CN113960747A - 光学***、透镜装置和图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及光学***、透镜装置和图像拾取装置。一种光学***，从物侧到像侧依次包括具有正折光力并且包括一个或多个被配置为在聚焦期间移动的透镜单元的前单元，以及具有负折光力的负透镜单元。前单元中包括的一个或多个透镜单元在从无穷远到近距离聚焦期间向物侧移动，以加宽前单元和负透镜单元之间的距离。前单元包括第一子单元，该第一子单元具有负折光力并且包括部署在作为光学***中包括的正透镜之一的第一正透镜的物侧的、最靠近物体的透镜。满足预定条件。

Description

光学***、透镜装置和图像拾取装置

技术领域

本发明涉及适于数码摄像机、数码静态相机、广播相机、基于胶片的相机和监控相机的光学***。

背景技术

由于近来在诸如CCD和CMOS传感器之类的图像传感器中的像素数量增加，需要用于包括图像传感器的图像拾取装置的光学***表现出高光学性能。日本专利公开No.(“JP”)2019-74632公开了一种前焦点式光学***，该光学***通过将物侧透镜单元向物体移动来获取对焦状态，以便抑制与聚焦相关联的各种像差的波动。JP2017-161848公开了一种光学***，该光学***包括具有负折光力和最靠近物体的非球面的弯月透镜，以便令人满意地校正诸如场曲和畸变之类的离轴像差。

在试图促进在JP 2019-74632中公开的光学***的广角方案时，离轴像差随着视角变高而增加。为了令人满意地校正增加的离轴像差，有必要向用作聚焦单元的前单元中的物侧部分提供具有大直径的透镜，从而使光学***更大。由于聚焦单元也变得更重，因此自动聚焦要求高输出致动器，因此致动器会变得更大。

即使在促进广角方案时，JP 2017-161848中公开的光学***也可以令人满意地校正各种像差而不会使光学***的前单元变大。但是，这种光学***要求将非球面透镜部署在离轴射线距光轴的高度高的位置处，并且非球面透镜必须具有大的制造灵敏度，从而使得制造光学***变得困难。

发明内容

本发明提供了一种具有高光学性能且易于制造的紧凑型光学***，以及各自具有该光学***的透镜装置和图像拾取装置。

根据本发明的一个方面的光学***从物侧到像侧依次包括具有正折光力并且包括一个或多个被配置为在聚焦期间移动的透镜单元的前单元，以及具有负折光力的负透镜单元。前单元中包括的一个或多个透镜单元在从无穷远到近距离聚焦期间向物侧移动，以加宽前单元和负透镜单元之间的距离。前单元包括第一子单元，该第一子单元具有负折光力并且包括部署在作为光学***中包括的正透镜之一的第一正透镜的物侧的、最靠近物体的透镜。满足以下条件表达式：

-4.00<fFL1/x<-0.95

1.40<Nave<1.65

0.25<BF/f<0.95

0.13<x/TTL<0.35

其中f是光学***在无穷远处对焦状态下的焦距，fFL1是第一子单元的焦距，Nave是第一子单元的平均折射率，x是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜的像侧的表面到第一正透镜的物侧的表面的光轴上距离，TTL是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜表面到像平面的光轴上距离，并且BF是光学***在无穷远处对焦状态下的后焦距。

各自具有上述光学***的透镜装置和图像拾取装置也构成本发明的另一方面。

通过以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据示例1的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图2A和图2B是根据示例1的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图3是根据示例2的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图4A和图4B是根据示例2的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图5是根据示例3的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图6A和图6B是根据示例3的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图7是根据示例4的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图8A和图8B是根据示例4的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图9是根据示例5的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图10A和图10B是根据示例5的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图11是根据示例6的光学***在无穷远处对焦状态下的截面图。

图12A和图12B是根据示例6的光学***在无穷远处以及横向倍率为-0.5倍的物距处对焦状态下的像差图。

图13是图像拾取装置的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，现在将描述根据本发明的光学***和具有该光学***的图像拾取装置的示例。

图1、图3、图5、图7、图9和图11分别是根据示例1至示例6的光学***L0在无穷远处对焦状态下的截面图。根据各个示例的光学***L0是用于诸如数码摄像机、数码静态相机、广播相机、基于胶片的相机和监控相机之类的图像拾取装置的光学***。根据各个示例的光学***L0可以用作大直径广角透镜。由于假设由根据各个示例的光学***L0的畸变造成的图像中的畸变可通过图像处理来校正，因此根据各个示例的光学***L0被设计为允许畸变。例如，具有包括根据各个示例的光学***L0的透镜装置的图像拾取装置将获取的图像存储在透镜装置中的存储器中，并使用关于与由光学***L0形成的图像相关的畸变量的信息通过图像拾取装置中的图像处理单元校正图像的畸变。

在各个截面图中，左侧是物侧，右侧是像侧。根据各个示例的光学***L0包括多个透镜单元。在本申请的说明书中，透镜单元是在聚焦期间整体移动或静止的一组透镜。即，在根据各个示例的光学***L0中，相邻透镜单元之间的距离在从无穷远到近距离聚焦期间改变。透镜单元可以包括一个或多个透镜。透镜单元可以包括光圈(孔径光阑)。

根据各个示例的光学***L0从物侧到像侧依次包括具有正折光力且包括在聚焦期间移动的一个或多个透镜单元的前单元FL，以及具有负折光力的负单元(负透镜单元)RL。根据示例1、2、3、5和6的光学***包括具有正折光力并用作前单元FL的一个透镜单元(第一透镜单元)，以及具有负折光力并用作后单元RL的第二透镜单元。根据示例4的光学***包括用作前单元FL的具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元，以及具有负折光力并用作后单元RL的第三透镜单元。

在各个截面图中，FLi表示包括在前单元FL中的透镜单元当中从物侧开始计数的第i个透镜单元(其中i是自然数)。

SP表示光圈(孔径光阑)。IP表示像平面。当根据各个示例的光学***L0用作数码静态相机或数码摄像机的成像光学***时，固态图像传感器(光电转换元件)(诸如CCD传感器或CMOS传感器)的成像平面被放置在像平面IP上。当根据各个示例的光学***L0用作基于胶片的相机的成像光学***时，与胶片平面对应的感光平面被放置在像平面IP上。在根据示例1至示例4和示例6的光学***L0中，IS表示图像稳定透镜单元，其可以通过在与光轴正交的方向上移动来校正由相机抖动等造成的图像模糊。

在根据各个示例的光学***L0中，在从无穷远到近距离聚焦期间，前单元FL中包括的透镜单元向物侧移动以加宽前单元FL和后单元RL之间的距离。各个截面图中所示的箭头指示在从无穷远到近距离聚焦期间透镜单元的移动方向。

根据该示例的光学***L0是前焦点型光学***，其可在从无穷远到近距离的宽物距范围内聚焦并且可以做得小。可以减少聚焦期间的延伸量，并令人满意地抑制聚焦期间的各种像差(诸如球面像差和场曲)的波动。如在根据示例4的光学***L0中一样，前单元FL中包括的具有负折光力的第一子单元FL1(第一透镜单元)和具有正折光力的第二子单元FL2(第二透镜)可以按不同的轨迹扩展到物侧。这种配置可以减少第一子单元FL1的延伸量，并确保在近距离处成像期间的工作距离。虽然本申请的说明书公开了其中前单元FL包括一个或两个透镜单元的示例，但是包括三个或更多个透镜单元的前单元FL也可以提供将稍后详细描述的本发明的效果。

如在根据示例6的光学***L0中一样，后单元RL可以延伸到物侧以便抑制聚焦期间场曲的波动。但是，这种配置增加了前单元FL在聚焦期间的延伸量，因此可以在聚焦期间固定后单元RL，如在根据示例1至示例5的光学***L0中一样。

图2A和图2B、图4A和图4B、图6A和图6B、图8A和图8B、图10A和图10B、图12A和图12B分别是根据示例1至示例6的光学***L0的像差图。在各个像差图中，图2A、图4A、图6A、图8A、图10A、图12A是在无穷远处对焦状态下的像差图，并且图2B、图4B、图6B、图8B、图10B、图12B是在近距离处对焦状态下的像差图。

在球面像差图中，Fno表示F数，并且球面像差图示出了针对d线(波长587.6nm)和g线(波长435.8nm)的球面像差量。在像散图中，M表示子午像平面上的像散量，并且S表示弧矢像平面上的像散量。

畸变图示出了针对d线的畸变量。色差图示出了针对g线的色差量。ω是成像半视角(度)。

接下来描述根据各个示例的光学***L0的特征配置。

前单元FL具有第一子单元FLl，该第一子单元FLl具有负折光力并且包括在作为光学***L0中包括的正透镜之一的第一正透镜的物侧的、最靠近物体的透镜。这种配置可以促进光学***L0的广角方案并令人满意地校正场曲。第一子单元FL1中最靠近物体的透镜可以是负弯月透镜，其具有面向像平面的凹表面，以校正像差。第一子单元FL1中包括的透镜的数量可以是两个或更少。当第一子单元FL1中包括的透镜数量为三个或更多时，用作聚焦单元的前单元FL不利地变大。

根据各个示例的光学***L0满足以下条件表达式(1)至(4)。在此，f是光学***L0在无穷远处对焦状态下的焦距。fFL1是第一子单元FL1的焦距。Nave是第一子单元FL1的平均折射率。x是在无穷远处对焦状态下从光学***L0中最靠近物体的透镜的像侧的表面到第一正透镜的物侧的表面的光轴上距离。TTL是在无穷远处对焦状态下从光学***L0的最靠近物体的透镜表面到光学***L0的像平面IP的光轴上距离(总光学长度)。BF是光学***L0在无穷远处对焦状态下的后焦距。

-4.00<fFL1/x<-0.95 (1)

1.40<Nave<1.65 (2)

0.25<BF/f<0.95 (3)

0.13<x/TTL<0.35 (4)

条件表达式(1)定义焦距fFL1和距离x。在试图促进光学***L0的广角方案时，满足条件表达式(1)可以在球面像差的可抑制范围内以短光路长度加宽入射到第一正透镜上的光束。如果第一子单元FL1的负折光力变得更大并且该值高于条件表达式(1)中的上限，那么不能令人满意地校正球面像差，或者光路长度变得更长并且光学***L0不利地变得更大。当第一子单元FL1的负折光力变得更小并且该值低于条件表达式(1)中的下限时，入射到第一子单元FL1上的光束直到它进入第一正透镜才足够大。例如，不能使轴上光束距光轴的高度足够高。因此，后续的(一个或多个)透镜单元不能令人满意地校正像差。

条件表达式(2)定义了第一子单元FL1的平均折射率Nave。在试图促进光学***L0的广角方案时，满足条件表达式(2)可以在球面像差的可抑制范围内令人满意地校正场曲。如果平均折射率Nave变得高于条件表达式(2)中的上限，那么光学***L0的Petzval和变大并且不能令人满意地校正场曲。如果平均折射率Nave低于条件表达式(2)中的下限，那么第一子单元FL1中的负弯月透镜的曲率变大并且不能令人满意地校正球面像差。

条件表达式(3)定义后焦距BF和焦距f。满足条件表达式(3)可以使光学***L0更小。如果后焦距BF变得更长并且该值高于条件表达式(3)中的上限，那么光学***L0的总长度不利地变长。当后焦距BF变得更短并且该值低于条件表达式(3)中的下限时，最终透镜所需的有效直径变大，因为像侧主点和最终表面之间的距离变得更长，并且光学***L0不利地变大。

条件表达式(4)定义距离x和总光学长度TTL。在试图促进光学***L0的广角方案时，满足条件表达式(4)可以在球面像差的可抑制范围内以短的光路长度增加入射到第一正透镜上的光束。如果距离x变得更长并且该值高于条件表达式(4)中的上限，那么在第一正透镜之后没有足够的空间用于被配置为校正球面像差等的透镜单元。如果距离x变得更短并且该值低于条件表达式(4)中的下限，那么无法充分增加入射到第一正透镜的光束以试图促进光学***的广角方案L0，并且(一个或多个)后续透镜单元无法令人满意地校正像差。

条件表达式(1)至(4)的数值范围可以设置为以下条件表达式(1a)至(4a)的数值范围:

-3.50<fFL1/x<-0.98 (1a)

1.42<Nave<1.60 (2a)

0.3<BF/f<0.8 (3a)

0.15<x/TTL<0.32 (4a)

条件表达式(1)至(4)的数值范围可以设置为以下条件表达式(1b)至(4b)的数值范围:

-3<fFL1/x<-1 (1b)

1.45<Nave<1.55 (2b)

0.35<BF/f<0.70 (3b)

0.16<x/TTL<0.30 (4b)

上述配置可以实现具有高光学性能并且易于制造的紧凑光学***L0。

在根据各个示例的光学***L0中，可以满足以下条件表达式(5):

0.07<Ndp-Ndn<0.25 (5)

其中Ndp是部署在光圈SP的物侧的第一胶合透镜中包括的正透镜的最大折射率，并且Ndn是第一胶合透镜中包括的负透镜的最小折射率。

条件表达式(5)定义最大折射率Ndp和最小折射率Ndn。在校正光学***L0的场曲时，满足条件表达式(5)可以在纵向(或轴向)色差的可抑制范围内减小Petzval和。如果该值高于条件表达式(5)中的上限，那么第一胶合透镜在选取一般透镜玻璃材料时不能充分消色差。如果该值低于条件表达式(5)中的下限，那么在选取一般透镜玻璃材料时不能充分减小Petzval和。

在根据各个示例的光学***L0中，可以满足以下条件表达式(6)：

25<νdp-νdn<70 (6)

其中νdp是部署在光圈SP的像侧的第二胶合透镜中包括的正透镜的最大阿贝数，并且νdn是第二胶合透镜中包括的负透镜的最小阿贝数。

条件表达式(6)定义最大阿贝数νdp和最小阿贝数νdn。满足条件表达式(6)可以在降低光学***L0的色差方面在场曲的可抑制范围内提供消色差特征。如果该值高于条件表达式(6)中的上限，那么在选取一般透镜玻璃材料时，Petzval和变得如此之大，以至于无法抑制场曲。如果该值低于条件表达式(6)中的下限，那么不能充分校正色差。

在根据各个示例的光学***L0中，可以满足以下条件表达式(7)：

其中

是最接近光学***L0的像平面的透镜的最大有效直径，并且

是光学***L0中包括的透镜的最大有效直径。

条件表达式(7)定义最大有效直径

和

满足条件表达式(7)可以抑制光学***L0的前透镜的直径的增加。如果该值低于条件表达式(7)中的下限，那么光学***L0的前透镜直径变得太大并且光学***L0不利地变大。

可以满足以下条件表达式(8)：

其中

是根据各个示例的光学***L0中最接近物体的透镜的最大有效直径。

条件表达式(8)定义最大有效直径

和

满足条件表达式(8)可以在令人满意地校正光学***L0的离轴像差(诸如彗形像差和场曲)时使光学***L0的透镜形状对称。如果该值高于条件表达式(8)中的上限或低于其中的下限，那么透镜形状的对称性被破坏，并且不能令人满意地校正离轴像差(诸如彗形像差和场曲)。

根据各个示例的光学***L0可以满足以下条件表达式(9)：

0.06<BF/TTL<0.35 (9)

条件表达式(9)定义后焦距BF和总光学长度TTL。满足条件表达式(9)可以缩短光学***L0的总长度。如果后焦距BF变得更长并且该值高于条件表达式(9)中的上限，那么光学***L0的总长度不利地变长。如果该值低于条件表达式(9)中的下限，那么光学***L0与其上部署有图像传感器等的成像平面之间的距离变短，并且用于部署滤色器等的空间变得不可用。

根据各个示例的光学***L0可以满足以下条件表达式(10):

-2.0<fFL1/f<-0.1 (10)

条件表达式(10)定义焦距fFL1和f。在试图促进光学***L0的广角方案时，满足条件表达式(10)可以在球面像差的可抑制范围内以短的光路长度增加入射到第一正透镜上的光束。如果第一子单元FL1的负折光力变得更大并且该值高于条件表达式(10)中的上限，那么不能令人满意地校正球面像差。当第一子单元FL1的负折光力变得更小且该值低于条件表达式(10)中的下限时，使入射在第一正透镜上的光束变宽所需的光路长度变得更长，并且光学***L0不利地变大。

根据各个示例的光学***L0可以满足以下条件表达式(11)：

-22<fRL/f<-5 (11)

其中fRL是后单元RL的焦距。

条件表达式(11)定义焦距fRL和f。满足条件表达式(11)可以减小作为聚焦单元的前单元FL在聚焦期间的延伸量时抑制聚焦期间彗形像差的波动。如果后单元RL中的正透镜的折光力高并且该值高于条件表达式(11)中的上限，那么不能令人满意地抑制聚焦期间彗形像差的波动。如果后单元RL的负折光力变得更小并且该值低于条件表达式(11)中的下限，那么前单元FL在聚焦期间的延伸量不利地变大。

根据各个示例的光学***L0可以满足以下条件表达式(12):

0.2<V<0.6 (12)

其中V是光学***L0在无穷远处对焦状态下的三阶畸变系数。

条件表达式(12)定义畸变系数V。满足条件表达式(12)可以通过增加第一子单元FL的负折光力将入射光瞳位置移动到物侧以试图使光学***L0小，并减小前透镜直径，从而令人满意地校正除畸变以外的各种像差。在此，畸变系数V是由三阶像差理论解释的一般表达式，并由以下表达式表示。

V＝ΣVν(ν是自然数)

下标ν描述了根据各个示例的光学***L0中的各个透镜的表面编号，并且Vν是通过近轴射线追踪获得的从物侧开始计数的第ν个透镜表面的畸变系数。各个透镜表面的畸变系数Vν由以下表达式表示。

组成上述表达式的各个表达式由以下表达式表示：

h_vΔ_v(1/Ns)＝α_v′/N_v′²-α_ν/N_ν ²

上述表达式中使用的九个变量

表示通过第ν个透镜表面的光线、透镜表面的曲率半径和近轴射线追踪中的折射率。h_ν是当从轴上物点发射的光线穿过第ν个透镜表面时在交叉点处光线距光轴的高度。

是当从离轴物点发射的光线穿过第ν个透镜表面时在交叉点处光线距光轴的高度。α_ν是当从轴上物点发射的光线进入第ν个透镜表面时光线与光轴之间的转换倾斜角。

是当从离轴物点发射的光线进入第ν个透镜表面时光线与光轴之间的转换倾斜角。α_ν'是当从轴上物点发射的光线从第v个透镜表面发射时光线与光轴之间的转换倾斜角。

是当从离轴物点发射的光线从第ν个透镜表面发射时光线与光轴之间的转换倾斜角。r_ν是第ν个透镜表面的曲率半径。Nν是第ν个透镜表面的物侧的空间的折射率。Nν'是第ν个透镜表面的像侧的空间的折射率。

本发明中的畸变系数V使用在空气中在无穷远处对焦状态下的值。因此，作为用于射线追踪以获得畸变系数V的初始条件，从轴上物点发射并入射在第一透镜表面上的光线的h₁为1且α₁为0。从离轴物点发射并入射在第一透镜表面的光线的

为-t(其中t是从第一透镜表面到光学***L0的入射光瞳位置的光轴上距离)且

为-1。空气的折射率N为1。第ν个透镜表面的光焦度

为(N_ν'-N_ν)/r_ν，从第ν个透镜表面到第(ν+1)个透镜表面的转换间隔e_ν'为d_ν'/N_ν'(其中d_ν'是从第ν个透镜表面到第(ν+1)个透镜表面的光轴上表面距离)。使用以下三个表达式执行来自轴上物点的射线追踪：

h_ν+1＝h_ν-e_ν’α_ν’

α_ν+1＝α_ν’

使用以下三个表达式执行来自离轴物点的射线追踪：

如果畸变系数V变得大于条件表达式(12)中的上限，那么光学***L0不能令人满意地校正诸如场曲之类的各种像差。如果畸变系数V变得小于条件表达式(12)中的下限，那么不能使第一子单元FL的负折光力足够大，前透镜变大并且光学***L0不利地变大。

根据各个示例的光学***L0可以满足以下条件表达式(13):

-20<dist(ω)<-5 (13)

其中dist(ω)是在无穷远处对焦状态下的最大成像半视角ω处的畸变量。

条件表达式(13)定义畸变量dist(ω)。满足条件表达式(13)通过增加第一子单元FL的负折光力，使入射光瞳位置向物侧移动以试图使光学***L0紧凑，使前透镜直径紧凑，从而令人满意地校正除畸变以外的各种像差。畸变量dist(ω)由y＝f×tanω的投影方法中理想像高y0与实际像高y'的关系式(y'-y0)/y0×100[％]计算。理想像高y0由光学***L0的规格(焦距f和最大成像半视场角ω)给出，而实际像高y'由以最大成像半视角ω从无穷远进入光学***L0的主光线在像平面IP中光线距光轴的高度给出。如果畸变量dist(ω)高于条件表达式(13)中的上限，那么光学***L0不能令人满意地校正诸如场曲之类的各种像差。如果畸变量dist(ω)低于条件表达式(13)中的下限，那么不能充分地使第一子单元FL的负折光力更大，使得前透镜变大并且光学***L0不利地变大。

条件表达式(5)至(13)的数值范围可以设置为以下条件表达式(5a)至(13a)的数值范围:

0.08<Ndp-Ndn<0.22 (5a)

30<νdp-νdn<65 (6a)

0.08<BF/TTL<0.25 (9a)

-1.8<fFL1/f<-0.5 (10a)

-22<fRL/f<-6 (11a)

0.23<V<0.55 (12a)

-18.0<dist(ω)<-5.5 (13a)

条件表达式(5)至(13)的数值范围可以设置为以下条件表达式(5b)至(13b)的数值范围:

0.09<Ndp-Ndn<0.20 (5b)

32<νdp-νdn<60 (6b)

0.09<BF/TTL<0.20 (9b)

-1.5<fFL1/f<-0.8 (10b)

-20<fRL/f<-7 (11b)

0.26<V<0.50 (12b)

-16<dist(ω)<-6 (13b)

在根据各个示例的光学***L0中，前单元FL可以包括部署在第一正透镜的像侧的光圈SP。在前单元FL中，以最大空气间距与第一子单元FL1分开且其凸面面向物体的第一正透镜、第一胶合透镜和第二胶合透镜可以聚集在光圈SP附近，在那里边缘射线高度变大。由此，可以令人满意地校正各种像差(诸如球面像差和纵向色差)，否则这些像差会随着透镜直径变得更大而增加。前单元FL可以包括至少一个非球面透镜，其表面具有其中负折光力在第一子单元FL1的像侧从中心到***变强的形状，以便令人满意地校正场曲。这种配置可以实现在无穷远处对焦状态下具有高光学性能的紧凑光学***L0。

在根据各个示例的光学***L0中，后单元RL可以从物侧到像侧依次包括正透镜和负透镜。部署在物侧的正透镜可以令人满意地抑制彗形像差在聚焦期间的波动。

由于光学***L0允许畸变，因此不必将非球面透镜提供给部署在离轴光线距光轴的高度高的位置处的第一子单元FL1。不使用非球面透镜可以降低制造敏感性。

如在根据示例1至示例4和示例6的光学***L0中，前单元FL可以具有与光圈SP相邻部署的图像稳定透镜单元IS。图像稳定透镜单元IS可以通过在与光学***L0的光轴正交的方向上移动来校正由相机抖动引起的图像模糊。图像稳定透镜单元IS可以包括一个透镜。当图像稳定透镜单元IS包括两个或更多个透镜时，透镜变重，需要高输出致动器来校正相机抖动，并且光学***L0不利地变大。

下面将示出与示例1至示例6对应的数值示例1至数值示例6。

在根据各个数值示例的表面数据中，r表示各个光学表面的曲率半径，并且d(mm)表示第m个表面和第(m+1)个表面之间的轴上距离(光轴上距离)，其中m为从光入射侧算起的表面编号。nd表示各个光学元件的针对d线的折射率，并且νd表示光学元件的阿贝数。某种材料的阿贝数νd表示为：

νd＝(Nd-1)/(NF-NC)

其中Nd、NF和NC是针对夫琅禾费(Fraunhofer)线中d线(587.6nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)的折射率。

在各个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(°)都具有当各个示例中的光学***聚焦在无穷远处的物体(无穷远物体)上时的值。后焦距BF是从最后一个透镜表面(最接近像平面的透镜表面)到近轴图像表面的光轴上空气等效距离。总光学长度是通过在从最前面的透镜表面(最靠近物体的透镜表面)到最后一个透镜表面的光轴上距离上加上后焦距获得的值。透镜单元由单个透镜或多个透镜组成。

当光学表面为非球面表面时，在表面编号的右侧附加*符号。非球面形状如下表达：

x＝(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2]+A4×h⁴+A6×h⁶+A8×h⁸+A10×h¹⁰+A12×h¹²

其中X是光轴方向上相对于表面顶点的位移量，h是在与光轴正交的方向上距光轴的高度，R是近轴曲率半径，k是圆锥常数，A4，A6、A8、A10和A12是各阶非球面系数。此外，各个非球面系数中的“e±XX”表示“x10^±XX”。

数值示例1

单位：mm

表面数据

非球面数据

第13平面

K＝0.00000e+000 A4＝1.51499e-005 A6＝-1.89505e-008 A8＝4.59451e-010A10＝-1.29807e-012 A12＝-2.87757e-015

各种数据

无穷远 近距离

d15 4.37 19.01

透镜单元数据

透镜单元 起始表面 焦距:

FL 1 28.89

RL 16 -394.81

单透镜数据

数值示例2

单位：mm

表面数据

非球面数据

第15表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.14904e-005 A6＝-6.26885e-009 A8＝3.11936e-010A10＝-1.96590e-012 A12＝3.25155e-015

各种数据

无穷远 近距离

d17 1.50 11.92

透镜单元数据

透镜单元 起始表面 焦距:

FL 1 20.75

RL 18 -255.10

单透镜数据

数值示例3

单位：mm

表面数据

非球面数据

第17表面

K＝0.00000e+000 A4＝1.70126e-005 A6＝-2.50325e-009 A8＝1.03885e-010A10＝-5.41918e-013 A12＝1.15952e-015

各种数据

无穷远 近距离

d17 2.56 15.56

透镜单元数据

透镜单元 起始表面 焦距:

FL 1 25.09

RL 18 -459.74

单透镜数据

数值示例4

单位：mm

表面数据

非球面数据

第14表面

K＝0.00000e+000 A4＝-1.52854e-005 A6＝-2.71853e-008 A8＝-4.82286e-010

第15表面

K＝0.00000e+000 A4＝1.02317e-005 A6＝-5.45429e-008 A8＝-1.79351e-010A10＝-8.19774e-013 A12＝-9.61042e-016

各种数据

焦距:20.50

FNO:1.85

半视角(°):46.5

像高:18.60

总光学长度:84.95

BF 11.52

无穷远 近距离

d4 14.19 13.54

d17 1.50 12.50

透镜单元数据

单透镜数据

数值示例5

单位：mm

表面数据

非球面数据

第17表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.83931e-005 A6＝-5.17075e-008 A8＝1.49551e-009A10＝-1.23012e-011 A12＝3.69169e-014

各种数据

无穷远 近距离

d17 2.00 14.96

透镜单元数据

透镜单元 起始表面 焦距:

FL 1 25.25

RL 18 -409.03

单透镜数据

数值示例6

单位：mm

表面数据

非球面数据

第15表面

K＝0.00000e+000 A4＝1.37287e-005 A6＝7.17992e-009 A8＝3.79205e-010A10＝-1.27723e-012 A12＝-3.75238e-016

各种数据

无穷远 近距离

d17 1.50 14.93

d21 11.01 15.41

透镜单元数据

透镜单元 起始表面 焦距:

FL 1 26.07

RL 18 -460.55

单透镜数据

表1示出了与数值示例对应的各种值。

表1

	Ex.1	Ex.2	Ex.3	Ex.4	Ex.5	Ex.6
							f	28.60	20.60	24.72	20.50	24.60	24.72
fFL1	-38.84	-27.34	-34.07	-28.94	-32.40	-31.04
							fRL	-394.81	-255.10	-459.74	-160.42	-409.03	-460.55
x	13.73	23.17	15.32	22.70	14.57	15.88
							BF	13.20	11.00	11.00	11.52	10.50	11.01
TTL	81.00	84.87	81.00	84.95	73.00	81.00
							N dp	1.911	1.900	1.900	1.900	1.804	1.835
Ndn	1.728	1.800	1.728	1.800	1.648	1.728
							vdp	81.50	81.50	81.50	81.50	81.50	59.40
vdn	24.80	24.80	24.80	24.80	24.80	24.80
							φmax	33.52	39.00	33.46	39.00	32.60	33.00
φf	31.47	39.00	33.00	39.00	32.60	33.00
							φr	33.52	31.31	33.46	31.58	31.60	32.24
ω	37.1	46.4	41.2	46.5	41.3	41.2
							fFL1/x	-2.829	-1.180	-2.224	-1.275	-2.224	-1.955
Nave	1.516	1.487	1.516	1.487	1.517	1.501
							BF/f	0.462	0.534	0.445	0.562	0.427	0.445
x/TTL	0.170	0.273	0.189	0.267	0.200	0.196
							Ndp-Ndn	0.183	0.100	0.172	0.100	0.156	0.107
vdp-vdn	56.70	56.70	56.70	56.70	56.70	34.60
							φr/φmax	1.000	0.803	1.000	0.810	0.969	0.977
φf/φr	0.939	1.246	0.986	1.235	1.032	1.024
							8F/TTL	0.163	0.130	0.136	0.136	0.144	0.136
fFL1/f	-1.358	-1.327	-1.378	-1.412	-1.317	-1.256
							fRL/f	-13.80	-12.38	-18.60	-7.83	-16.63	-18.63
V	0.301	0.384	0.382	0.407	0.348	0.343
							distω	-6.773	-13.553	-10.593	-14.015	-10.681	-9.544

图像拾取装置

现在参考图13，将给出使用根据本发明的光学***作为成像光学***的数码静态相机(图像拾取装置)的示例的描述。在图13中，附图标记10表示相机主体，附图标记11表示包括根据示例1至示例6的任何光学***L0的成像光学***。附图标记12表示内置于相机主体中的固态图像传感器(光电转换元件)(诸如CCD传感器或CMOS传感器)，其接收由成像光学***11形成的光学图像，并执行光电转换。相机主体10可以是具有快转镜的所谓的单反相机(single-lens reflex camera)，或者是没有快转镜的所谓的无反相机(mirrorlesscamera)。

如上所述，这个示例可以提供使用根据本发明的光学***L0的具有紧凑透镜的图像拾取装置，诸如数码静态相机。

图像拾取***

图像拾取***(监控相机***)可以包括根据各个示例的光学***L0和控制光学***L0的控制单元(控制器)。在这种情况下，控制单元可以控制光学***L0，使得各个透镜单元在聚焦和图像稳定期间如上所述移动。此时，控制单元不必与光学***L0集成，并且控制单元可以与光学***L0分离。例如，远离驱动光学***L0中的各个透镜的驱动单元(驱动器)的控制单元(控制设备)可以包括发送用于控制光学***L0的控制信号(命令)的传送单元(发射器)。这个控制单元可以远程控制光学***L0。

当诸如遥控器或用于远程控制光学***L0的按钮之类的操作单元被提供给控制单元时，可以响应于用户对操作单元的输入来控制光学***L0。例如，操作单元可以包括无穷远按钮和近距离按钮。在这种情况下，控制单元可以向光学***L0的驱动单元发送信号，使得当用户按下无穷远按钮时，光学***L0的对焦物距增加，而当用户按下近距离按钮时，光学***L0的对焦物距减小。

图像拾取***可以包括诸如液晶面板之类的显示单元，其显示关于光学***L0的物距的信息(移动状态)。关于光学***L0的物距的信息包括例如各个透镜单元的成像倍率(焦点位置)和移动量(移动状态)。然后，用户可以在查看显示单元上示出的关于光学***L0的物距的信息时经由操作单元远程控制光学***L0。显示单元和操作单元可以使用例如触摸面板彼此集成。

各个示例可以提供具有高光学性能并且易于制造的紧凑光学***，以及各自具有该光学***的透镜装置和图像拾取装置。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，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应被赋予最广泛的解释以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (21)

1.一种光学***，从物侧到像侧依次包括具有正折光力并且包括一个或多个被配置为在聚焦期间移动的透镜单元的前单元，以及具有负折光力的负透镜单元，前单元中包括的所述一个或多个透镜单元在从无穷远到近距离聚焦期间向物侧移动，以加宽前单元和负透镜单元之间的距离，

其特征在于：前单元包括第一子单元，第一子单元具有负折光力并且包括部署在作为光学***中包括的正透镜之一的第一正透镜的物侧的、最靠近物体的透镜，以及

其中满足以下条件表达式：

-4.00<fFL1/x<-0.95

1.40<Nave<1.65

0.25<BF/f<0.95

0.13<x/TTL<0.35

其中f是光学***在无穷远处对焦状态下的焦距，fFL1是第一子单元的焦距，Nave是第一子单元的平均折射率，x是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜的像侧的表面到第一正透镜的物侧的表面的光轴上距离，TTL是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜表面到像平面的光轴上距离，并且BF是光学***在无穷远处对焦状态下的后焦距。

2.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于前单元包括部署在第一正透镜的像侧的光圈。

3.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于前单元从物侧到像侧依次包括第一胶合透镜、光圈和第二胶合透镜。

4.根据权利要求3所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

0.07<Ndp-Ndn<0.25

其中Ndp是第一胶合透镜中包括的正透镜的最大折射率，并且Ndn是第一胶合透镜中包括的负透镜的最小折射率。

5.根据权利要求3所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

25<νdp-νdn<70

其中νdp是第二胶合透镜中包括的正透镜的最大阿贝数，并且νdn是第二胶合透镜中包括的负透镜的最小阿贝数。

6.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于前单元包括至少一个位于第一子单元的像侧的非球面透镜。

7.如权利要求1所述的光学***，其特征在于负透镜单元具有正透镜和负透镜。

8.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

其中

是光学***中最靠近像平面的透镜的最大有效直径，并且

是光学***中包括的透镜的最大有效直径。

9.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

其中

是光学***中最靠近物体的透镜的最大有效直径，并且

是光学***中最靠近像平面的透镜的最大有效直径。

10.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

0.06<BF/TTL<0.35。

11.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

-2.0<fFL1/f<-0.1。

12.如权利要求1所述的光学***，其特征在于第一子单元中包括的透镜的数量为两个或更少。

13.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于第一子单元和第一正透镜在前单元中相隔最大空气间距。

14.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于第一子单元中最靠近物体的透镜是具有面向像平面的凹表面的负弯月透镜。

15.如权利要求1所述的光学***，其特征在于第一正透镜在物侧具有凸透镜表面。

16.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

-22<fRL/f<-5

其中fRL是负透镜单元的焦距。

17.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

0.2<V<0.6

其中V是光学***在无穷远处对焦状态下的三阶畸变系数。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的光学***，其特征在于满足以下条件表达式：

-20<dist(ω)<-5

其中ω是光学***在无穷远处对焦状态下的最大成像半视角，并且dist(ω)是光学***在无穷远处对焦状态下的最大成像半视角处的畸变量。

19.一种透镜装置，包括：

根据权利要求1至18中任一项所述的光学***；以及

存储器，被配置为存储关于由光学***形成的图像的畸变量的信息。

20.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1至18中任一项所述的光学***；以及

图像传感器，被配置为接收由光学***形成的图像的光。

21.一种图像拾取装置，包括：

光学***；以及

图像传感器，被配置为接收由光学***形成的图像的光，

其中光学***从物侧到像侧依次包括具有正折光力并且包括一个或多个被配置为在聚焦期间移动的透镜单元的前单元，以及具有负折光力的负透镜单元，前单元中包括的所述一个或多个透镜单元在从无穷远到近距离聚焦期间向物侧移动，以加宽前单元和负透镜单元之间的距离，

其中前单元包括第一子单元，该第一子单元具有负折光力并且包括部署在作为光学***中包括的正透镜之一的第一正透镜的物侧的、最靠近物体的透镜，以及

其中满足以下条件表达式：

-4.00<fFL1/x<-0.95

1.40<Nave<1.65

0.25<BF/f<0.95

0.13<x/TTL<0.35

其中f是光学***在无穷远处对焦状态下的焦距，fFL1是第一子单元的焦距，Nave是第一子单元的平均折射率，x是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜的像侧的表面到第一正透镜的物侧的表面的光轴上距离，TTL是在无穷远处对焦状态下从光学***中最靠近物体的透镜表面到像平面的光轴上距离，并且BF是光学***在无穷远处对焦状态下的后焦距。

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