平衡。

已经设计了本实用新型以通过参考轴向光束有效半径切掉轴向光束有效半径内的透镜元件的有效光学表面(图像成形中涉及的光线通过的表面)的特定部分(即，除去图像成形中涉及的光线的一部分)来实现进一步减少成像光学系统的厚度。

本实用新型关注在位于成像光学系统的弯折后光轴上的透镜元件中具有最大轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面的形状；因此，已经从以下观点出发设计了本实用新型：如果参照位于包括弯折后光轴并且延伸为与包括成像光学系统的弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，通过使得从弯折后光轴朝向与物体侧的相对的侧的有效光学表面的长度小于轴向光束有效半径，来将大直径透镜元件形成为非规则形状(非圆形形状)，则能够在通过图像处理抑制成像光学系统光学性能的恶化的同时减少该成像光学系统的厚度。如果将大直径透镜元件的有效光学表面形成为非圆形形状，则入射在成像表面上的光束变得不对称，这样使得在每个方向(垂直和水平方向)之间在理论上出现分辨倍率差异。然而，如果充分校正像差则不会发生实际问题，并且周边光量不对称的问题也可以通过图像处理来校正。此外，在成像光学系统中，通常可以将负或正透镜元件布置在弯折光学元件前面(在其物体侧上)，这样使得也不必牺牲弯折后光学系统中透镜组的从其光轴朝向物体侧的长度。

本实用新型提供一种成像光学系统，其特征在于，包括：弯折光学元件，所述弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；弯折后透镜系统，所述弯折后透镜系统布置在由所述弯折光学元件弯折的所述成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及图像传感器，所述物体的图像通过所述弯折后透镜系统形成在所述图像传感器上；其中参照位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，通过使得从所述弯折后光轴朝向与物体侧的相对的侧的有效光学表面的长度小于所述轴向光束有效半径，来将所述弯折后透镜系统的所有透镜元件的大直径透镜元件的有效光学表面之中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面形成为非圆形形状弯折。

优选地，通过参照位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，来确定所述弯折后透镜系统的所有透镜元件的轴向光束有效半径中最大的轴向光束有效半径弯折。

优选地，所述有效光学表面的所述非圆形形状满足以下条件1)和2)：

1)RU>RL，以及

2)(RU+RL)<2RH，

其中，当在沿所述弯折后光轴的方向上观看时，假定U方向指定平行于弯折前光轴并且朝向所述物体侧行进的方向，L方向指定与所述U方向相反的方向，以及H方向指定所述弯折前光轴和所述弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，RU指定在所述轴向光束有效半径内在所述U方向上所述弯折后光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离，RL指定在所述轴向光束有效半径内在所述L方向上所述弯折后光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离，以及RH指定在所述轴向光束有效半径内在所述H方向上所述弯折后光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离。

优选地，所述有效光学表面的所述非圆形形状进一步满足以下条件3)：

3)0.5<{(RU+RL)/2RH}<0.9。

优选地，所述大直径透镜元件的所述有效光学表面除了在所述L方向上之外是圆形形状，以及其中，在所述L方向上，所述大直径透镜元件的所述有效光学表面包括平行于所述弯折后光轴并且与所述弯折后光轴和所述弯折前光轴都位于其上的平面正交的直边，以便形成D形切口形状。

优选地，进一步包括在所述弯折光学元件的所述物体侧上的第一透镜元件。

优选地，所述成像光学系统是逆焦类型，其中负透镜组和正透镜组作为整体以该次序从所述物体侧布置，以及

其中所述大直径透镜元件包括在所述正透镜组中。

优选地，所述大直径透镜元件布置在所述成像光学系统的入射光瞳在形状上类似于所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的位置处。

此外，本实用新型提供一种成像光学系统，其特征在于，包括：弯折光学元件，所述弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；弯折后透镜系统，所述弯折后透镜系统布置在由所述弯折光学元件弯折的所述成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及图像传感器，所述物体的图像通过所述弯折后透镜系统形成在所述图像传感器上，

其中在所述弯折后透镜系统的所有透镜元件中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面的外部形状形成为在所述弯折后光轴的方向上观看的非圆形，以及

其中所述成像光学系统的入射光瞳的形状满足以下条件1')和2')：

1')RU'>RL'，以及

2')(RU'+RL')<2RH'，

其中，当在沿弯折前光轴的方向上观看入射光瞳时，假定L'方向指定平行于所述弯折后光轴并朝向所述图像传感器侧行进的方向，U'方向指定与所述L'方向相反的方向，以及H'方向指定与所述弯折前光轴和所述弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，

RU'指定在所述U'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离，

RL'指定在所述L'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离，以及

RH'指定在所述H'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离。

优选地，所述入射光瞳的所述形状进一步满足以下条件3')：

3')0.5<{(RU'+RL')/2RH'}<0.9。

根据本实用新型的一个方面，提供一种成像光学系统，包括：弯折光学元件，弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；弯折后透镜系统，弯折后透镜系统布置在由弯折光学元件弯折的成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及图像传感器，物体的图像通过弯折后透镜系统形成在图像传感器上。位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的参照轴向光束有效半径，通过使得从弯折后光轴朝向与物体侧相对的侧的有效光学表面的长度小于轴向光束有效半径，来将弯折后透镜系统的所有透镜元件的大直径透镜元件的有效光学表面之中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面形成为非圆形形状。

可以通过参照位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，来确定弯折后透镜系统的所有透镜元件的轴向光束有效半径中最大的轴向光束有效半径。

所希望的是，有效光学表面的非圆形形状满足以下条件(1)和(2)：

(1)RU>RL，以及

(2)(RU+RL)<2RH，

其中，当在沿弯折后光轴的方向上观看时，假定U方向指定平行于弯折前光轴并且朝向物体侧行进的方向，L方向指定与U方向相反的方向，以及H方向指定与弯折前光轴和弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，

RU指定在轴向光束有效半径内的U方向上弯折后光轴与大直径透镜元件的有效光学表面的最外点之间的距离，

RL指定在轴向光束有效半径内的L方向上弯折后光轴与大直径透镜元件的有效光学表面的最外点之间的距离，以及

RH指定在轴向光束有效半径内的H方向上弯折后光轴与大直径透镜元件的有效光学表面的最外点之间的距离。

如果未满足条件(1)和(2)，则将难以获得减少成像光学系统的厚度的效果。

所希望的是，有效光学表面的非圆形形状进一步满足以下条件(3)：

(3)0.5<{(RU+RL)/2RH}<0.9

如果值“(RU+RL)/2RH”变得小于或等于0.5，在每个方向(垂直和水平方向)之间的分辨倍率差异变大，由此使得图像质量恶化。如果值“(RU+RL)/2RH”变得大于或等于0.9，则减少厚度的效果变得不够。

所希望的是，大直径透镜元件的有效光学表面除了在L方向上之外是圆形形状(RU＝RH)，并且在L方向上，所希望的是大直径透镜元件的有效光学表面包括平行于弯折后光轴并且与弯折后光轴和弯折前光轴都位于其上的平面正交的直边，以便形成D形切口形状。

所希望的是，成像光学系统在弯折光学元件的物体侧上包括负透镜元件和正透镜元件中的一个。

所希望的是，成像光学系统是逆焦类型，其中负透镜组和正透镜组作为整体以该次序从物体侧布置，并且所希望的是大直径透镜元件包括在正透镜组中。

满足条件(1)和(2)(以及(3))的成像光学系统中的不规则形(非圆形)大直径透镜元件布置在成像光学系统的入射光瞳形状与大直径透镜元件的有效光学表面形状相类似的位置处。通常情况是这样的：安装在成像光学系统中的孔径光阑布置在离轴主光线与成像光学系统的光轴相交的位置处，并且孔径光阑的面积改变到达成像表面的光量；然而，在光轴方向上观看的孔径光阑的形状(圆形、矩形、三角形等)并不改变成像表面上的光量分布。相反，根据本实用新型的成像光学系统中的不规则形状的大直径透镜元件布置在处于限定成像光学系统的入射光瞳的形状的位置处(在影响入射光瞳的形状的位置处)的孔径光阑的附近，并且不规则形状的大直径透镜元件的有效光学表面的形状也影响成像表面上的光量分布。

换言之，根据本实用新型的成像光学系统通过设置不规则形状的大直径透镜元件的有效光学表面的形状，在获得所希望的透镜速度(焦比)的同时实现了其厚度的减少(换言之，不牺牲透镜速度)，使得参照用于获得所希望的透镜速度(焦比)的圆形入射光瞳的面积，不规则形状的入射光瞳的面积变得等于该圆形入射光瞳的面积。即，透镜速度等于具有圆形入射光瞳的成像光学系统的成像光学系统可以通过满足“(由通过圆形孔径的轴向光束所形成的入射光瞳的面积)＝(由通过不规则形状孔径的轴向光束所形成的入射光瞳的面积)”来获得。在此连接中，为了在具有不规则形状孔径的光学系统中的使用焦比的定义，根据上述参考圆形入射光瞳的直径来计算焦比，因为焦比等于焦距除以入射光瞳直径(焦比＝焦距/入射光瞳直径)。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种成像光学系统，包括：弯折光学元件，弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；弯折后透镜系统，弯折后透镜系统布置在由弯折光学元件弯折的成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及图像传感器，物体的图像通过弯折后透镜系统形成在图像传感器上。在弯折后透镜系统的所有透镜元件中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面的外部形状形成为在弯折后光轴的方向上观看的非圆形，并且成像光学系统的入射光瞳的形状满足以下条件(1')和(2')：

(1')RU'>RL'，以及

(2')(RU'+RL')<2RH'，

其中，当在沿弯折前光轴的方向上观看入射光瞳时，假定L'方向指定平行于弯折后光轴并且朝向图像传感器侧行进的方向，U'方向指定与L'方向相反的方向，以及H'方向指定与弯折前光轴和弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，

RU'指定在U'方向上弯折前光轴与入射光瞳的最外点之间的距离，

RL'指定在L'方向上弯折前光轴与入射光瞳的最外点之间的距离，以及

RH'指定在H'方向上弯折前光轴与入射光瞳的最外点之间的距离。

所希望的是，入射光瞳的形状进一步满足以下条件(3')：

(3')0.5<{(RU'+RL')/2RH'}<0.9

本实用新型通过以下步骤实现减少焦比和减少成像光学系统的厚度：提供使得从物体发出的光束弯折的弯折光学系统、放置在由弯折光学元件弯折的成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上的弯折后透镜系统以及物体的图像通过弯折后透镜系统形成在其上的图像传感器；以及将在弯折后透镜系统的所有透镜元件中具有最大的轴向光束有效半径的不规则形状大直径透镜组的有效光学表面的外部形状形成为在弯折后光轴的方向上观看的非圆形。

附图说明

以下将参照附图来详细描述本实用新型，其中：

图1是应用了本实用新型的成像单元的实施方式的透视外部图；

图2是移除了外壳的成像单元的透视图，其示出成像单元的内部结构；

图3是成像单元的沿其纵向方向获得的横向截面图；

图4是示出应用了本实用新型的成像光学系统的光学元件的光学布置的图；

图5是成像光学系统中的不规则形状的大直径透镜元件的在图4中所示的箭头V的方向上观看的前部正视图，其示出不规则形状的大直径透镜元件的有效光学表面的形状的实例；以及

图6是图4中所示的成像光学系统的入射光瞳的在图4中所示的箭头VI的方向上观看的前部正视图，其示出入射光瞳的形状的实例。

具体实施方式

以下参照图1至图6讨论根据本实用新型的成像单元(成像装置)10的实施方式。在以下描述中，参照图1至图6中所示的双头箭头的方向来描述向前和向后方向、向左和向右方向以及向上和向下方向。物体侧对应于前侧。如由图1中的成像单元10的外观所示，成像单元10具有在向前/向后方向上较薄并且在向左/向右方向上较长的侧向伸长的形状。

如图2和图3中所示，成像单元10具有成像光学系统，该系统具备第一透镜组G1、第二透镜组(弯折后光学系统)G2、第三透镜组(弯折后光学系统)G3以及第四透镜组(弯折后光学系统)G4。第一透镜组G1具备第一棱镜(弯折光学元件)L11，并且成像单元10在第四透镜组G4的右手侧上具备第二棱镜L12。成像单元10的成像光学系统被配置为在第一棱镜L11和第二棱镜L12中的每一个上基本上以直角反射(弯折)光束的弯折光学系统。如图3中所示，第一透镜组G1由第一透镜元件L1、第一棱镜L11以及第二透镜元件L2构成。第一透镜元件L1放置在第一棱镜L11的入射表面L11-a的前面(在其物体侧上)，而第二透镜元件L2放置在第一棱镜L11的出射表面L11-b的右手侧上。第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4中的每一个是不包括反射器元件(诸如棱镜)的透镜组。

如图3中所示，沿从成像单元10的前面在向后方向上延伸的第一光轴(弯折前光轴)O1并且入射在第一透镜元件L1上的物体发出的光束弯折通过入射表面L11-a进入第一棱镜L11并且由第一棱镜L11的反射表面L11-c朝向沿第二光轴O2(弯折后光轴)(在向右方向上延伸)的方向反射以从第一棱镜L11的出射表面L11-b离开。随后，离开出射表面L11-b的光束穿过第一透镜组G1的第二透镜元件L2以及位于第二光轴O2上的第二至第四透镜组G2、G3和G4(第二至第四透镜组G2、G3和G4构成弯折后透镜系统)并且通过第二棱镜L12的入射表面L12-a进入第二棱镜L12。随后，穿过入射表面L12-a的光束由第二棱镜L12的反射表面L12-c在沿第三光轴O3的方向(在向前方向上延伸)上反射，并且入射在图像传感器IS的成像表面上以在其上形成物体图像。第一光轴O1和第三光轴O3大体上彼此平行，并且与第二光轴O2一起位于一个公共平面上。此公共(假想)平面限定第一光轴O1、第二光轴O2和第三光轴O3位于其中的第一参考平面(包括弯折前光轴和弯折后光轴二者的平面)P1(参见图5)，与第一参考平面P1正交并且包括第二光轴O2的假想平面由第二参考平面P2(参见图5)表示。成像单元10具有在沿第二光轴O2的方向上伸长的形状，并且第一透镜元件L1放置在成像单元10的相对于其长度方向的端部(左端)附近。

如图1至图3中所示，成像单元10具备保持第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4、第二棱镜L12和成像传感器IS的主体(主要)模块11和保持第一透镜组G1的第一透镜组单元12。主体模块11具备在向左/向右方向上伸长并且在向前/向后方向上的厚度小(薄)的盒形外壳13。第一透镜组单元12固定到外壳13的相对于其长度方向的一端(左端)，并且第四透镜组G4、第二棱镜L12和成像传感器IS固定地保持在外壳13的相对于其长度方向的另一端(右端)。然而，成像单元10的配置并不限于图1至图3中所示的实施方式；例如，主体模块11和第一透镜组单元12可以或者形成为单个统一构件。

如图2中所示，第二透镜组G2和第三透镜组G3分别由第二透镜组框架20和第三透镜组框架21保持，第二透镜组框架20和第三透镜组框架21被支撑为可通过在外壳13中设置的成对的杆22和23沿第二光轴O2移动。成像单元10具备由外壳13支撑的第一电机M1和第二电机M2。当驱动第一电机M1以旋转从第一电机M1的主体突出的其螺杆轴M1a时，此旋转被传递到第二透镜组框架20以将第二透镜组框架20沿成对的杆22和23移动。当驱动第二电机M2以旋转从第二电机M2的主体突出的其螺杆轴M2a时，此旋转被传递到第三透镜组框架21以将第三透镜组框架21沿成对的杆22和23移动。成像单元10的成像光学系统是变焦透镜系统(可变焦距透镜系统)，并且变焦操作(倍率变化操作)通过沿第二光轴O2移动第二透镜组G2和第三透镜组G3执行。此外，调焦操作通过沿第二光轴O2移动第三透镜组G3来执行。

成像单元10具备减少由诸如手抖的振动导致的图像平面上的图像抖动的抗抖动(图像抖动校正/图像稳定化/抖动减少)系统。该抗抖动系统在与第一光轴O1正交的平面中驱动第一透镜组G1的第一透镜元件L1。该抗抖动系统本身与本实用新型的主旨无关，并且因此，以下的描述中省略了其描述。

图3至图6示出根据本实用新型的成像单元10的成像光学系统的实施方式，其针对第二透镜组G2的有效光学表面的外部形状(轮廓)(如从相对于图3和图4的左侧观看的第二透镜组G2的前部有效光学表面的外部形状)。该实施方式是通过将第二透镜组G2形成为非规则形状(非圆形)来极度减少成像单元10的厚度(其向前/向后方向上的减少)的追求的结果。如图4中所示，第二透镜组G2是大直径透镜元件(非圆形大直径透镜元件)，其轴向光束有效半径在位于第二光轴O2上的所有透镜组(G2、G3和G4)的所有透镜元件的轴向光束有效半径中是最大的，这样使得第二透镜组G2变成在试图减少成像单元10的厚度时的阻碍。第二透镜组G2的有效光学表面的形状可以用将在下文论述的方式确定。此外，尽管在图中分别将第二至第四透镜组G2至G4展示为单个透镜元件，但是第二至第四透镜组G2至G4中的任一个或每一个可以由多个透镜元件构成。

首先，透镜元件的轴向光束有效半径是如下定义的长度：“将光轴与透镜元件的光学表面和在从光轴上的物体点发出并且通过光学系统到达光轴上的图像点的光线(光束)组中穿过透镜元件的最外周边缘的光线之间的相交点相连接的垂直线的长度”。参照位于第二参考平面P2上的轴向光束有效半径，使得从弯折后光轴朝向与物体侧相对的侧(向后方向)的有效光学表面的长度(RL)小于不规则形状的大直径透镜元件(第二透镜组G2)的轴向光束有效半径来将第二透镜组G2的有效光学表面(到达图像传感器IS的光束通过的表面)形成为不规则形状(非圆形)。此外，从弯折后光轴朝向物体侧的不规则形状的大直径透镜元件(第二透镜组G2)的有效光学表面的长度与从弯折后光轴朝向与物体侧相对的侧的不规则形状的大直径透镜元件的有效光学表面的长度之比落入到固定范围之内。

具体来说，当沿如图4和图5中所示的第二光轴O2的方向观看第二透镜组G2的有效光学表面时，假定U方向指定第一参考平面P1中平行于第一光轴O1并且朝向物体侧(前侧，即，相对于图4和图5的上侧)行进的方向，L方向指定与U方向相反的方向，以及H方向指定第二参考平面P2的方向，有效光学表面的外部形状满足以下关系(1)和(2)：

(1)RU>RL，以及

(2)(RU+RL)<2RH，

其中RU指定在轴向光束有效半径内在U方向上光轴(第二光轴O2)与第二透镜组G2的有效光学表面的最外点之间的距离；

RL指定在轴向光束有效半径内在L方向上光轴(第二光轴O2)与第二透镜组G2的有效光学表面的最外点之间的距离；以及

RH指定在轴向光束有效半径(＝第二参考平面P2中的轴向光束有效半径)内在H方向上光轴(第二光轴O2)与第二透镜组G2的有效光学表面的最外点之间的距离。如从图5可以理解的，严格来说，RH可以定义为在在直径上相反的方向上存在的两个距离RH1和RH2。这两个距离RH1和RH2通常基本上相同，然而，在两个距离RH1和RH2中的一个稍小于另一个的情况下，两个中较短的那个需要满足条件(2)；对于以下指示的条件(3)也是这样。

为了满足条件(1)和(2)，意味着要牺牲(部分地阻碍)图像形成中所涉及的穿过轴向光束有效半径内的第二透镜组G2的有效光学表面的光束。如果以此方式确定第二透镜组G2的有效光学表面的形状，则入射在成像表面上的光束变得形状不对称，从而即使在每个方向(垂直和水平方向)之间理论上出现了分辨倍率的差异(损失)，仍然有利地使得成像单元10的厚度减少。此损失可以使用像差校正技术来消除，并且周边光量变得不对称的问题也可以使用图像处理来校正。

所希望的是，第二透镜组G2的有效光学表面的形状进一步满足以下条件(3)：

(3)0.5<{(RU+RL)/2RH}<0.9。

如果值“(RU+RL)/2RH”等于或小于0.5，在每个方向(垂直和水平方向)之间的分辨倍率差异变大，由此使得图像质量恶化。如果值“(RU+RL)/2RH”等于或大于0.9，则减少厚度的效果变得不足。

在所希望的实施方式中，除了D形切口形状的L方向上的侧面之外，第二透镜组G2的有效光学表面是由轴向光束有效半径限定的圆形形状(即，RU＝RH并且RH1＝RH2)；而在L方向上的第二透镜组G2的有效光学表面限定平行于第二参考平面P2的D形切口侧面(直侧面)D1，如图5中所示。

成像单元10的本实施方式的目标尤其在于，减少第二透镜组G2上的L方向上的距离RL；U方向上的距离RU可以根据需要大于H方向上的距离RH(＝轴向光束有效半径)。由于第一透镜元件L1布置在U方向上的光束入射侧(相对于图4和图5的上侧)，所以大于轴向光束有效半径的U方向上的距离RU不会不利地影响整个成像单元10的减薄(向前/向后方向上厚度的减少)，并且对于U方向与H方向之间的径向方向也是如此。

此外，在成像单元10的本实施方式中，第二透镜组G2布置在整个成像光学系统的入射光瞳的形状变得与第二透镜组G2的有效光学表面的形状相类似的位置处。图6示出成像单元10的入射光瞳EP的形状。入射光瞳EP显得在形状上类似于第二透镜组G2的有效光学表面。在图6中，双点画线所展示的“P3”指定与第一参考平面P1正交并且包括第一光轴O1的平面。

因此，入射光瞳EP形状上类似于第二透镜组G2的有效光学表面，并且入射光瞳EP的形状满足以下条件(1')和(2')；此外，入射光瞳EP的形状进一步满足以下条件(3')：

(1')RU'>RL'，

(2')(RU'+RL')<2RH'，以及

(3')0.5<{(RU'+RL')/2RH'}<0.9。

其中，当在沿弯折前光轴(第一光轴O1)的方向上观看入射光瞳EP时，假定L'方向指定平行于弯折后光轴并且朝向图像传感器侧行进的方向，U'方向指定与L'方向相反的方向，以及H'方向指定与包括弯折前光轴和弯折后光轴二者的平面(第一参考平面P1)正交的方向，

其中RU'指定在U'方向上光轴(第一光轴O1)与入射光瞳的最外点之间的距离；

RL'指定在L'方向上光轴(第一光轴O1)与入射光瞳的最外点之间的距离；以及

RH'指定在H'方向上光轴(第一光轴O1)与入射光瞳的最外点之间的距离。如从图6可以理解的，严格来说，RH'可以定义为在直径上相反的方向上存在的两个距离RH1'和RH2'。这两个距离RH1'和RH2'通常基本上相同，然而，在两个距离RH1'和RH2'中的一个稍短于另一个的情况下，两个中的较短的那个需要满足条件(2')；对于以下指示的条件(3')也是这样。

通常的情况是，安装在成像光学系统中的孔径光阑布置在离轴主光线与成像光学系统的光轴相交的理论位置处，并且孔径光阑的面积改变到达成像表面的光量，而且在该理论位置处在光轴方向上观看的孔径光阑的形状(圆形、矩形、三角形等)并不改变成像表面上的光量分布(周边光量)。相反，在成像单元10的本实施方式中，第二透镜组G2未布置在孔径光阑的理论安装位置处。因此，尽管第二透镜组G2的有效光学表面的形状使得成像表面上的光量分布不对称，但是成像表面上的光量分布变得不对称的问题可以通过图像处理来校正，如上所述。

尽管成像单元10的上述实施方式的光学系统具备第二棱镜L12，但是本实用新型也可以应用于不包括对应于第二棱镜L12的棱镜的成像光学系统。此外，尽管在第二光轴O2上设置了第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4，但是本实用新型也可以应用于在对应于第二光轴O2的成像光学系统的光轴上设置少于或多于三个透镜组的成像光学系统类型。

此外，在第一透镜组G1中，能够改变布置在第一光轴O1上的第一棱镜L11的入射表面L11-a前面的透镜元件的数量，和布置在第二光轴O2上的第一棱镜L11的出射表面L11-b的右手侧上的透镜元件的数量。

尽管成像单元10的以上示出的实施方式的成像光学系统是通过沿第二光轴O2移动第二透镜组G2和第三透镜组G3来执行变焦操作(倍率变化操作)的变焦透镜(可变倍率光学系统)，但是本实用新型也可应用于包含不具有倍率变化能力的成像光学系统的成像装置。例如，能够修改成像单元10以使得第二透镜组G2和第三透镜组G3并不为了进行变焦操作而移动并且第二透镜组G2或第三透镜组G3为了进行调焦操作而单独移动。

尽管成像单元10的以上示出的实施方式中的第一棱镜L11的入射表面L11-a是横向伸长的矩形形状，但是本实用新型也可以应用于具有第一棱镜(对应于第一棱镜L11)，其入射表面具有诸如正方形或梯形的不同形状的成像装置(成像光学系统)类型。

可以在本文描述的本实用新型的特定实施方式中进行显著改变，这些修改在所要求的本实用新型的精神和范围之内。应当指出，本文含有的所有内容是说明性的而且并不限制本实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种成像光学系统，其特征在于，包括：

弯折光学元件，所述弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；

弯折后透镜系统，所述弯折后透镜系统布置在由所述弯折光学元件弯折的所述成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及

图像传感器，所述物体的图像通过所述弯折后透镜系统形成在所述图像传感器上；

其中参照位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，通过使得从所述弯折后光轴朝向与物体侧的相对的侧的有效光学表面的长度小于所述轴向光束有效半径，来将所述弯折后透镜系统的所有透镜元件的大直径透镜元件的有效光学表面之中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面形成为非圆形形状弯折。

2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，通过参照位于包括所述弯折后光轴并且延伸为与包括所述成像光学系统的所述弯折后光轴和弯折前光轴二者的平面正交的平面上的轴向光束有效半径，来确定所述弯折后透镜系统的所有透镜元件的轴向光束有效半径中最大的轴向光束有效半径弯折。

3.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述有效光学表面的所述非圆形形状满足以下条件1)和2)：

1)RU>RL，以及

2)(RU+RL)<2RH，

其中，当在沿所述弯折后光轴的方向上观看时，假定U方向指定平行于弯折前光轴并且朝向所述物体侧行进的方向，L方向指定与所述U方向相反的方向，以及H方向指定所述弯折前光轴和所述弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，

RU指定在所述轴向光束有效半径内在所述U方向上所述弯折后 光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离，

RL指定在所述轴向光束有效半径内在所述L方向上所述弯折后光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离，以及

RH指定在所述轴向光束有效半径内在所述H方向上所述弯折后光轴与所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的最外点之间的距离。

4.根据权利要求3所述的成像光学系统，其特征在于，所述有效光学表面的所述非圆形形状进一步满足以下条件3)：

3)0.5<{(RU+RL)/2RH}<0.9。

5.根据权利要求3所述的成像光学系统，其特征在于，所述大直径透镜元件的所述有效光学表面除了在所述L方向上之外是圆形形状，以及

其中，在所述L方向上，所述大直径透镜元件的所述有效光学表面包括平行于所述弯折后光轴并且与所述弯折后光轴和所述弯折前光轴都位于其上的平面正交的直边，以便形成D形切口形状。

6.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，进一步包括在所述弯折光学元件的所述物体侧上的第一透镜元件。

7.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述成像光学系统是逆焦类型，其中负透镜组和正透镜组作为整体以该次序从所述物体侧布置，以及

其中所述大直径透镜元件包括在所述正透镜组中。

8.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述大直径透镜元件布置在所述成像光学系统的入射光瞳在形状上类似于所述大直径透镜元件的所述有效光学表面的位置处。

9.一种成像光学系统，其特征在于，包括：

弯折光学元件，所述弯折光学元件使得从物体发出的光束弯折；

弯折后透镜系统，所述弯折后透镜系统布置在由所述弯折光学元件弯折的所述成像光学系统的光轴所限定的弯折后光轴上；以及

图像传感器，所述物体的图像通过所述弯折后透镜系统形成在所述图像传感器上，

其中在所述弯折后透镜系统的所有透镜元件中具有最大的轴向光束有效半径的大直径透镜元件的有效光学表面的外部形状形成为在所述弯折后光轴的方向上观看的非圆形，以及

其中所述成像光学系统的入射光瞳的形状满足以下条件1')和2')：

1')RU'>RL'，以及

2')(RU'+RL')<2RH'，

其中，当在沿弯折前光轴的方向上观看入射光瞳时，假定L'方向指定平行于所述弯折后光轴并朝向所述图像传感器侧行进的方向，U'方向指定与所述L'方向相反的方向，以及H'方向指定与所述弯折前光轴和所述弯折后光轴都位于其上的平面正交的方向，

RU'指定在所述U'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离，

RL'指定在所述L'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离，以及

RH'指定在所述H'方向上所述弯折前光轴与所述入射光瞳的最外点之间的距离。

10.根据权利要求9所述的成像光学系统，其特征在于，所述入射光瞳的所述形状进一步满足以下条件3')：

3')0.5<{(RU'+RL')/2RH'}<0.9。