折反射透鏡系統(tǒng)以及圖像拾取單元的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種折反射透鏡系統(tǒng)包括：包括凹面鏡和凸面鏡和具有正折射力的第一透鏡組；具有正折射力的第二透鏡組；以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組，第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】折反射透鏡系統(tǒng)以及圖像拾取單元
[0001]交叉引用相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2012年10月4日提交的日本優(yōu)先權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)JP2012-221778基于35U.S.C.§ 119的優(yōu)先權(quán)利益，在此通過(guò)引用并入其全部?jī)?nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開(kāi)涉及具有長(zhǎng)焦距和適合靜止圖像拍攝和視頻拍攝的折反射透鏡系統(tǒng)以及使用這樣的折反射透鏡系統(tǒng)的圖像拾取單元。
【背景技術(shù)】
[0004]眾所周知，由反射系統(tǒng)和折射系統(tǒng)構(gòu)成的折反射透鏡系統(tǒng)在縮短整個(gè)透鏡長(zhǎng)度和減小色差方面是非常有利的，具有適合長(zhǎng)焦透鏡的配置。雖然折反射透鏡系統(tǒng)的典型聚焦模式包括像單元聚焦模式那樣改變整個(gè)透鏡長(zhǎng)度的模式和改變兩個(gè)反射表面之間的空間的模式，但存在整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度不變的內(nèi)部聚焦模式折反射透鏡系統(tǒng)。例如，日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)公告第S58-205124號(hào)公開(kāi)了包括包括反射件和具有正折射力的第一透鏡組、可沿著光軸移動(dòng)和具有負(fù)折射力的第二透鏡組和具有正折射力的第三透鏡組的折反射透鏡系統(tǒng)，第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。在公開(kāi)在日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)公告第S58-205124號(hào)中的折反射透鏡系統(tǒng)中，利用處在聚焦到無(wú)窮遠(yuǎn)的狀態(tài)下的第一透鏡組和第二透鏡組以及第二透鏡組朝著像面?zhèn)刃羞M(jìn)使折反射透鏡系統(tǒng)聚焦在短距離上的物體上來(lái)形成遠(yuǎn)焦系統(tǒng)。
[0005]另一方面，近年來(lái)，已經(jīng)提供了作為沒(méi)有快速返回反射鏡的單鏡頭反射式攝像機(jī)的所謂單鏡頭無(wú)反射鏡攝 像機(jī)。由于除去了快速返回反射鏡，所以使攝像機(jī)的機(jī)身小型化，并且顯著提高了攜帶方便性。由于與單鏡頭反射式攝像機(jī)不同，在單鏡頭無(wú)反射鏡攝像機(jī)中，光線不斷地到達(dá)用于圖像拾取的圖像拾取器件，所以單鏡頭無(wú)反射鏡攝像機(jī)適合高質(zhì)量視頻拍攝。此外，所謂的擺動(dòng)技術(shù)是眾所周知的。在擺動(dòng)技術(shù)中，為了在視頻拍攝期間一直聚焦在相對(duì)于攝像機(jī)來(lái)回運(yùn)動(dòng)的物體上，使透鏡作輕微振動(dòng)，并沿著可達(dá)到高對(duì)比度的方向移動(dòng)。為了使聚焦組進(jìn)行擺動(dòng)操作，優(yōu)選地使聚焦組具有作為聚焦模式的內(nèi)部聚焦模式，并且被配置成尺寸和重量盡可能小。當(dāng)聚焦組的尺寸和重量減小時(shí)，可實(shí)現(xiàn)包括聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的整個(gè)透鏡的尺寸的減小，以及也可實(shí)現(xiàn)聚焦驅(qū)動(dòng)引起的功耗的減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在折反射透鏡采用單元聚焦模式作為聚焦模式的情況下，聚焦的透鏡延伸量隨著透鏡的焦距增大而增大；因此，采用這種模式的折反射透鏡不適合小型化。此外，由于驅(qū)動(dòng)部分的重量較重，所以大的驅(qū)動(dòng)力是必不可少的，并且難以通過(guò)擺動(dòng)操作應(yīng)付視頻拍攝。在折反射透鏡采用改變兩個(gè)反射表面之間的空間的模式作為聚焦模式的情況下，可以極大地減小透鏡延伸量；但是，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要大的驅(qū)動(dòng)力，并且與上述單元聚焦模式一樣難以應(yīng)付視頻拍攝。進(jìn)一步，兩個(gè)反射表面之間的偏心率對(duì)光學(xué)性能極其敏感，并且在制造時(shí)難以充分減小由聚焦引起的偏心率。進(jìn)一步，由于兩個(gè)反射表面之間的距離的改變?cè)诠鈱W(xué)上也是極其敏感的，所以設(shè)計(jì)上的問(wèn)題仍然在于近距離聚焦期間像差的起伏增大。
[0007]在公開(kāi)在日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)公告第S58-205124號(hào)中的折反射透鏡系統(tǒng)中，由于采用了內(nèi)部聚焦模式作為聚焦模式，所以聚焦組無(wú)需重反射鏡式透鏡，并且允許減小驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力。但是，由于聚焦組在兩個(gè)反射表面之間，或在反射表面附近行進(jìn)，所以難以保證有足夠的空間布置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并因此使得透鏡尺寸增大。此外，由于折反射透鏡系統(tǒng)是長(zhǎng)焦距的透鏡，所以手的運(yùn)動(dòng)會(huì)使拍攝的畫(huà)面變模糊，但折反射透鏡系統(tǒng)不包括防振機(jī)構(gòu)。于是，難以減小手的運(yùn)動(dòng)的影響。為了減少手的運(yùn)動(dòng)的影響，有必要包括防振組。進(jìn)一步，由于折反射透鏡系統(tǒng)包括具有正折射力的第一透鏡組、具有負(fù)折射力的第二透鏡組和具有正折射力的第三透鏡組，減小通過(guò)與圖像拾取器件最接近的表面的最外面光束相對(duì)于光軸的角度會(huì)使到圖像拾取器件上形成圖像的位置的距離增大，有必要具有長(zhǎng)的后焦距；因此，折反射透鏡系統(tǒng)在小型化方面是不利的。更進(jìn)一步，進(jìn)行將孔鉆過(guò)反射鏡式透鏡的處理，以及在孔部附近設(shè)置固定光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)是極其困難的。另外，由于在制造時(shí)難以減小由對(duì)光學(xué)性能敏感的聚焦引起的偏心率，以及難以減小近距離聚焦期間像差的起伏，所以有必要讓折反射透鏡系統(tǒng)由大量透鏡構(gòu)成。其結(jié)果是，存在聚焦組的重量增大以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大型化的問(wèn)題。
[0008]最好是提供尺寸小、重量輕、和焦距長(zhǎng)的折反射透鏡系統(tǒng)以及包括這樣折反射透鏡系統(tǒng)的圖像拾取單元。
[0009]按照本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，提供了包括如下的折反射透鏡系統(tǒng):包括凹面鏡和凸面鏡和具有正折射力的第一透鏡組；具有正折射力的第二透鏡組；以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組，第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
[0010]按照本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，提供了設(shè)置有折反射透鏡系統(tǒng)和圖像拾取器件的圖像拾取單元，該圖像拾取器件被配置成輸出與該折反射透鏡系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像相對(duì)應(yīng)的圖像拾取信號(hào)，該折反射透鏡系統(tǒng)包括:包括凹面鏡和凸面鏡和具有正折射力的第一透鏡組；具有正折射力的第二透鏡組；以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組，第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
[0011]在按照本公開(kāi)實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)和圖像拾取單元中，雖然透鏡系統(tǒng)采用了在第一透鏡組中包括凹面鏡和凸面鏡的折反射配置，但實(shí)現(xiàn)了整個(gè)折射力布置的優(yōu)化和每個(gè)透鏡組的配置的優(yōu)化。
[0012]在按照本公開(kāi)實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)和圖像拾取單元中，雖然透鏡系統(tǒng)采用對(duì)長(zhǎng)焦距有利的折反射配置，但實(shí)現(xiàn)了整個(gè)折射力布置的優(yōu)化和每個(gè)透鏡組的配置的優(yōu)化；因此，可獲得尺寸小、重量輕、和焦距長(zhǎng)的光學(xué)系統(tǒng)。
[0013]應(yīng)該理解的是，前面的一般描述和下面的詳細(xì)描述兩者都是示范性的，旨在提供如要求保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]包括附圖是為了使本技術(shù)得到進(jìn)一步理解，將其并入本說(shuō)明書(shū)中構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。這些附圖例示了一些實(shí)施例，并與本說(shuō)明書(shū)一起，用于說(shuō)明本技術(shù)的原理。
[0015]圖1是例示按照本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的第一配置示例的剖視圖；[0016]圖2是例示該折反射透鏡系統(tǒng)的第二配置示例的剖視圖；
[0017]圖3是例示該折反射透鏡系統(tǒng)的第三配置示例的剖視圖；
[0018]圖4是例示該折反射透鏡系統(tǒng)的第四配置示例的剖視圖；
[0019]圖5是例示聚焦在與數(shù)值示例I相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的無(wú)窮遠(yuǎn)上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0020]圖6是例示聚焦在與數(shù)值示例I相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的中等距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0021]圖7是例示聚焦在與數(shù)值示例I相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的最小距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0022]圖8是例示與數(shù)值示例I相對(duì)應(yīng)的沒(méi)有防振的折反射透鏡系統(tǒng)的橫向像差的像差圖；
[0023]圖9是例示與數(shù)值示例I相對(duì)應(yīng)的有防振的折反射透鏡系統(tǒng)的橫向像差的像差圖；
[0024]圖10是例示聚焦在與數(shù)值示例2相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的無(wú)窮遠(yuǎn)上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0025]圖11是例示聚焦在與數(shù)值示例2相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的中等距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0026]圖12是例示聚焦在與數(shù)值示例2相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的最小距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0027]圖13是例示聚焦在與數(shù)值示例3相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的無(wú)窮遠(yuǎn)上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0028]圖14是例示聚焦在與數(shù)值示例3相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的中等距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0029]圖15是例示聚焦在與數(shù)值示例3相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的最小距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0030]圖16是例示聚焦在與數(shù)值示例4相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的無(wú)窮遠(yuǎn)上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0031]圖17是例示聚焦在與數(shù)值示例4相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的中等距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；
[0032]圖18是例示聚焦在與數(shù)值示例4相對(duì)應(yīng)的折反射透鏡系統(tǒng)的最小距離上時(shí)的球差、像散和畸變的像差圖；以及
[0033]圖19是例示圖像拾取單元的配置示例的方塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面參照附圖詳細(xì)描述本公開(kāi)的一些實(shí)施例。要注意的是，該描述按如下次序給出。
[0035]1.透鏡的基本配置
[0036]2.功能和效果
[0037]3.對(duì)圖像拾取單元的應(yīng)用示例[0038]4.透鏡的數(shù)值示例
[0039]5.其他實(shí)施例
[0040][1.透鏡的基本配置]
[0041]圖1例示了按照本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的第一配置示例。該配置示例對(duì)應(yīng)于后面將描述的數(shù)值示例I的透鏡配置。同樣，圖2到4例示了分別對(duì)應(yīng)于后面將描述數(shù)值示例2到4的透鏡配置的第二到第四配置示例。在圖1等中，“Simg”代表像面，以及“Z1”代表光軸。
[0042]盡管與例示在圖1等中的配置示例相對(duì)應(yīng)地適當(dāng)描述按照本公開(kāi)實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的配置，但本公開(kāi)的技術(shù)不局限于例示在這些圖中的配置示例。
[0043]按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)包括包括凹面鏡L12A和凸面鏡L13和具有正折射力的第一透鏡組GRl、具有正折射力的第二透鏡組GR2以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組GR3，第一到第三透鏡組GRl到GR3沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
[0044]要注意的是，例如，在圖1中的第一配置示例中，第一透鏡組GRl包括具有在物面?zhèn)鹊牡谝槐砻婧驮谙衩鎮(zhèn)鹊牡诙砻娴膹澰滦瓮哥RL12。第一表面是凹透明表面，第二表面具有在外圍區(qū)中的反射表面和在中心區(qū)中的透明表面。凹面鏡L12A在外圍區(qū)中形成，透射-折射透鏡部分L12B在中心區(qū)中形成。凸面鏡L13具有在物面?zhèn)鹊牡谌砻婧驮谙衩鎮(zhèn)鹊牡谒谋砻?。第三表面是反射表面，第四表面是凸透明表面?br> [0045]第二透鏡組GR2優(yōu)選地可以布置在凹面鏡L12A的像面?zhèn)取４送?，第二透鏡組GR2沿著與光軸Zl平行的方向的行進(jìn)可以?xún)?yōu)選地使折反射透鏡系統(tǒng)聚焦在短距離上的物體上。第二透鏡組GR2優(yōu)選地可由一個(gè)凸透鏡L21組成。
[0046]第三透鏡組GR3包括處在其最物面?zhèn)任恢蒙系陌纪哥RL31，優(yōu)選地可以通過(guò)沿著與光軸Zl垂直的方向移動(dòng)凹透鏡L31進(jìn)行防振。
[0047]按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)優(yōu)選地滿(mǎn)足以下預(yù)定條件表達(dá)式等。
[0048][2.功能和效果]
[0049]接著，下面描述按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的功能和效果。
[0050]在按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)中，允許將其透鏡尺寸小型化到對(duì)于使用折光系統(tǒng)的長(zhǎng)焦距透鏡來(lái)說(shuō)不切實(shí)際的尺寸。在該折反射透鏡系統(tǒng)中，通過(guò)具有正折射力的第一透鏡組GR的光線通過(guò)具有正折射力的第二透鏡組GR2，然后通過(guò)具有負(fù)折射力的第三透鏡組GR3，從而增大通過(guò)與圖像拾取器件最接近的表面的最外面光束相對(duì)于光軸Z的角度。因此，允許減小到圖像拾取器件上形成圖像的位置的距離(后焦距)，以及允許減小整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度。因此，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)透鏡的小型化。
[0051]由于按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)包括具有正折射力的第一透鏡組GRl、具有正折射力的第二透鏡組GR2以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組GR3，所以在減小聚焦組的尺寸和重量方面是有利的，并且允許減小包括聚焦組的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透鏡尺寸。更具體地說(shuō)，當(dāng)布置在凹面鏡L12A的像面?zhèn)鹊牡诙哥R組GR2用作聚焦組時(shí)，允許減小該聚焦組的尺寸和重量。由于允許減小該聚焦組的尺寸和重量，所以在視頻拍攝期間允許進(jìn)行擺動(dòng)操作，并且即使在視頻拍攝期間也可以順利地一直聚焦在物體上。尤其，當(dāng)聚焦組由一個(gè)凸透鏡L12構(gòu)成時(shí)，允許減小為聚焦移動(dòng)的透鏡組的重量，允許小型化配置成驅(qū)動(dòng)聚焦組的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及允許小型化鏡筒。因此，在保證透鏡尺寸減小的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)低功耗的高速聚焦。[0052]此外，在按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)中，允許沿著與光軸Zl垂直的方向移動(dòng)處在第三透鏡組GR3的最物面?zhèn)任恢蒙系陌纪哥RL31以便起防振組的作用。防振組對(duì)減小在黑暗地方拍攝，或拍攝運(yùn)動(dòng)物體時(shí)引起的手的運(yùn)動(dòng)的影響有較大效果。
[0053](條件表達(dá)式描述)
[0054]按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)被允許通過(guò)優(yōu)化各個(gè)透鏡組的配置，以便滿(mǎn)足一個(gè)或多個(gè)以下條件表達(dá)式，優(yōu)選地滿(mǎn)足兩個(gè)或更多個(gè)以下條件表達(dá)式的組合達(dá)到更有利的性能。、
[0055]0<f2/f<0.4......(I)，
[0056]其中f2是第二透鏡組GR2的焦距，以及
[0057]f是聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)上的物體上的折反射透鏡系統(tǒng)的總焦距。
[0058]當(dāng)f2/f大于條件表達(dá)式(I)的上限時(shí)，第二透鏡組GR2的力變得太弱，在減小整個(gè)長(zhǎng)度方面是不利的。相反，當(dāng)f2/f小于條件表達(dá)式(I)的下限時(shí)，第二透鏡組GR2的力變得太強(qiáng)，使聚焦起伏增大。因此，在保持高光學(xué)性能的同時(shí)，允許通過(guò)設(shè)置條件表達(dá)式(I)的數(shù)值范圍減小整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度。
[0059]要注意的是，為了達(dá)到較高光學(xué)性能，條件表達(dá)式(I)的數(shù)值范圍優(yōu)選地可以設(shè)置成如下條件表達(dá)式(I)'。
[0060]0.05<f2/f<0.3......(I)'，
[0061]-2.0<f3/f<0......(2)，
[0062]其中f3是第三透鏡組GR3的焦距。
[0063]當(dāng)f3/f大于條件表達(dá)式(2)的上限時(shí)，第三透鏡組GR3的力變得太弱，使防振期間的性能極大地下降。相反，當(dāng)f3/f小于條件表達(dá)式(2)的下限時(shí)，第三透鏡組GR3的力變得太強(qiáng)，在減小整個(gè)長(zhǎng)度方面是不利的。因此，在保持高光學(xué)性能的同時(shí)，允許通過(guò)設(shè)置條件表達(dá)式(2)的數(shù)值范圍減小整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度。
[0064]要注意的是，為了達(dá)到較高光學(xué)性能，條件表達(dá)式(2)的數(shù)值范圍優(yōu)選地可以設(shè)置成如下條件表達(dá)式(2)'。
[0065]1.5<f3/f<0......(2)'，
[0066]2.0〈 (r2+rl) / (r2-rl) <10......(3)，
[0067]其中rl是凹面鏡L12A的第一表面上的曲率半徑，以及
[0068]r2是凹面鏡L12A的第二表面上的曲率半徑。
[0069]條件表達(dá)式(2)定義包括在第一透鏡組GRl中的凹面鏡L12A的形狀。當(dāng)(r2+rl)/(r2-rl)大于條件表達(dá)式(3)的上限時(shí)，球差朝著負(fù)向大幅度偏移，像散朝著正向大幅度偏移，相反，當(dāng)(r2+rl)/(r2-rl)小于條件表達(dá)式(3)的下限時(shí)，球差朝著負(fù)向大幅度偏移，像散朝著負(fù)向大幅度偏移；因此，難以順利地校正像差。因此，在保持高光學(xué)性能的同時(shí)，允許通過(guò)設(shè)置條件表達(dá)式(3)的數(shù)值范圍減小整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度。
[0070]要注意的是，為了達(dá)到較高光學(xué)性能，條件表達(dá)式(3)的數(shù)值范圍優(yōu)選地可以設(shè)置成如下條件表達(dá)式(3)'。
[0071]4.0<(r2+rl)/(r2-rl)<9.5......(3)'，
[0072]0〈 (r3+r4) / (r3~r4) <8.0......(4)，
[0073]其中r3是凸面鏡L13的第三表面的曲率半徑，以及[0074]r4是凸面鏡L13的第四表面的曲率半徑。
[0075]條件表達(dá)式(4)定義包括在第一透鏡組GRl中的凸面鏡L13的形狀。當(dāng)(r3+r4)/(r3-r4)大于條件表達(dá)式(4)的上限時(shí)，球差朝著正向大幅度偏移，像散朝著負(fù)向大幅度偏移，相反，當(dāng)(r3+r4)/(r3-r4)小于條件表達(dá)式(4)的下限時(shí)，球差朝著負(fù)向大幅度偏移，像散朝著正向大幅度偏移；因此，難以順利地校正像差。因此，在保持高光學(xué)性能的同時(shí)，允許通過(guò)設(shè)置條件表達(dá)式(4)的數(shù)值范圍減小整個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度。
[0076]要注意的是，為了達(dá)到較高光學(xué)性能，條件表達(dá)式(4)的數(shù)值范圍優(yōu)選地可以設(shè)置成如下條件表達(dá)式(4)'。
[0077]2.0〈 (r3+r4) / (r3-r4) <7.0......(4)'。
[0078]因此，在該實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)具有對(duì)長(zhǎng)焦距有利的折反射配置，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)折射力布置的優(yōu)化和每個(gè)透鏡組的配置的優(yōu)化；因此，可獲得尺寸小、重量輕和焦距長(zhǎng)的光學(xué)系統(tǒng)。
[0079][對(duì)圖像拾取單元的應(yīng)用示例]
[0080]圖19例示了應(yīng)用按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的圖像拾取單元100的配置示例。圖像拾取單元100可以是，例如，數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)，包括攝像機(jī)方塊10、攝像機(jī)信號(hào)處理部分20、圖像處理部分30、IXD (液晶顯示器)40、R/W (讀寫(xiě)器)50、CPU (中央處理單元)60和輸入部分70
[0081]攝像機(jī)方塊10具有圖像拾取功能，包括包括作為圖像拾取透鏡的透鏡系統(tǒng)11(折反射透鏡系統(tǒng)1，2，3或4)和像CXD (電荷耦合器件)和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)那樣的圖像拾取器件12的光學(xué)系統(tǒng)。圖像拾取器件12將透鏡系統(tǒng)11形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以便輸出與光學(xué)圖像相對(duì)應(yīng)的圖像拾取信號(hào)(圖像信號(hào))。
[0082]攝像機(jī)信號(hào)處理部分20對(duì)從圖像拾取器件12輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行各種信號(hào)處理(如，模數(shù)轉(zhuǎn)換、噪聲消除、圖像質(zhì)量校正和轉(zhuǎn)換成亮度-色度信號(hào))。
[0083]圖像處理部分30執(zhí)行記錄和再現(xiàn)圖像信號(hào)的處理，并根據(jù)預(yù)定圖像數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)規(guī)范(如，分辨率)轉(zhuǎn)換等對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼和解壓解碼。
[0084]IXD40具有顯示用戶(hù)在輸入部分70上的操作的狀態(tài)以及像拍攝的圖像那樣的各種數(shù)據(jù)的功能。R/W50將通過(guò)圖像處理部分30編碼的圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)卡1000中，并讀取記錄在存儲(chǔ)卡1000上的圖像數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)卡1000可以是，例如，可附接在與R/W50相連的插槽上或可從與R/W50相連的插槽上卸下的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
[0085]CPU60起控制包括在圖像拾取單元100中的每個(gè)電路塊的控制處理部分的作用，CPU60根據(jù)來(lái)自輸入部分70等的指令輸入信號(hào)控制每個(gè)電路塊。輸入部分70由允許用戶(hù)進(jìn)行所希望操作的各種開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，并且可以由，例如，進(jìn)行快門(mén)操作的快門(mén)釋放按鈕、選擇操作模式的選擇器開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。輸入部分70將與用戶(hù)的操作相對(duì)應(yīng)的指令輸入信號(hào)輸出到CPU60。透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80根據(jù)來(lái)自CPU60的控制信號(hào)，控制布置在攝像機(jī)方塊10中的透鏡的驅(qū)動(dòng)，以及控制驅(qū)動(dòng)透鏡系統(tǒng)11的每個(gè)透鏡的電機(jī)等(未例示出來(lái))。
[0086]盡管未例示出來(lái)，但圖像拾取單元100包括檢測(cè)由手的運(yùn)動(dòng)引起的圖像拾取單元100的振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)部分。
[0087]下面描述圖像拾取單元100的操作。
[0088]在等待拍攝模式下，在CPU60的控制下，通過(guò)攝像機(jī)信號(hào)處理部分20將利用透鏡方塊10捕獲的圖像信號(hào)輸出到IXD40,并顯示成通過(guò)攝像機(jī)顯示的圖像(camera-throughimage)。例如，當(dāng)從輸入單元70輸入聚焦的指令輸入信號(hào)時(shí)，CPU60將控制信號(hào)輸出到透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80，并根據(jù)透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80的控制移動(dòng)透鏡系統(tǒng)11的預(yù)定透鏡。
[0089]當(dāng)響應(yīng)來(lái)自輸入部分70的指令輸入信號(hào)操作攝像機(jī)方塊10中的快門(mén)(未例示出來(lái))時(shí)，將捕獲的圖像信號(hào)從攝像機(jī)信號(hào)處理部分20輸出到圖像處理部分30以便加以壓縮編碼，并以預(yù)定數(shù)據(jù)格式將處理后信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出到R/W50，并寫(xiě)入存儲(chǔ)卡1000中。
[0090]要注意的是，由透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80根據(jù)來(lái)自CPU60的控制信號(hào)，例如，當(dāng)輸入部分70的快門(mén)釋放按鈕被按下一半或完全按下來(lái)記錄(拍攝)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)透鏡系統(tǒng)11的預(yù)定透鏡進(jìn)行聚焦。
[0091]當(dāng)再現(xiàn)記錄在存儲(chǔ)卡1000上的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，由R/W50按照輸入部分70上的操作從存儲(chǔ)卡1000中讀取預(yù)定圖像數(shù)據(jù)，并由圖像處理部分30解壓解碼該圖像數(shù)據(jù)以形成再現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)。然后，將再現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)輸出到IXD40，于是顯示再現(xiàn)的圖像。
[0092]此外，CPU60根據(jù)從振動(dòng)檢測(cè)部分(未例示出來(lái))輸出的信號(hào)操作透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80，使透鏡組按照振動(dòng)量沿著與光軸Zl大體垂直的方向偏移來(lái)防振。
[0093]要注意的是，在上述實(shí)施例中，描述了應(yīng)用圖像拾取單元作為數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的示例。但是，圖像拾取 單元的應(yīng)用范圍不局限于數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)，而是可以應(yīng)用圖像拾取單元100作為其他各種電子裝置，例如，鏡頭可換攝像機(jī)和數(shù)字視頻攝像機(jī)的任何一種或幾種。
[0094][示例]
[0095](4.透鏡的數(shù)值示例)
[0096]接著，下面將描述按照該實(shí)施例的折反射透鏡系統(tǒng)的具體數(shù)值示例。
[0097]要注意的是，例示在如下的表格和描述中的標(biāo)號(hào)的含義如下?！氨砻嫣?hào)”是在入射光的光路上和沿著入射光的行進(jìn)方向依次遞增的第i表面的號(hào)碼?！癛i”是第i表面的近軸曲率半徑(mm)?！癉i”是光軸上第i表面與第i+Ι表面之間的距離?！癗i”是具有第i表面的光學(xué)元件材料在d線(具有587.6nm的波長(zhǎng))上的折射率值?！皏i”是具有第i表面的光學(xué)元件材料在d線上的阿貝(Abbe)數(shù)。作為“Ri”的值的?”代表平面，或孔徑光闌(St)。在“表面號(hào)”中具有“ST0”的表面是孔徑光闌St。
[0098]在“表面號(hào)”中具有“ASP”的表面是非球面。非球面的形狀通過(guò)如下非球面表達(dá)式表示，其中“X”是沿著光軸方向相對(duì)于透鏡表面的頂點(diǎn)的距離(凹陷量)，“Y”是沿著與光軸方向垂直的方向的高度，“ c ”是透鏡頂點(diǎn)上的近軸曲率(曲率半徑的倒數(shù))，“K”是cornic常數(shù)，以及“Ai”是第i階非球面系數(shù)，其中“i”是3或更大的整數(shù)。要注意的是，在后面將描述的示出非球面系數(shù)的各個(gè)表格中，“E-1”是底數(shù)為10的冪的指數(shù)，即，“104”。例如，“0.12345E-05” 的意思是 “0.12345X 10-5”。
[0099](非球面表達(dá)式)
[0100]x=cY2/ [1+ {1- (1+K) c2Y2}1/2] + Σ Ai.Yi
[0101](各個(gè)數(shù)值示例共有的配置)
[0102]按照如下各個(gè)數(shù)值示例的折反射透鏡系統(tǒng)具有上述基本透鏡配置和滿(mǎn)足優(yōu)選條件的配置。按照各個(gè)數(shù)值示例的折反射透鏡系統(tǒng)每一種都包括包括凹面鏡L12A和凸面鏡L13和具有正折射力的第一透鏡組GRl、具有正折射力的第二透鏡組GR2以及具有負(fù)折射力的第三透鏡組GR3。第一到第三透鏡組GRl到GR3沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
[0103]第一透鏡組GRl包括沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上的凸透鏡LI 1、凹表面朝著物面?zhèn)鹊膹澰滦瓮哥RL12、凸面鏡L13和凹透鏡L14。在凹表面朝著物面?zhèn)鹊膹澰滦瓮哥RL12的外圍區(qū)中，通過(guò)在彎月形透鏡L12的外圍區(qū)的像面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬煞瓷浔砻嫘纬砂济骁RL12A，在彎月形透鏡L12的中心區(qū)中形成透射-折射透鏡部分L12B。此外，通過(guò)在凸表面朝著像面?zhèn)鹊膹澰滦瓮哥R的物面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬煞瓷浔砻嫘纬赏姑骁RL13。將凸面鏡L13布置在凸透鏡Lll與彎月形透鏡L12之間。要注意的是，入射在第一透鏡組GRl的光束依次通過(guò)凸透鏡LI 1、凹面鏡L12A、凸面鏡L13、彎月形透鏡L12的透鏡部分L12B和凹透鏡L14。
[0104]將第二透鏡組GR2布置在凹面鏡L12A的像面?zhèn)?。第二透鏡組GR2沿著與光軸Zl平行的方向行進(jìn)使折反射透鏡系統(tǒng)聚焦在短距離上的物體上。第二透鏡組GR2由一個(gè)凸透鏡L21構(gòu)成。將孔徑光闌St布置在第二透鏡組GR2的像面?zhèn)龋诰劢箷r(shí)，孔徑光闌St與第二透鏡組GR2 —起整體行進(jìn)。
[0105]第三透鏡組GR3從物面?zhèn)乳_(kāi)始依次包括凹透鏡L31和彎月形透鏡L32。通過(guò)沿著與光軸Zl垂直的方向移動(dòng)凹透鏡L31來(lái)防止振動(dòng)。
[0106]將像密封玻璃那樣用于圖像拾取器件保護(hù)的光學(xué)件SG和各種濾光器的任何一種或幾種布置在第三透鏡組GR3與像面Simg之間。
[0107][數(shù)值示例I]
[0108]表I?3例示了與例示在圖1中的按照第一配置示例的折反射透鏡系統(tǒng)I相對(duì)應(yīng)的具體數(shù)值示例。更具體地說(shuō)，表I例示了基本透鏡數(shù)據(jù)，表2例示了非球面的數(shù)據(jù)，以及表3例示了其他數(shù)據(jù)。
[0109]在數(shù)值示例I中，第一透鏡組GRl中的凹透鏡L14的兩個(gè)表面和第二透鏡組GR2中的凸透鏡L21的兩個(gè)表面都是非球面。表2與cornic常數(shù)K的數(shù)值一起分別例示了四階、六階、八階和十階非球面系數(shù)A4、A6、AS和AlO的數(shù)值。
[0110]表3例示了聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)上、聚焦在中等距離(1/40的放大倍數(shù))上和聚焦在最小物距(MOD)上時(shí)的焦距f、F數(shù)(光圈數(shù))Fno和半視角ω。在數(shù)值示例I中，當(dāng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)與最小物距之間時(shí)，改變第二透鏡組GR2之前和之后的表面間隔D12和D15。表3還例示了聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)上、聚焦在中等距離上和聚焦在最小物距上時(shí)表面間隔D12和D15的數(shù)值。
[0111][表I]
[0112]
【權(quán)利要求】
1.一種折反射透鏡系統(tǒng)，其包含: 包括凹面鏡和凸面鏡和具有正折射力的第一透鏡組； 具有正折射力的第二透鏡組；以及 具有負(fù)折射力的第三透鏡組， 第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
2.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中將該第二透鏡組布置在該凹面鏡的像面?zhèn)取?br> 3.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中該第二透鏡組沿著與光軸平行的方向行進(jìn)使該折反射透鏡系統(tǒng)聚焦在短距離上的物體上。
4.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中 該第三透鏡組包括處在其最物面?zhèn)任恢蒙系陌纪哥R；以及 沿著與光軸垂直的方向移動(dòng)該凹透鏡使該折反射透鏡系統(tǒng)可以防振。
5.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中滿(mǎn)足如下條件表達(dá)式: 0<f2/f<0.4......(I), 其中f2是第二透鏡組的焦距，以及 f是聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)上的物體上的折反射透鏡系統(tǒng)的總焦距。
6.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中滿(mǎn)足如下條件表達(dá)式: -2.0<f3/f<0......(2)， 其中f3是第三透鏡組的焦距。
7.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中 該凹 面鏡具有在物面?zhèn)鹊牡谝槐砻婧驮谙衩鎮(zhèn)鹊牡诙砻妫谝槐砻媸前纪该鞅砻?，第二表面具有在外圍區(qū)中的反射表面和在中心區(qū)中的透明表面， 滿(mǎn)足如下條件表達(dá)式: 2.0<(r2+rl)/(r2-rl)<10......(3)， 其中rl是該凹面鏡的第一表面的曲率半徑；以及 r2是該凹面鏡的第二表面的曲率半徑。
8.如權(quán)利要求1所述的折反射透鏡系統(tǒng)，其中 該凹面鏡具有在物面?zhèn)鹊牡谌砻婧驮谙衩鎮(zhèn)鹊牡谒谋砻?，第三表面是反射表面，第四表面是凹透明表面? 滿(mǎn)足如下條件表達(dá)式:
0〈 (r3+r4) / (r3-r4) <8.0......(4)， 其中r3是該凸面鏡的第三表面的曲率半徑；以及 r4是該凸面鏡的第四表面的曲率半徑。
9.一種設(shè)置有折反射透鏡系統(tǒng)和圖像拾取器件的圖像拾取單元，該圖像拾取器件被配置成輸出與該折反射透鏡系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像相對(duì)應(yīng)的圖像拾取信號(hào)，該折反射透鏡系統(tǒng)包含: 包括凹面鏡和凸面鏡和具有正折射力的第一透鏡組； 具有正折射力的第二透鏡組；以及 具有負(fù)折射力的第三透鏡組， 第一到第三透鏡組沿著入射光的行進(jìn)方向依次設(shè)置在入射光的光路上。
【文檔編號(hào)】G02B13/00GK103713378SQ201310460483
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月4日
【發(fā)明者】永松廣大, 畠山丈司 申請(qǐng)人:索尼公司