CN1437038A - 光学系统和光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的光学系统和光学装置,该光学系统是功耗小,声音静,应答时间短,机械结构简单,有助于降低成本,同时尽管外径细,体积小,但仍能聚焦和变焦。本发明的光学系统具有可调反射镜和移动的光学元件组。并且,光学元件组具有改变放大率功能,可调反射镜具有对焦功能。本发明的光学装置具有上述光学系统。

Description

光学系统和光学装置
技术领域
本发明涉及包括变焦透镜、变焦衍射光学元件、可调偏角棱镜、变焦反射镜等光学特性可调光学元件的光学系统。并且,例如涉及照相机和数码相机、电视摄像机的取景器、望远镜、双筒望远镜、显微镜等的观察光学系统、眼镜、视频投影仪、照相机、数码相机、电视摄像机、内视镜、等光学装置。
背景技术
过去的透镜采用对玻璃进行研磨而制成的透镜或者进行成形而制造的透镜,透镜本身不能调节焦距,所以,为了在某光学系统中进行调焦和变焦,必须在光轴方向上移动透镜组,因此,机械结构很复杂。
并且,为了使透镜组的一部分移动,采用了马达等,所以,其缺点是消耗功率大、声音刺耳、响应时间长,透镜移动所需要的时间长等。
发明的内容
本发明正是鉴于现有技术存在的这种问题而提出的,其目的在于提供以下光学系统,例如照相机和数码相机、电视摄像机和带有摄像机功能的移动电话的摄像光学系统、取景器、望远镜、双筒望远镜、显微镜等的观察光学系统、内视镜、监视用摄像机和小型数码相机的摄像光学系统等,在这些光学系统中,消耗功率小,声音小,响应时间短,机械结构简单,有助于降低成本,同时尽管外径细,体积小,但仍能调焦和变焦。并且,不言而喻本发明除了用于上述光学系统外,还能用于机器人的眼睛、带有摄像功能的移动电话机、门镜用相机和车载相机等。
本发明的光学系统和光学装置例如有以下内容。
变焦光学系统,其特征在于具有光学特性可调光学元件以及移动的光学元件组,上述移动的光学元件组具有改变放大倍数功能;上述光学特性可调光学元件具有对焦功能。
光学系统,其特征在于具有附带变焦或聚焦功能的光学特性可调光学元件,该光学特性可调光学元件的结构是:当变焦时或聚焦时向规定方向上移动。
光学系统,其特征在于具有其结构是向规定方向移动的光学特性可调光学元件,它能满足以下条件:
o<|x|/f<1
其中,x是上述光学特性可调光学元件可调的最大移动量,f是在除掉光学特性可调光学元件的状态下的上述光学系统的焦距。
变焦光学系统其特征在于具有:光学特性可调光学元件、移动的2个光学元件组、以及布置在该移动的光学元件之间的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有聚焦功能或补偿功能,上述移动的2个光学元件组具有相同符号的折射力,同时按相同的移动量进行移动,上述光学元件组的折射力的符号与上述移动的光学元件组的折射力的符号相反。
变焦光学系统,其特征在于具有光学特性可调光学元件、以及具有改变放大倍数功能的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有调焦功能,上述光学特性可调光学元件被布置在具有上述改变放大倍数功能的光学元件组的前方。
变焦光学系统,其特征在于具有:一个光学元件组、光学特性可调光学元件、以及移动的光学元件组。
光学系统,其特征在于具有:反射镜和移动的光学元件组,该移动的光学元件组具有可变放大率功能,梯度方式的自动聚焦功能。
光学装置,其特征在于具有反射镜和移动的光学元件组,该移动的光学元件组具有可变放大率功能,具有梯度方式的自动聚焦功能。
光学装置,其具有梯度方式的自动聚焦功能,其特征在于具有光学系统以及能从第1状态变化到第4状态的光学特性可调光学元件,上述光学特性可调光学元件,为了对焦从第2状态变化到第3状态、为了从第1状态变化到第2状态、以及从第3状态变化到第4状态,至少具有相当于由下式370决定的Sd的1/3的变形量。
Sd=k×P×Fno                 …式370
式中,P=√(Px·Py)
Px是摄像器件的1个像素的x方向的尺寸(μm),
Py是摄像器件的1个像素的y方向的尺寸(μm),
Fno是上述光学系统的F数
K是常数(取2/3之间的值)。
光学装置,其特征在于具有用静电来驱动的光学特性可调光学元件,该光学特性可调光学元件,当摄影时在摄影的物体距离的范围内反射面的形状是凹面。
光学装置,其特征在于具光学特性可调光学元件以及有源方式自动聚焦功能。
光学装置,其特征在于能满足下式102。
0<|C|<15                      …式102
式中,C是加在摄像器件摄影面上的倾斜量(单位为°)
附图的简要说明
图1是本发明的第1实施例的断面图。
图2是本发明的第2实施例的断面图。
图3是本发明的第3实施例的断面图。
图4是本发明的第4实施例的断面图。
图5是本发明的第5实施例的断面图。
图6是本发明的第6实施例的断面图。
图7是本发明的第7实施例的断面图。
图8是本发明的第8实施例的断面图。
图9是本发明的第9实施例的断面图。
图10是本发明的第10实施例的断面图。
图11是本发明的第11实施例的断面图。
图12是本发明的第12实施例的断面图。
图13是本发明的第13实施例的断面图。
图14是旋转非对称像面弯曲的说明图。
图15是旋转非对称像散现象的说明图。
图16是旋转非对称彗形像差的说明图。
图17是表示可调反射镜的变形量和摄影系统的动作的图。
图18是表示各实施例的条件式的值的表。
图19是作为本发明光学装置使用的数码相机的开普勒取景器作为观察光学系统,在该观察光学系统中采用可变形反射镜的情况下的概要构成图。
图20是表示能用作可变形反射镜的可变形镜409的另一例的概要构成图。
图21是表示图20的例子可调形状反射镜使用的电极的一种形态的说明图。
图22是表示图20的例子可调形状反射镜使用的电极的另一种形态的说明图。
图23是表示能用作可变形反射镜的可变形镜409的另一例的概要构成图。
图24是适用于可变形反射镜的可变形镜409的另一其他示例的概要构成图。
图25是适用于可变形反射镜的可变形镜409的另一其他示例的概要构成图。
图26是表示图25的示例中的薄膜线圈427的缠绕密度状态的说明图。
图27是适用于可变形反射镜的可变形镜409的另一其他示例的概要构成图。
图28是表示图27示例中的线圈427的一布置例的说明图。
图29是表示图27示例中的线圈427的另一布置例的说明图。
图30是图25示例中按图29布置线圈427的情况下所适用的永久磁铁426布置的说明图。
图31是作为能适用于摄像装置的可变形反射镜的可变形镜409的摄像系统的概要构成图。
图32是作为能适用于可变形反射镜的另一可变形镜188的摄像系统的概要构成图。
图33是能适用于可变形反射镜的微型泵一例的概要构成图。
图34是表示变焦透镜的原理性构成的图。
图35是表示单轴性向列液晶分子的折射率椭圆体的图。
图36是表示图34所示的高分子分散液晶层上施加电场的状态图。
图37是表示图34所示的高分子分散液晶层上外加电压可调时的一例的构成图。
图38是采用变焦透镜的数码相机用摄像光学系统一例的构成图。
图39是可调焦点衍射光学元件一例的构成图。
图40是具有采用了扭转向列液晶的可调焦点透镜的可调焦点眼镜的构成图。
图41是图40所示扭转向列液晶层上的外加电压提高时的液晶分子取向状态图。
图42是可调偏角棱镜的2个例子的构成图。
图43是图42所示的可调偏角棱镜的使用状态的说明图。
图44是作为可调焦点透镜的可调焦点反射镜一例的构成图。
图45是作为本发明的光学装置使用的摄像装置141和摄像装置141的光学系统中采用了可调焦点透镜140的概要构成图。
图46是图45例子中的可调焦点透镜的变形例的说明图。
图47是图46的可调焦点透镜的变形状态的说明图。
图48是涉及可调焦点透镜的另一其他例子的、用微型泵160来存取流体161,使透镜面变形的可调焦点透镜167的概要构成图。
图49是光学特性可调光学元件的另一例子,是采用压电材料200的可调焦点透镜201的概要构成图。
图50是涉及图49的变形例的可调焦点透镜的状态说明图。
图51是光学特性可调光学元件的另一其他例子,是采用由压电材料构成的2块薄板200A、200B的可调焦点透镜的概要构成图。
图52是可调焦点透镜的另一其他例子的概要构成图。
图53是涉及图52例子的可调焦点透镜的状态说明图。
图54是光学特性可调光学元件的另一其他例子,是采用光电效应的可调焦点透镜的概要说明图。
图55是涉及图54的例子的可调焦点透镜内采用的偶氮苯结构的说明图。(a)是反式,(b)是顺式。
图56是可变形镜的另一其他例的概要构成图。
发明的具体实施方式
在说明本发明的实施例之前,首先说明本专利说明书所述的发明内容(发明内容分项书写)(1)~(47)。然后,说明本发明的光学系统和采用该光学系统的光学装置等所利用的光学面的内容(旋转非对称面)。此后,说明本发明的光学系统和采用该光学系统的光学装置的例子(实施例)。
再后面,说明能用于本发明的光学系统和采用该光学系统的光学装置内的光学特性可调光学元件的例子(可调光学元件)。
[发明内容的分项条目]
(1)变焦光学系统,其具有可调反射镜和移动的光学元件组,光学元件组具有可变放大率功能,可调反射镜具有对焦功能。
(2)如权利要求(1)所述的变焦光学系统,其移动的光学元件组具有负功率。
(3)摄像装置,用于进行梯度方式的自动聚焦功能,其中,具有可调反射镜,该可调反射镜除了具有对焦所必须的可调反射镜的变形量QR外,在QR的两端还具有至少按由下式370决定的Sd的1/3来改变焦点时所必须的变形量。
Sd=k×P×Fno……式370
式中,P=√(Px.Py)
Px是摄像器件的1个像素的x方向的尺寸,
Py是摄像器件的1个像素的y方向的尺寸,
Fno是摄影光学系统的F数
K是常数(取2~3之间的值)。
(4)变焦光学系统,其具有:可调反射镜和移动的光学元件组,光学元件组具有可变放大率功能,可调反射镜具有对焦功能和补偿功能。
(5)权利要求(1)~(4)所述的变焦光学系统,其具有:
第1光学元件组、其后面布置的可调反射镜或可调焦点透镜、以及其后面布置的可变放大率光学元件组。
(6)如权利要求(1)~(5)所述的变焦光学系统,其构成部分从前面开始依次为:第1光学元件组、可调反射镜或变焦透镜、第2光学元件组或空气间隔、可变放大率光学元件组和光学元件组。
(7)摄像光学系统,其特征在于:当变焦或聚焦时,可调反射镜变形的同时,可调反射镜还整体向与反射镜反射面基本垂直的方向进行平行移动。
(8)摄像光学系统,其特征在于:变焦或聚焦时,可调反射镜变形的同时,可调反射镜还整体向某一方向进行平行移动。
(9)摄像光学系统,其特征在于:当设可调反射镜整体的最大的平行移动量为x,设光学系统的焦距为f时,可满足下式
0<|x|/f<1
(10)如权利要求(9)所述的摄像光学系统,从属于权利要求(7)或(8)。
(11)如权利要求(1)~(10)所述的摄像光学系统,移动的透镜组是一个。
(12)变焦光学系统,其特征在于:具有可调反射镜,某光学元件组的前后的2个光学元件组因为是可变放大率,所以,平常按相同的移动量进行移动,该移动的2个组具有相同符号的功率,而且上述被移动组夹持的组的功率是相反的符号,可调反射镜具有:聚焦功能或补偿功能。
(13)如权利要求(12)所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的2个组的功率为正的。
(14)如权利要求(12)所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的2个组的功率为负的。
(15)如权利要求(12)所述的变焦光学系统,其特征在于:从前方起依次具有:具有负的功率的组、可调反射镜、移动组中的前方,被移动组夹持的组、以及移动组的后方。
(16)一种变焦光学系统,其特征在于:具有可调反射镜和具有可变放大率功能的可变放大率组,可变反射镜具有对焦功能,把可调反射镜布置在可变放大率组的前方。
(17)一种变焦光学系统,其特征在于:具有可调反射镜和移动的光学元件组,光学元件组是具有可变放大率功能的可变放大率组,可调反射镜具有对焦功能和补偿功能,把可调反射镜布置在可变放大率组的前方。
(18)如权利要求(16)~(17)所述的变焦光学系统,其特征在于从属于权利要求(7)~(15)。
(19)如权利要求(1)~(18)所述的变焦光学系统,其特征在于具有旋转对称透镜和可调反射镜。
(20)如权利要求(1)~(18)所述的变焦光学系统,其特征在于由旋转对称透镜和可调反射镜构成。
(21)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式301~304。
(22)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式305~309。
(23)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式311~314。
(24)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式316~321。
(25)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式322~323。
(26)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式324~326。
(27)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式327~329。
(28)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式330~333。
(29)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式335~336。
(30)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式340~347。
(31)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式301~347的至少2个以上。
(32)如权利要求(1)~(20)所述的变焦光学系统,其特征在于能满足式340~347的至少一个以上以及式301~336的至少一个以上。
(33)如权利要求(1)~(29)所述的变焦光学系统,其特征在于:亮度光圈位于可调反射镜的后方。
(34)如权利要求(1)~(16)所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的光学元件组具有正功率。
(34′)如权利要求(1)~(16)所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的光学元件组具有负功率。
(35)一种摄像装置,其特征在于具有用静电驱动的可调反射镜,当摄影时,在摄影的物体距离的范围内可调反射镜的形状是凹面。
(36)如权利要求(35)所述的摄像装置,其特征在于具有一种梯度方式的自动聚焦功能,它使调整焦点使其对准物体,检测出拍摄的物体图像的高频成分,在该高频成分为最大时,判断为调焦状态。
(37)一种摄像装置,其特征在于:包括这样一种状态,即在权利要求(36)中进行自动聚焦的情况下当调整焦点使其对准物体时,可调反射镜的形状为平面。
(38)一种摄像装置,用于进行梯度方式的自动聚焦,其中,具有可调反射镜,其特征在于:该可调反射镜除了具有对焦所必须的可调反射镜的变形量QR外,在QR的两端还具有至少按由下式370决定的Sd来改变焦点时所必须的变形量。
(39)一种摄像装置,用于进行梯度方式的自动聚焦,其中,具有可调反射镜,其特征在于该可调反射镜除了具有对焦和补偿所必须的可调反射镜的变形量QR外,在QR的两端还具有至少按由下式370决定的Sd来改变焦点时所必须的变形量。
(40)一种摄像装置,用于进行梯度方式的自动聚焦功能,其是具有变焦光学系统,该系统具有可调反射镜,其特征在于,该可调反射镜除了具有对焦和补偿所必须的可调反射镜的变形量QR外,在QR的两端还具有至少按由下式370决定的Sd的1/3来改变焦点时所必须的变形量。
(41)如权利要求(3)、(38)~(40)所述的摄像装置,其具有权利要求(35)所述的特征。
(42)一种摄像装置,其特征在于具有可调反射镜,进行有源方式的自动调焦。
(43)一种电子摄像装置,其特征在于具有可调反射镜和摄像器件,用于进行有源方式的自动调焦。
(44)如权利要求(35)~(43)所述的摄像装置,其特征在于具有权利要求(1)~(34′)所述的光学系统。
(45)能满足式102的摄像装置。
(46)一种摄像装置,其具有权利要求(1)~(34′)所述的光学系统,其特征在于:具有摄像器件,最靠近物体的光学元件和摄像器件的位置关系被固定。
(47)如权利要求(44)所述的摄像装置,其特征在于:具有摄像器件,最靠近物体的光学元件和摄像器件的位置关系被固定。
(48)如权利要求(1)~(47)所述的光学系统或摄像装置,其特征在于:采用通常的反射镜来代替可调反射镜。
(49)如权利要求(1)~(47)所述的光学系统或摄像装置,其特征在于采用可调焦点透镜来代替可调反射镜。
[旋转非对称面]
所谓可变形反射镜,是指可调反射镜的之一种,是通过自由地把表面形状调整成凸面、平面、凹面,即可自由地调整光学功率或像差的反射镜。这样一来,即使在摄像的物体距离发生变化的情况下,也能仅仅调整可调反射镜的形状即可对准焦点。这时,可调反射镜的形状也可以是旋转对称曲面的,但为了便于进行像差校正,最好是旋转非对称面或自由曲面。
其原因详述如下。首先,说明所用的坐标系、旋转非对称面。假定轴上主光线与光学系统的第1面相交叉之前的直线所定义的光轴为Z轴,与该Z轴相垂直而且构成偏心光学系统的各面的偏心面内的轴为Y轴,与上述光轴相垂直而且与Y轴相垂直的轴为X轴。光线的跟踪方向按照从物体向像面的顺序进行光线跟踪加以说明。而且,所谓偏心(decentration)是指位移(displacement(shift))和倾斜(tilt)中的一个或者两个。
一般,仅由球面透镜构成的球面透镜系统中,从结构上看,由球面产生的球面像差、彗形像差、像弯曲等像差,在几个面上互相补偿,使整体的像差减小。
另一方面,为了用较少的面数能很好地校正像差,采用旋转对称非球面等。这是为了减少球面产生的各种像差本身。
但是,在偏心的光学系统中,由于偏心而产生的旋转非对称的像差不能用旋转对称光学系统来校正。由于该偏心而产生的旋转非对称的像差有:歪曲像差、像面弯曲、以及轴上也产生的像散现象和彗形像差。
首先,说明旋转非对称像面弯曲。例如从无限远的物点射入到偏心的凹面镜内的光线射到凹面镜上进行反射成像。光线射到凹面镜上以后,到像面止的后侧焦距,在像场侧为空气的情况下,相当于光线射到的部分的曲率半径的一半。于是,如图14所示,形成相对于轴上主光线产生倾斜的像面。这样,用旋转对称光学系统不能校正旋转非对称的像面弯曲。
为了对该倾斜的像面弯曲利用其发生源的凹面镜M本身来进行校正,如果由旋转非对称面来构成凹面镜M,在该例中增大对Y轴正方向的曲率(增强折射率),减小对Y轴负方向的曲率(减小折射率),那么,能够进行校正。并且,把具有与上述构成相同的效果的旋转非对称面布置在凹面镜M以外的光学系统中,即能够以较少的构成张数获得平坦(フラット)的像面。
并且,旋转非对称面作为其面内和面外均无旋转对称轴的旋转非对称面形状的面,能增加自由度,有助于校正像差。
以下说明旋转非对称的像散现象。与上述说明一样,偏心布置的凹面镜M,对轴上光线也产生图15所示的像散现象。为了校正该像差,与上述说明一样,可以适当改变旋转非对称面的X轴方向的曲率和Y轴方向的曲率。
以下说明旋转非对称彗形像差。与上述说明一样,偏心布置的凹面镜M,对轴上光线也会产生图16所示的彗形像差。为了校正该彗形像差,可以根据离开旋转非对称面的X轴的原点的程度来改变面的倾斜度,利用Y轴的正负来适当调整面的倾斜率。
并且,在本发明的偏心光学系统中,也可以是:具有上述反射作用的至少一个面相对于轴上主光线偏心,利用旋转非对称面形状来形成具有功率的构成。若采用这种构成,则由于使其反射面具有功率而产生的偏心像差可以用该面本身来进行校正,通过减小棱镜折射面的功率,能减小色差本身的产生。
并且,本发明的偏心光学系统的构成反射面之一的可变形反射镜、折射率可调反射镜的面形状作为旋转非对称面,有助于校正偏心像差。
如以上说明的那样,若采用本发明,则能提供这样的光学装置等,即通过采用可变形反射镜,即可不在前后驱动透镜组,仅调整反射镜的表面形状即可进行变焦和聚焦。
而且,本发明中使用的自由曲线是由下式(a)定义的。该定义式的Z轴成为自由曲面的轴。
Z=cr2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]
   +∑(j=2~66)CjXmYn                 …(a)
式中,上式(a)的第1项是球面项,第2项是自由曲面项。
球面项中,
c:顶点的曲率
k:圆锥常数
r:√(X2+Y2)
N:2以上的自然数
自由曲面项为
(j=2~66)Cj XmYn=C2X+C3Y++C4X2+C5XY+C6Y2+C7X3+C8X2Y+C9XY2+C10Y3+C11X4+C12X3Y+C13X2Y2+C14XY3+C15Y4+C16X5+C17X4Y+C18X3Y2+C19X2Y3+C20XY4
                          +C21Y5+C22X6+C23X5Y+C24X4Y2+C25X3Y3+C26X2Y4
                    +C27XY5+C28Y6+C29X7+C30X6Y+C31X5Y2+C32X4Y3+C33X3Y4
        +C34X2Y5+C35XY6+C36Y7  …
式中Cj(j为2以上的整数)为系数。
上述自由曲面,一般X-Z面、Y-Z面均不会有对称面。但通过把X的奇数次项全部设定为0,使其变成只有一个与Y-Z面相平行的对称面的自由曲面。并且,通过把Y的奇数次项全部设定为零,使其变成只有一个与X-Z面相平行的对称面的自由曲面。
再者,上述旋转非对称的曲面形状的面即自由曲面的另一定义式,可以由Zernike多项式进行定义。该面的形状由下式(b)进行定义。式(b)的Z轴变成Zernike多项式的轴。旋转非对称而的定义按照与X-Y面相对的Z轴高度的极坐标进行定义,R表示离开X-Y面内的Z轴的距离,A表示Z轴周围的方位角,从Z轴测量的旋转角。
x=R×cos(A)
y=R×sin(A)
Z=D2+D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A)
+D5R2cos(2A)+D6(R2-1)+D7R2sin(2A)
+D8R3cos(3A)+D9(3R3-2R)cos(A)
+D10(3R3-2R)sin(A)+D11R3sin(3A)+D12R4cos(4A)
+D13(4R4-3R2)cos(2A)+D14(6R4-6R2+1)
+D15(4R4-3R2)sin(2A)+D16R4sin(4A)
+D17R5cos(5A)+D18(5R5-4R3)cos(3A)
+D19(10R5-12R3+3R)cos(A)
+D20(10R5-12R3+3R)sin(A)
+D21(5R5-4R3)sin(3A)+D22R5sin(5A)
+D23R6cos(6A)+D24(6R6-5R4)cos(4A)
+D25(15R6-20R4+6R2)cos(2A)
+D26(20R6-30R4+12R2-1)
+D27(15R6-20R4+6R2)sin(2A)
+D28(6R6-5R4)sin(4A)+D29R6sin(6A) …(b)
式中,Dm(m为2以上的整数)是系数。而且,为了设计成与X轴方向相对称的光学系统,利用D4、D5、D6、D10、D11、D12、D13、D14、D20、D21、D22……。
上述定义式是为了旋转非对称的曲面形状的面的示例而表示的。不言而喻,对其他任何定义式也都能获得同样的效果。如果从数学来看,是同值的,那么,也可以用其他定义来表示曲面形状。
在本发明中,把(a)式中的X的奇数次的项全部设定为0,能形成的自由曲面具有与y-z面相平行的对称面。
并且,对于偏心面,从光学系统的基准面的中心,给出该面的面顶位置的偏心量(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别为X、Y、Z)、和该面的中心轴(对于自由曲面,为以上述(a)式的Z轴为中心的倾斜角(分别为α、β、γ(°))
并且,偏心的顺序,在进行了X、Y、Z方向的偏心之后,按照α、β、γ的顺序使坐标系旋转。该坐标系成为反射镜面的局部坐标。然后,为了定义被反射的光线的坐标系,再次按α、β、γ的顺序来旋转坐标系,对定义坐标系进行定义。
并且,在仅表示反射面的倾斜的情况下,也是给出该面的中心轴的倾斜角作为偏心量。
再者,非球面形状,当设光轴方向为z,与光轴相垂直的方向为y,圆锥系数为k,非球面系数为a、b、c、d时,由下式(c)来表示。z=(y2/r)/[1+{1-(1+k)·(y/r)2}1/2]
+ay4+by6+cy8+dy10    …(c)
而且,关于上述数值数据的说明对本发明的各个实施例的数值数据都是通用的。
(实施例)
图8是本发明的一例(下述第8实施例),是1.8倍的变焦光学系统的例302,它用于采用可调反射镜301作为光学特性可调光学元件的数码相机、电视摄像机等电子摄像系统。
其构成部分有:由凸透镜303、凹透镜304构成的第1组305、放置在其后面的301、正折射力的透镜组306、具有负折射力的改变放大率组307、由凸透镜308、309、凹透镜310构成的第4组311。307在直线上沿Z轴平行移动,进行改变放大率。这时产生焦点移动,并通过使301变形而进行补偿。也就是说,301具有补偿功能。并且,当物体距离变化时使301变形,即可在408上成像。即在进行对焦的情况下,也不一定要移动透镜。301具有补偿和聚焦两种功能。
其优点是:与利用凸透镜的移动来进行改变放大率时相比,若利用凹透镜来进行改变放大率,则能以较少的移动量来得到相同的改变放大率比。为了获得更高性能的变焦光学系统,最好至少用某一变焦状态来满足以下条件式中的至少一个以上。
假定βv为放大率变换器(移动的光学元件组)的倍率,若满足下式:
0.3<|βv|<6                   …式301
则可缩短光学系统的总长。这是因为透镜系统的物体~像距离Io如式306所示,当倍率为一倍时,为最小。也就是说,包括放大率变换器(バリエ一タ)的倍率的绝对值为1的变焦状态即可。如果是:
0.5<|βv|<4.0                 …式302
那么,可以获得更小型的变焦光学系统。如果是:
0.6<|βv|<2.5                 …式303
那么,能进一步小型化。尤其在放大率变换器为负折射力(パヮ一)的情况下,如果是:
0.7<βv<3.0              …式304
那么,能更加小型化。
假定广角端的放大率变换器倍率为βvw,望远端的放大率变换器的倍率为βvT,那么,满足下式即可。
βvw·βvT<5              …式305
这是因为在实现相同变焦比的情况下,当βvw·βvT=1时,能使放大率变换器的物体~像距离Io达到最小。物体~像距离Io可由下式决定。
Io=fv(-βv-1/βv+2)       …式306
所以可得上述结论,式中,fv是放大率变换器的焦距。
并且,若进一步使
0.3<βvw·βvT<3         …式307
则能进一步小型化。式中,βv是放大率变换器的倍数。并且,在βv=-1的附近,作为补偿器的可调反射镜的变形量减小,所以,像差也能改善。如果是
0.5<βvw·βvT<2         …式308
那么会更好。在放大率变换器具有正能力的情况下,如果是
0.8<βvw·βvT<1.6       …式309
那么,能获得更加小型化的变焦透镜。像差也是和式307、308相同的原因而得到改善。
放大率变换器的焦距fv最好能满足下式311。f为302整体的焦距。而且,f在可调反射镜为自由曲面形状的情况下,随方位角而变化。但是在本发明中利用Y-Z平面内近轴光线计算出的焦距定义为f。f的计算中对可调反射镜的焦度忽略不计。
-3<fv/f<15            …式311
fv/f值若低于下限,则负折射力的改变放大率效率降低,作为变焦透镜的效果减小。fv/f值若超过上限,则与式306相比,Io增长,所以透镜总长增加,效果不好。如果是
-2<fv/f<5             …式312
那么,透镜进一步小型化,是有利条件。并且,与式306相比,|fv|越小,作为补偿器的可调反射镜的变形量减小,所以对像差也有利。如果
0.5<fv/f<5                     …式313
那么,放大率变换器的能力为正,广角时,容易降低主光线的光线高度,所以是有利的。如果
-3<fv/f<-0.2                   …式314
那么,放大率变换器的能力为负,用较小的透镜移动量就能大幅度调整倍率,是有利的。
并且,第1组的焦距f1,最好满足下式316
f1/f<0                          …式316
这是因为把第1组制成负折射力,作为焦点后移型有利于形成广角透镜。并且,以下所示的式318的下限,对防止第4组的倍率β4的绝对值过度减小也是必须的。这是因为在可调反射镜的焦度小的情况下,若对其忽略不计,则
f=f1·β2·βv·β4         …式317
若假定|β2|1、|βv|1,则在固定了f时f1β4形成反比例关系。式中,β2是被夹持在可调反射镜和放大率变换器内的光学系统的倍率。在该光学系统为空气间隔的情况下,β2=1。如果
-20<f1/f<-0.2    …式318
那么,|β4|减小,与4组相比,前面的透镜系统中产生的像差也可得到抑制。若f1/f超过式319的上限,则珀兹瓦尔和过分变成负,产生像面弯曲像差,是不利的。如果
-12<f1/f<-0.6    …式319
那么,对像差更有利。放大率变换器如果是正折射力,
-5<f1/f<-0.6    …式320
那么,对广角和像差更有利,若放大率变换器为负折射力,如果
-20<f1/f<-1     …式321
那么,第1组的光线高也被抑制,对透镜小型化有利。
从放大率变换器,在后组中到像面前的光学系统称为第4组。当把第4组的倍率定为β4时,最好
0.1<|β4|<1.3    …式322
若/β4/低于下限,则在第4组中产生的像差增大。若|β4|超过上限,则与式317相比,/f1/过分减小,珀兹瓦尔和过分变负。如果
0.2<|β4|<0.9    …式323
那么,对像差更有利。
如果把放大率变换器和第2组合并的光学系统的前侧焦点位置定为Hv(符号以光线前进方向为正,以第2组的最前面的面顶为原点进行测量。所谓第2组是指可调反射镜和放大率变换器之间的光学系统,也可以是空气间隔),那么,最好
-0.2<-Hv/fv    …式324
这时因为在放大率变换器的前方放置可调反射镜,需要空间,因此,放大率变换器不能向前方伸出,防止放大率变换器的改变放大率范围受到限制。如果
-0.07<-Hv/fv<30    …式325
那么更好。
在放大率变换器为正折射力的情况下,如果
0≤-Hv/fv<2    …式326
那么,不能成为放大率变换器强的电传机,对像差有利。
若把Dkv作为从可调反射镜到放大率变换器的空气换算长度(符号的定法,以光线的前进方向为正),则在放大率变换器为正折射力的情况下,最好
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<3    …式327
Dkv+Hv是表示放大率变换器十第2组的光学系统的主点位置相对于可调反射镜的“偏离”量。该“偏离”越小,可调反射镜的变形量就越小,像差的产生减少,是有利的。如果
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<2    …式328
那么更好。
在放大率变换器为负折射力的情况下,如果
|(Dkv+Hv)/fv|<500    …式329
那么,较好。若|(Dkv+Hv)/fv|值超过上限值,则很难校正像差。
假定Dok为从第1组的最终面到可调反射镜的距离,Fbo为从第1组的最终面测量的第1组的后侧焦点位置。Dok、Fbo均以光线的前进方向为正。在放大率变换器为正能力的情况下,满足下式即可。
0<(Dok-Fbo)/fv<5    …式330
Dok-Fbo给出从可调反射镜看的第1组的像为止的距离。因为放大率变换器倍率在-1附近,所以,如果放大率变换器主点位于可调反射镜附近,那么
(Dok-Fbo)/fv2
这时可调反射镜的变形量最小,像差也减小,所以,超过式330的上限、下限中的任一个,也都会使像差增大。若是下式,则更好。
0.3<(Dok-Fbo)/fv<3.5    …式331
在放大率变换器为负折射力的情况下,如果
-60<(Dok-Fbo)/fv<-3    …式332
那么,与第1组相比,相对于后边的光学系统的物点变得很远,像差减小,所以,良好。但(Dok-Fbo)/fv低于332的下限,则第1组向前伸出很多,透镜系统增大、或者|fl|增大,广角化困难,所以,效果不好。若超过上限,则与第1组相比,相对于后边的光学系统的物点变近,像差增大,若是
-30<(Dok-Fbo)/fv<-5  …式333
则更好。
在第4组为固定组的情况下,其中可以设置非球面。这是因为在近距离物体的情况下所产生的像面弯曲的倾斜(像面向光线的前进方向及其相反方向上的弯曲)较小。
轴上光线向可调反射镜的入射角φ为
39°<Φ<55°  …式335
这在电视摄像机,数码相机等直方体机身的情况下,有利于外观设计、机械设计、加工和装配。如果
40°<Φ<50°   …式336
则更好。
而且,为了取代可调反射镜,也可以使用可调焦点透镜。上述式子大部分是根据近轴理论建立的,所以,这些对可调焦点透镜也能成立。
并且,对本发明的光学系统可以通用的事项是亮度调节用的光圈可以布置在可调反射镜的后方。这是因为若布置在可调反射镜的前方,则从光圈到可调反射镜后组的距离太长,主光线的高度在光圈后的组处太高,很难校正轴外的像差。
图17表示可调反射镜的变形量(凹入量)和摄像系统的动作。
摄像装置光学系统既可以是变焦光学系统,也可以是单焦光学系统。在拍摄时,可调反射镜的形状为从图的第2状态Q变化到第3状态R。在拍摄前的自动聚焦动作时形成第1状态P2~第4状态R2之间的形状。P-P2、R2~S是为适应制造误差的分散性所需的余量。P2也可以与P一致,R2也可以与S一致。
从P2到Q和从R到R2的凹入变化量,最好大于规定的凹入量,该规定的凹入量是使摄像系统的焦点深度仅变化Sd时所需要的凹入量,该Sd是摄像系统的焦点深度,用下式表示:
Sd=k×P×Fno    …式370
这是因为当按自动聚焦来寻找焦点时,若在一定程度上使物体像模糊,则容易检测出焦点位置。
式中,Px是摄像器件的1个像素的x方向的尺寸(μm),
py是摄像器件的1个像素的y方向的尺寸(μm),
P=√(Px.Py)
Fno:摄影光学系统的F数
k:常数(取2~3之间的值)。
再者,从P2到Q和从R到R2的凹入量的变化,如果能适应Sd的2倍以上的焦点变化,那么,自动聚焦的精度将提高,所以,效果良好。如果能适应Sd的4倍以上的焦点变化,那么效果更好。
而且,在可调反射镜的变形量不能增大的情况下,从P2到Q和从R到R2的凹入量的变化能达到Sd的1/3左右即可。这是因为除了对比度低的被摄体外,对大多数被摄体,这样能够进行自动聚焦。
以上叙述了使可调反射镜进行凹入变形的情况,但并不能仅限于此。也就是说,能够适用于可调反射镜的凸变形、凹变形中任一种情况。并且,式370和P2Q及RR2”的变形量的变化所相对的条件也能够适用于可调反射镜的凸变形、凹变形中任一种情况。不言而喻,以下讨论内容也能够适用于可调反射镜的凸变形、凹变形中任一种情况。
在具有变焦光学系统的摄像装置的情况下,QR内也可以包括作为伴随变焦的补偿器的变形量。当然,在可调反射镜内没有补偿功能的情况下,作为QR,可以仅把焦点调整量包括在内。
作为自动聚焦方式,在把红外线等投射到被摄体上,根据反射光强度来进行测距的有源方式的情况下,不需要相当于P2Q、RR2的变形,由于可调反射镜的变形量减小,因此摄像光学系统的像差可以减小。
而且,本发明实施例的光学系统,不言而喻,可以和梯度上升方式、有源方式中任一自动聚焦方式相组合。或者与两种方式并用的自动聚焦方式相组合。
下述的第4实施例是采用上述对比度方式的自动聚焦的例子,K=2,P=2.5μm。
而且,在图17中,其前题是:光学特性可调光学元件是可调反射镜,所以,以横轴为可变量。但是,像液晶透镜等那样,也有可调反射镜以外的光学特性可调光学元件,在这种情况下,横轴的参数最好选择与该元件相符合的。因此,也能适用于采用了形状不变化的可调反射镜、可调焦点透镜等一般的光学特性可调光学元件的光学装置。
也就是说,图17的横轴可以用光学特性可调光学元件的焦距来置换。在此情况下,如下所示可以改读符号。
Q……物体无限远时的光学特性可调光学元件的焦距。
R……物体距离最近时的光学特性可调光学元件的焦距。
P2Q……自动聚焦用的光学特性可调光学元件的远点侧余量。
RR2……自动聚焦用的光学特性可调光学元件的近点侧余量。
PP2……为适应制造误差的分散性而用的光学特性可调光学元件的焦距变化余量。
P2S……为适应制造误差的分散性而用的光学特性可调光学元件的焦距变化余量。
并且,同样,如果考虑从P2到Q和从R到R2的焦距的变化最好大于以下所述光学特性可调光学元件的焦距变化。使焦点变化所必须的该光学特性可调光学元件的焦距变化,为式370所决定的Sd或Sd的1/3或只是Sd的2倍,这样的话,以上讨论内容也能适用于采用了一般的光学特性可调光学元件的光学装置。
对本发明可以通用事项是:用f来表示光学系统整体的焦距。f是即便可调反射镜是凹面或凸面状态,也看作是平面而进行计算的焦距,也就是说是除去可调反射镜外的系统的焦距。
再者,在可调反射镜具有对焦功能的情况下,使可调反射镜的焦度随物体距离的变化而变化。所以,如果改变放大率透镜组在可调反射镜的后方,那么与改变放大率透镜组的倍率无关,可以根据物体距离来改变可调反射镜的焦度,进行聚焦,此外,从光学设计、可调反射镜的控制方面简化思路,便于设计摄像系统。由此,最好把可调反射镜布置在主要进行改变放大率的透镜组的前方。并且,该优点无论在可调反射镜具有补偿功能的情况下,还是没有补偿功能的情况下都是如此。
以下列举实施例。放大率变换器除外的透镜和摄像器件被固定在镜框内。可调反射镜具有固定其中心部的实施例和固定其周围部的实施例。
以下参照附图,详细说明本发明摄像装置的实施例。
实施例1~13的断面图分别示于图1~13。
在实施例1~13的透镜数据中,“ASP”表示非球面,“FFS”表示自由曲面,“DM”表示可变形反射镜,“OB”表示物体距离。折射率、阿贝数为d线(587.56nm),长度单位为mm。可调间隔Di(i=1.2……)在实施例1~8和13中依次表示广角端~标准~望远端的值,在实施例9~12中依次表示望远端~标准~广角端的值。即使物体距离不同,如果变焦状态的标记(“广角”、“标准”、“望远”)相同,那么间隔Di相同。并且,各实施例均在最靠像面侧插入2块平行平板。这是假定了摄像器件的玻璃罩、IR载止滤波器,低通滤波器。
与没有注明数据的自由曲面,非球面等有关的项为0。并且,各实施例的条件式的值示于表18。
(実施例1)
      物体距离 变焦    焦距  对角画面视角
状态1   ∞     广角    4.125    62.44°
状态2   ∞     标准    5.775    46.82°
状态3   ∞     望远    7.425    37.22°
状态4  300mm   广角
状态5  300mm   标准
状态6  300mm   望远
Fno.:2.84~3.50
撮像面尺寸:4.4mm×3.3mm
面编号  曲率半径     面间隔    偏心   折射率  阿贝数
物体面    ∞       (物体距离)
1       -20.37       1.00             1.6346    52.3
2       ASP[1]       8.53
3        ∞          0.00
4       FFS[1](DM)   0.00     偏心[1]
5        ∞         -4.50   6    -6.53    -1.50         1.6575    33.07    -4.97    -0.318    -5.73    -2.46         1.7440    44.89    -6.93    D1=-5.38~-2.61~-0.7010   光圈面   -0.3011   ASP[2]   -1.65         1.5891    61.112   42.39    -1.1313   -5.33    -2.23         1.4875    70.414   6.58     -0.8715   5.84     -1.16         1.7545    28.216   -3.91    D2=-1.36~-4.13~-6.0417   -9.07    -1.69         1.6167    60.518   ASP[3]   -0.6119   ∞       1.44          1.5477    62.820   ∞       0.8021   ∞       -0.60         1.5163    64.122   ∞       -0.30像面 ∞ASP[1]曲率半径  10.74、k 0.0000a -3.1561×10-4、b 7.4345×10-6、c -2.9402×10-7、d3.8352×10-9ASP[2]曲率半径-7.58、k  0.0000a 7.2406×10-4、b 33243×10-5、c -2.1395×10-6、d 6.9150×10-7ASP[3]曲率半径6.09、k 0.0000a-3.0714×10-3、b 1.1814×10-4、c -4.5515×10-6、d 6.6703×10-8
   FFS[1]
   状态1          状态2      状态3           状态4           状态5C4  -3.9028×10-4   0.0000  -2.1318×10-4  -7.1316×10-4  -2.7737×10-4C6  -2.0669×10-4   0.0000  -1.1191×10-4  -3.8008×10-4  -1.4380×10-4C8  -1.1153×10-5   0.0000  -1.1113×10-6  -1.1264×10-5  -1.0592×10-6C10 -4.8904×10-6   0.0000  -2.1291×10-6  -6.9295×10-6  -1.7984×10-6C11 1.2709×10-5    0.0000  -1.4733×10-6  1.5502×10-5   3.1151×10-7C13 1.3639×10-5    0.0000  -5.5535×10-7  1.6105×10-5   1.7493×10-6C15 3.2175×10-6    0.0000  -2.1544×10-7  3.7671×10-6  -1.5870×10-7
      状态6
C4  -5.3988×10-4
C6  -2.7559×10-4
C8  -5.0322×10-6
C10 -4.2218×10-6
C11 -1.0475×10-6
C13 9.5344×10-7
C15 -3.8757×10-7偏心[1]X  0.00  Y   decy  Z   deczα    45.00 β      0.00  γ      0.00
   状态1  状态2  状态3  状态4  状态5  状态6decy 0.003    0     0.003  0.007  0.004  0.005decz 0.003    0     0.003  0.007  0.004  0.005
实施例1如图1所示,是采用了可调反射镜的数码相机用的摄像装置100的例。
该实施例由4个透镜组和一个可调反射镜、平行平板、固体摄像器件构成。可调反射镜102被布置在具有负的能力的第1透镜组101和具有凹凸透镜状的正能力的第2透镜组103之间。第3透镜组104是具有正能力的放大率变换器,为了改变光学系统的画面视角在与光轴平行的方向上移动。第4透镜组105是被布置在固体摄像器件107前边的、具有正能力的透镜组。平行平板106表示红外截止滤波器、低通滤波器、摄像器件的玻璃罩等。
在该实施例中,第3透镜组104作为放大率变换器使用,可调反射镜作为补偿器使用,并且在物体距离变化时能用于对焦,是变焦比1.8倍的能改变放大率的光学系统。
(実施例2)
      物体距离  变焦    焦距   対角画面视角
状态1  ∞      广角     4.2      61.53°
状态2  ∞      标准     6.3      43.29°
状态3  ∞      望远     8.4      33.15°
状态4  300mm   广角
状态5  300mm   标准
状态6  300mm   望远
Fno.:2.84~3.49
撮像面尺寸:4.4mm×3.3mm面编号  曲率半径      面间隔      偏心       折射率   阿贝数物体面   ∞          (物体距离)1       -16.83         1.01      偏心[1]     1.7748    50.12       ASP[1]         6.51      偏心[1]3       ∞             0.004       FFS[1](DM)     0.00      偏心[3]5       ∞             -4.006       -7.66          -1.37                 1.7359    31.07       -6.63          -0.168      -11.46    -1.20               1.7850    45.29      -26.59    D1=-8.05 ~-3.73  ~-0.1010     光圈面    -0.1011     ASP[2]    -2.50     偏心[4]   1.5764    60.312     -43.52    -1.38     偏心[4]13     -5.62     -2.53     偏心[5]   1.4900    70.014     6.86      -0.87     偏心[5]15     5.31      -1.00     偏心[6]   1.7625    28.216     ASP[3]    D2=-0.62 ~-4.95   ~-8.58
                       偏心[6]17     -7.77     -2.75               1.5111    67.018     6.00      -0.1819     5.46      -1.47               1.7441    42.120     ASP[4]    -0.4621     ∞        -1.44               1.5477    62.822     ∞        -0.8023     ∞        -0.60               1.5163    64.124     ∞        -0.50像面   ∞        0.00     偏心[7]ASP[1]曲率半径8.84、k  0.0000a-7.3333×10-4、b 2.0902×10-5、c -1.4698×10-6、d 3.8957×10-8ASP[2]曲率半径-6.92、k 0.0000a 3.4834×10-4、b 1.2367×10-5、c 6.8848×10-7、d 7.0789×10-8ASP[3]曲率半径-5.12、k 0.0000a-1.5211×10-3、b 5.1273×10-5、c-1.1665×10-5、d 6.4114×10-7ASP[4]曲率半径5.65、k 0.0000a -2.5044×10-3、b 1.0252×10-4、c -4.3124×10-6、d 8.6293×10-8FFS[1]
    状态1         状态2      状态3         状态4             状态5C4   -7.7351×10-4   0.0000  -3.6890×10-4  -1.0612×10-3  -2.8544×10-4C6   -3.8970×10-4   0.0000  -1.8472×10-4  -5.3605×10-4  -1.4050×10-4C8   -1.7161×10-5   0.0000  -1.0527×10-5  -2.1366×10-5  -8.9812×10-6C10  -8.1320×10-6   0.0000  -5.5679×10-6  -1.0448×10-5  -3.9280×10-6C11  1.2801×10-5    0.0000  -3.3904×10-7  1.5724×10-5   4.9259×10-7C13  1.3267×10-5    0.0000  -8.2321×10-7  1.5533×10-5   1.8986×10-6C15  2.9429×10-6    0.0000  -2.2205×10-7  3.3239×10-6   -2.2832×10-7
     状态6
C4   -6.5807×10-4
C6   -3.3171×10-4
C8   -1.6304×10-5
C10  -1.0714×10-5
C11  -1.4891×10-6
C13  -8.0202×10-7
C15  -7.4651×10-7偏心[1]X      0.00  Y     0.12  Z    0.00α            0.00  β          0.00  γ        0.00偏心[3]X      0.00  Y     decy  Z    deczα           45     β         0.00  γ        0.00
   状态1     状态2    状态3     状态4     状态5    状态6decy   0.005      0       0.003       0.007      0.004      0.005decz   0.005      0       0.003       0.007      0.004      0.005偏心[4]X      0.00    Y    -0.07    Z   0.00α            0.00    β         0.00     γ       0.00偏心[5]X      0.00    Y    -0.05    Z   0.00α            0.00    β         0.00     γ       0.00偏心[6]X      0.00    Y    -0.04    Z   0.00α            0.00    β         0.00     γ       0.00偏心[7]X      0.00    Y    -0.03    Z   0.00α            -1.74   β         0.00     γ       0.00
实施例2如图2所示,是采用了可调反射镜的数码相机用的摄像装置108的例。该实施例,与上述实施例1的构成基本相同。把第4透镜组制成2片透镜,抑制了倍率色差等各像差,形成了变焦比为2.0倍的能改变放大率的光学系统。
在该实施例中,在第1透镜组109和第3透镜组112的各透镜和固体摄像器件的摄像面上,在与z轴垂直的方向(图2的箭头方向)上施加了偏心(displacement)。在固体摄像器件115的摄像面上,也施加了以X轴为旋转中心的倾斜。可调反射镜110变形成为自由曲面形状,来抑制反射造成的偏心像差。对尽管如此仍然存在的偏心像差,透镜的偏心(displacement)和摄像面的倾斜是有效的方法。
在图2的箭头方向上施加偏心(displacement),能有效地抑制折弯光学系统特有的梯形畸变。
分别加到各透镜上的偏心量为Δ,光学系统的焦距为f时,最好变成:
0<|Δ|/f<0.2  …式101
在式101的范围内使透镜偏心(displacement),能有效的抑制梯形畸变等像差。若超过上限的0.2,则偏心量过大,周围光线的像差增大,所以很难进行平衡性良好的像差校正。
并且,当加在固体摄像器件的摄像面上的倾斜量为c(度)时,最好变成
0<|C|<15     …式102
在式102的范围内使透镜偏G(tilt:倾斜),能有效地抑制包括非对称成分在内的像差。若超过上限的10,则像面两端上的入射光的主光线倾角的差变得过大,由于遮光等而使像面两端的亮度改变。如果
0<|C|<8      …式103
那么,在遮光这一点上较好。如果
0<|C|<3      …式103-2
那么更好。
[实施例3]
(実施例3)
  物体距离   变焦    焦距   対角画面视角状态1   ∞       广角    4.2      61.53°状态2   ∞       标准    6.3      43.29°状态3   ∞       望远    8.4      33.15°状态4  150mm     广角状态5  150mm     标准状态6  250mm     望远Fno.:2.84~3.49撮像面尺寸:4.4mm×3.3mm面编号  曲率半径    面间隔    偏心     折射率  阿贝数物体面  ∞         (物体距离)1       -19.22      1.00      偏心[1]  1.7800   50.02    ASP[1]      6.57      偏心[1]3    ∞          0.004    FFS[1](DM)  0.00      偏心[3]5    ∞          -4.006    -7.55       -1.45               1.7742    26.17    -6.44       -0.208    -10.73      -1.29               1.7888    43.69    -24.90      D1=-8.53  ~-3.97  ~-0.2010   光圈面      -0.1011   ASP[2]      -2.35      偏心[4]  1.5755    60.312   -55.56      -1.34      偏心[4]13   -5.75       -2.61      偏心[5]  1.4900    70.014   6.87        -0.83      偏心[5]15   5.53        -1.00      偏心[6]  1.7646    28.816   ASP[3]      D2=-0.62  ~-5.18  ~-8.95
                        偏心[6]17   -7.35       -2.80               1.4900    70.018   6.58        -0.2119   6.00        -2.02               1.6773    45.520   ASP[4]      -0.3021   ∞          -1.44               1.5477    62.822   ∞          -0.8023   ∞          -0.60               1.5163    64.124   ∞          -0.50像面 ∞          0.00        偏心[7]ASP[1]曲率半径7.89、k  0.0000a -7.8557×10-4、b 2.1256×10-5、c -1.5582×10-6、d 4.1906×10-8ASP[2]曲率半径-7.08、k  0.0000a 3.2960×10-4、b 1.0965×10-5、c 5.8519×10-7、d 9.2692×10-8ASP[3]曲率半径-5.09、k  0.0000
a-1.5174×10-3、b 5.8085×10-5、c-1.6827×10-5、d 1.3452×10-6ASP[4]曲率半径5.70、k 0.0000a -2.9815×10-3、b 1.1211×10-4、c -3.8893×10-6、d 5.0634×10-8FFS[1]
    状态1        状态2       状态3        状态4          状态5C4   -7.2761×10-4  0.0000  -4.1810×10-4  -1.2865×10-3  -5.5229×10-4C6   -3.6010×10-4  0.0000  -2.0911×10-4  -6.5292×10-4  -2.7621×10-4C8   -1.2874×10-5  0.0000  -1.1582×10-5  -2.3385×10-5  -1.1856×10-5C10  -6.2363×10-6  0.0000  -5.7799×10-6  -1.2413×10-5  -6.6142×10-6C11  8.5992×10-6   0.0000  -1.2374×10-6  1.3026×10-5    4.8420×10-7C13  8.0045×10-6   0.0000  -1.7717×10-6  1.2539×10-5    2.4473×10-6C15  1.8452×10-6   0.0000  4.6466×10-7   2.5536×10-6    -3.7355×10-7
     状态6C4   -7.5325×10-4C6   -3.7969×10-4C8   -1.9045×10-5C10  -1.2098×10-5C11  -2.8955×10-6C13  -2.3267×10-6C15  -1.1379×10-6偏心[1]X    0.00   Y    0.17    Z    0.00α        0.00   β        0.00  γ        0.00偏心[3]X    0.00   Y    decy  Z    deczα        45     β        0.00  γ        0.00
   状态1    状态2   状态3    状态4    状态5   状态6decy   0.005    0       0.004    0.007    0.004   0.006decz   0.005    0       0.004    0.007    0.004   0.006偏心[4]X    0.00   Y    -0.09   Z   0.00α        0.00   β        0.00    γ       0.00偏心[5]X    0.00   Y    -0.07   Z   0.00α        0.00   β        0.00    γ       0.00偏心[6]X    0.00   Y    -0.06   Z   0.00α        0.00   β        0.00    γ       0.00偏心[7]X    0.00   Y    -0.05   Z   0.00α       -2.16  β         0.00    γ       0.00
实施例3如图3所示,是采用了可调反射镜的数码相机用的摄像装置116的例,该实施例与上述实施例2的构成基本相同,是对各透镜偏心(displacement)和摄像器件的倾斜进行增大,能够聚焦到近点150mm的光学系统。变焦比为2.0倍。
[实施例4]
(実施例4)
    物体距离  变焦     Fno.   焦距状态1      ∞     广角    2.8449  4.22127状态2  ∞     标准    3.1912  5.75071状态3  ∞     望远    3.4907  8.08140状态5  300mm  标准    3.1912  5.75071撮像面尺寸:X4mm×Y3mmPx=Py=2.5μm面编号  曲率半径    面间隔     偏心        折射率   阿贝数物体面   ∞       (物体距离)1       39.4929     1.0000                 1.78472  25.682       474.3906    7.20463       -42.6405    0.5000                 1.88300  40.764       ASP[1]      8.00185       FFS[1](DM)  -0.0018    偏心[1]6       999.0000    -0.30007       999.0000    -0.23078       999.0000    -0.50009       999.0000    D1=-10.3161~-7.2986  ~-3.004010      光圈面      -0.002711      ASP[2]      -1.5000                1.58913  61.1412      35.8649     -0.300013      -5.1025     -1.9963                1.49700  81.5414      7.2438      -0.290615      -8.7222     -1.0482                1.51633  64.1416      -6.4397     -0.600017      8.8339      -0.3631                1.78472  25.6818      ASP[3]      D2=-0.8526  ~-3.8655 ~-8.167319      -5.6538     -2.0000                1.58913  61.1420      ASP[4]      -0.706921    ∞           -1.4400           1.54771    62.8422    ∞           -0.100023    ∞           -0.6000           1.51633    64.1424    ∞           -0.1000像面  ∞ASP[1]曲率半径12.5383、k  0a -3.7625×10-4、b 1.6313×10-5、c -5.6290×10-7、d 6.9835×10-9ASP[2]曲率半径-10.8213、k  0a 1.3870×10-3、b 3.0924×10-5、c 7.9884×10-6、d -8.1500×10-7ASP[3]曲率半径-3.1489、k  0a-7.5029×10-9、b-8.0505×10-9、c-1.2342×10-5、d-1.9009×10-5ASP[4]曲率半径4.6193、k  0a -8.9627×10-3、b 4.0263×10-4、c -1.2792×10-5、d 2.4193×10-11FFS[1]曲率半径    ∞、k  0
     状态1           状态2          状态3           状态5C4   -2.7980×10-3  -1.0000×10-3 -1.4138×10-3  -1.7067×10-3C6   -1.2465×10-3  -7.0000×10-4 -6.7280×10-4  -7.8841×10-4C8   -1.2017×10-5  0.0000         2.7504×10-5   3.1915×10-5C10  -8.9620×10-6  0.0000         -1.2445×10-5  2.7793×10-6C11  3.7102×10-5   0.0000         3.3091×10-5   -1.7423×10-7C13  1.9287×10-5   0.0000         2.5108×10-5   -3.3681×10-6C15  4.3329×10-6   0.0000         7.7926×10-6   -2.4196×10-6偏心[1]X   0.00  Y  0.00  Z  0.00α  -45.00  β    0.00  γ    0.00
图4表示实施例4的断面图。实施例4是数码相机、电视摄像机等内使用的2倍变焦的透镜的例。本实施例的变焦透镜,第1透镜组为负的折射力,第2透镜组和第3透镜组均为正的折射力。坐标系的原点为第1面的中心。5面是可调反射镜,全部状态为凹面。6~9面为虚拟面。6面以后坐标系的Z为反向。因此,R、D,非球面系数的符号与实际相反。
可调反射镜在反射面的中心被固定的状态下产生变形,但也可以使其在反射面的周围被固定的状态下产生变形。
光轴在与可调反射镜的交点上弯曲90度。光轴和可调反射镜的交点是可调反射镜的面形状的原点。
图4表示坐标轴的方向。1~4面和5面及6面以后,方向不同,故需要注意。摄像器件的摄像面如图所示,倾斜23分。这是因为,随可调反射镜的变形使像面的倾斜产生变化,这时为了获得最佳分辨率而进行倾斜。
可调反射镜进行变形,其目的是对移动透镜组进行改变放大率时所产生的焦点移动进行补偿,以及当物体距离变化时进行对焦。
11~18面用改变放大率透镜G2,沿光轴移动。
在本实施例中,采用静电驱动可调反射镜,静电驱动可调反射镜,其变形仅限于凹面侧(包括平面)。因此,在本实施例中,即使物体无限远也不把标准状态的可调反射镜的形状制成平面。这是因为透镜零件、框零件、装配误差等,造成焦点位置偏离设计位置,即使这时也是让可调反射镜的形状接近平面进行对焦。
并且,在进行对比度检测方式(梯度方式)自动聚焦的情况下,使可调反射镜变形,移动焦点位置,检测出被摄体图像的高频成分,在被摄体图像的高频成分达到最大时判断为调焦。为了从无限远进一步向远方移动焦点位置,也必须在所有状态下都把可调反射镜的形状调到凹面。
[实施例5]
(実施例5)
  物体距离 变焦  Fno.    焦距  対角画面视角状态1   ∞     广角  3.022   4.801    61.2°状态2   ∞     标准  3.411   5.756    49.84°状态3   ∞     望远  3.740   6.726    42.2°状态4  300mm   广角  3.001   4.801状态5  300mm   标准  3.392   5.756状态6  300mm   望远  3.721   6.726撮像面尺寸:4mm×3mm面编号  曲率半径     面间隔   偏心     折射率    阿贝数物体面     ∞      (物体距离)1       -24.306      1.2               1.71297   31.692       ASP[1]       2.23453       73.3434      2                 1.50461   66.384       -70.0057     7.06885       FFS[1](DM)   -4.2914  偏心[1]6      -6.4021       -1.0841           1.71164   50.417      -5.1257       -0.38658      -5.6419       -2.3267           1.89494   24.589      -5.7514       D1=-4.29597~-2.53996~-0.9984810     光圈面        -0.83511     ASP[2]        -2.0224           1.58913   61.1412     17.503        -1.006713     -6.0673       -2.153            1.497     81.5414     8.6875        -0.841315     14.8278       -1.0216           1.84666   23.7816     -3.8628       D2=-1.71739~-3.47341~-5.0148817     -16.9294      -2.0604           1.58913   61.1418    ASP[3]         -1.224119    ∞             -1.44            1.54771       62.8420    ∞             -0.821    ∞             -0.6             1.51633       64.1422    ∞             -0.5像面  ∞ASP[1]曲率半径9.4392、k 0.0000a -2.0683×10-4、b 1.1006×10-6、c-8.0740×10-8、d 5.4537×10-10ASP[2]曲率半径-8.9634、k 0.0000a 8.1855×10-4、b 2.9005×10-5、c -2.9963×10-6、d 3.7358×10-7ASP[3]曲率半径6.9002、k 0.0000a -1.0905×10-3、b 7.2538×10-5、c -7.1600×10-6、d 3.4177×10-7偏心[1]X    0    Y    0    Z    0α        -45  β        0    γ        0FFS[1]
 状态1           状态2    状态3             状态4          状态5C4   -2.2433×10-4  0.0000  -9.3831×10-5  -5.0582×10-4   -2.6002×10-4C6   -1.1925×10-4  0.0000  -5.1098×10-5  -2.5619×10-4   -1.2941×10-4C8   -2.8598×10-6  0.0000  -1.6606×10-7  -4.9422×10-6   -1.1846×10-6C10  -1.6824×10-6  0.0000  -8.8244×10-7  -2.9138×10-6   -1.4327×10-6C11  6.7042×10-6   0.0000  -2.1354×10-6  8.3102×10-6    1.1080×10-6C13  6.9240×10-6   0.0000  -1.9547×10-6  8.3939×10-6    8.3965×10-7C15  1.7668×10-6   0.0000  -4.1945×10-7  1.9693×10-6    1.2489×10-7
状态6C4   -3.8015×10-4C6   -1.8895×10-4C8   -1.0426×10-6C10  -2.9231×10-6C11  -5.1439×10-7C13  -8.9360×10-7C15  -3.5666×10-7
实施例5是图5所示的数码相机、电视摄像机等内所使用的1.4倍变焦摄像光学系统。
其构成部分有:负的折射力的透镜组211、可调反射镜212、正的折射率的凸透镜组213、亮度光圈214、正的折射力的凸透镜组215、正的折射率的凸透镜组216,红外截止滤波器和消除莫尔条纹滤波器217。整体上构成焦点后移型光学系统。正的折射力的透镜组215是放大率变换器,通过沿光轴方向(图的z轴方向)移动而进行改变放大率。
可调反射镜212还具有补偿和聚焦透镜的功能,变形是为了补偿随改变放大率而产生的焦点位置偏移以及随物体距离变化而产生的焦点偏移。形状在物体距离∞而且变焦标准状态时为平面,在其他状态时为自由曲面形状。
负的折射力的透镜组211由凹透镜218和凸透镜219这2块构成。这样的效果是减小由凹透镜218产生的强的负畸变像差,此外,能降低凹透镜218中的光线高度。再者,作为上述2种效果的结果,能减轻光学系统内所使用的非球面透镜的像差校正负担,因此能放宽非球面量,更容易制造。
图5的光线图是指作为代表性的,在物体距离∞而且变焦状态为广角、标准和望远时。并且,图5所示的坐标系是各状态通用的。但是,从可调反射镜212到物体侧、可调反射镜212、从可调反射镜212到像面侧,分别采用不同的坐标系,故需要注意。
[实施例6]
(実施例6)
   物体距离  变焦   Fno.    焦距   対角画面视角状态1    ∞      广角   3.980  4.652   57.1°状态2    ∞      标准   4.477  5.453   49.2°状态3    ∞      望远   5.149  6.701   40.5°状态4   300mm    广角   3.961  4.652状态5   300mm    标准   4.459  5.453状态6   300mm    望远   5.133  6.701撮像面尺寸4mm×3mm面编号  曲率半径      面间隔    偏心    折射率  阿贝数物体面     ∞        (物体距离)1       -38.5523      2.045             1.744   44.7822       ASP[1]        3.10743       63.3299       3.3731            1.51633 64.144       -55.7768      10.59535       FFS[1](DM)    -4.5963   偏心[1]6       -106.8041     -2.0514           1.92286 18.97       -4240.8114    D1=-6.80213~-4.23488~-0.769488       光圈面        -0.07879       ASP[2]        -6.2388           1.5725  57.7410      23.4652       -1.229811      -8.3423       -2.3156           1.52249 59.8412      11.2443       -0.816713      10.9717       -1.073            1.84666 23.7814      -4.447        D2=-0.68903~-3.25628~-6.7216715      -9.0599       -3.7612           1.5725  57.7416      ASP[3]        -1.581717      ∞               -1.44             1.54771    62.8418      ∞               -0.819      ∞               -0.6              1.51633    64.1420      ∞               -0.5像面    ∞ASP[1]曲率半径  8.6410、k  0.0000A -4.5614×10-4、B 2.2.9660×10-6、C -1.3571×10-7、D 1.5429×10-9ASP[2]曲率半径 -9.4088、k  0.0000a 2.6088×10-4、b 5.8088×10-6、c -2.4412×10-7、d 2.0243×10-8ASP[3]曲率半径  9.0075、k  0.0000a -1.3159×10-3、b 6.5552×10-5、c -52821×10-6、d 2.0025×10-7FFS[1]状态1              状态2     状态3        状态4           状态5C4  -2.4155×10-4  0.0000  2.7301×10-5   -4.2833×10-4  -1.7222×10-4C6  -1.1909×10-4  0.0000  1.5481×10-5   -2.1381×10-4  -9.1215×10-5C8  -3.5587×10-6  0.0000  3.8957×10-8   -2.8029×10-6  8.3713×10-7C10 -1.6571×10-6  0.0000  -6.1292×10-8  -1.8332×10-6  -6.6528×10-7C11 9.5081×10-6   0.0000  -3.0453×10-6  8.4450×10-6   -1.5904×10-6C13 8.9905×10-6   0.0000  -3.2328×10-6  8.0447×10-6   -1.2389×10-6C15 2.3001×10-6   0.C000  -8.8762×10-7  1.9921×10-6   -2.5879×10-7
  状态6C4  -1.5675×10-4C6  -7.6576×10-5C8  5.9061×10-7C10 -1.6575×10-6C11  -4.5466×10-6C13  -4.7765×10-6C15  -1.2345×10-6偏心[1]X    0      Y    0    Z   0α        -45    β        0    γ       0
实施例6是图6所示的数码相机、电视摄像机等内所使用的1.4倍变焦摄像光学系统。
其构成部分有:负的折射力的透镜组221、可调反射镜222、正的折射率的凸透镜组223、亮度光圈224、正的折射力的透镜组225、正的折射率的透镜组226,红外截止滤波器和消除莫尔条纹滤波器227。整体上构成焦点后移型光学系统。正的折射力的透镜组225是放大率变换器,通过沿光轴方向(图的z轴方向)移动而进行改变放大率。
可调反射镜222还具有补偿和聚焦透镜的功能,变形是为了补偿随改变放大率而产生的焦点位置偏移以及随物体距离变化而产生的焦点偏移。形状在物体距离∞而且变焦标准状态时为平面,在其他状态时为自由曲面形状。
本实施例,正的折射力的透镜组223由一片构成,与实施例5的正的折射力的透镜组213相比,透镜片数少。所以,能进一步降低成本。
图6的光线图是指作为代表性的,在物体距离∞而且变焦状态为广角、标准和望远时。并且,图6所示的坐标系是各状态通用的。但是,从可调反射镜222到物体侧、可调反射镜222、从可调反射镜222到像面侧,分别采用不同的坐标系,故需要注意。
[实施例7]
(実施例7)
       物体距离   变焦    Fno.    焦距  対角画面视角
状态1    ∞       广角    3.416   4.613    57.7°
状态2    ∞       标准    3.859   5.452    48.8°
状态3  ∞       望远    4.415   6.703    39.8°
状态4  300mm    广角    3.393   4.613
状态5  300mm    标准    3.839   5.452
状态6  300mm    望远    4.394   6.703
撮像面尺寸  4mm×3mm面编号    曲率半径    面间隔     偏心     折射率   阿贝数物体面      ∞      (物体距离)1       -28.7616    1.6339              1.72916  54.682       ASP[1]      5.0173       54.6152     2.9255              1.497    81.544       -49.9256    4.55       FFS[1]  (DM)D1=-12.1381~-10.03316~-7.33504
                             偏心[1]6       光圈面      -0.12977       ASP[2]      -5.2993             1.58313  59.388       22.9382     -1.17429       -6.7237     -2.2996             1.456    90.3310      9.6725      -0.854811      9.7133      -1.0241             1.72151  29.2312      -3.9774     D2=-1.10099~-3.20589~-5.9040113      -11.478     -2.244              1.603    65.4414      ASP[3]      -1.486515      ∞          -1.44               1.54771  62.8416      ∞          -0.817      ∞          -0.6                1.51633  64.1418      ∞          -0.5像面      ∞ASP[1]曲率半径  10.0576、k  0.0000a -4.0835×10-4、b 4.3979×10-6、c -1.5633×10-7、d 1.9974×10-9ASP[2]曲率半径 -9.1682、k  0.0000a 3.4194×10-4、b 2.4869×10-9、c 9.8662×10-7、d-5.8064×10-8ASP[3]曲率半径  7.7704、k  0.0000a -1.5911×10-3、b 8.6440×10-5、c -7.3116×10-6、d 2.9293×10-7FFS[1]状态1               状态2     状态3        状态4          状态5C4  -3.2829×10-4   0.0000  -2.6321×10-6  -6.0794×10-4  -2.5035×10-4C6  -1.6462×10-4   0.0000  -5.8132×10-6  -3.0603×10-4  -1.2764×10-4C8  -8.0161×10-6   0.0000  1.3356×10-6   -5.9070×10-6  2.6211×10-6C10 -3.1928×10-6   0.0000  1.6332×10-7   -2.6085×10-6  2.7854×10-7C11 1.1826×10-5    0.0000  -4.6352×10-6  1.1156×10-5   -1.8158×10-6C13 1.1056×10-5    0.0000  -4.1022×10-6  1.0686×10-5   -1.3540×10-6C15 2.8228×10-6    0.0000  -1.0533×10-6  2.5287×10-6   -5.8769×10-7
  状态6C4  -2.8099×10-4C6  -1.4301×10-4C8  3.7096×10-6C10 -8.1693×10-7C11 -6.0249×10-6C13 -5.7482×10-6C15 -1.5497×10-6偏心[1]X    0    Y    0    Z    0 α       -45    β       0    γ        0
实施例7是图7所示的数码相机、电视摄像机等内所使用的1.4倍变焦摄像光学系统。
其构成部分有:负的折射力的透镜组231、可调反射镜232、正的折射率的透镜组234、亮度光圈233、正的折射力的透镜组235、红外截止滤波器和消除莫尔条纹滤波器236。整体上构成焦点后移型光学系统。正的折射力的透镜组234是放大率变换器,通过沿光轴方向(图的z轴方向)移动而进行改变放大率。
可调反射镜232还具有补偿和聚焦透镜的功能,变形是为了补偿随改变放大率而产生的焦点位置偏移以及随物体距离变化而产生的焦点偏移。形状在物体距离∞而且变焦标准状态时为平面,在其他状态时为自由曲面形状。
本发明实施例没有相当于实施例5的正的折射力的透镜组213和实施例6的正的折射力的透镜组223的正的折射力的透镜组。因此,其效果是:透镜片数减少,能进一步降低成本,并能扩大作为放大率变换器的正的折射力的透镜组234的移动范围,容易制成变焦比高的光学系统。
图7的光线图是指作为代表性的,在物体距离∞而且变焦状态为广角、标准和望远时。并且,图7所示的坐标系是各状态通用的。但是,从可调反射镜232到物体侧、可调反射镜232、从可调反射镜232到像面侧,分别采用不同的坐标系,故需要注意。
[实施例8]
(実施例8)
          物体距离     变焦    Fno.     焦距
状态1        ∞        广角   5.0000   9.04749
状态2        ∞        标准   3.8000   7.01436
状态3        ∞        望远   2.8000   5.08010
撮像面尺寸X4mm×Y3mm
Px=Py=5μm面编号   曲率半径      面间隔      偏心     折射率   阿贝数物体面     ∞         (物体距离)1        ∞          0.00002      35.1214       1.0000               1.78472  25.683      167.8232      1.00004      130.3582      0.2969               1.51633  64.145      ASP[1]        18.73026      FFS[1](DM)    -4.3019     偏心[1]7      ∞            0.00008      -7.7555       -2.3000              1.58913  61.149      32.1532(光圈面) -0.112310     1000.0000     -0.100011     1000.0000     D1=-4.25292~-2.62378~-1.0126012     ∞            -0.783313     ASP[2]        -0.100014     1000.0000     -0.100015     5.7308        -0.6694              1.84666  23.7816     -15.1681      -0.258617     1000.0000     -0.100018     ASP[3]        D2=0.24107~-1.36283~-2.9627619     -15.3016      -2.0000              1.69680  55.5320     13.8966       -0.300021     -8.9786       -5.3922              1.58913  61.1422     ASP[4]        -0.638723     49.9212       -1.0000              1.51633  64.1424     -69.5147      -1.196425     ∞            -1.4400              1.54771  62.84  26    ∞              -0.100027    ∞              -0.6000          1.51633   64.1428    ∞              -2.1000像面    ∞ASP[1]曲率半径  11.4689、 k  0a -1.4142×10-4、b 1.4501×10-7、c 1.0445×10-8、d -4.0703×10-13ASP[2]曲率半径1000.0000、k 0ASP[3]曲率半径1000.0000、k 0ASP[4]曲率半径11.0623、k 0a -2.8728×10-3、b 1.4022×10-4、c -3.9838×10-6、d 3.4424×10-10FFS[1]曲率半径    ∞、k  0
     状态1          状态2       状态3C4    1.6713×10-3     0.0000  -7.2848×10-4C6    1.0083×10-3     0.0000  -8.1095×10-4C8    -1.1132×10-4    0.0000  3.4637×10-5C10   1.8948×10-5     0.0000  2.3972×10-6C11   8.9426×10-5     0.0000  -4.4633×10-5C13   3.1405×10-5     0.0000  4.9175×10-5C15   1.8300×10-5     0.0000  -9.5845×10-6偏心[1]X   0.00    Y    0.00   Z   0.00α      -45.00  β        0.00   γ      0.00
图8表示实施例8的断面图。305是第1透镜组,306是第2透镜组,307是第3透镜组,311是第4透镜组。这是移动15~16面的凹透镜307进行改变放大率的1.8倍变焦的例。6面是可调反射镜,它通过使面形状变化,来进行随改变放大率的焦点移动以及随物体距离变化的焦点移动。其优点是:用凹透镜307来进行改变放大率,与用正透镜进行改变放大率时相比,能以较少的透镜移动量来进行大的改变放大率。[实施例9](実施例9)
   物体距离   变焦    Fno.   焦距状态1    ∞      望远    5.0000  8.15692状态2    ∞      标准    3.8000  6.89107状态3    ∞      广角    2.8000  4.52486状态5   300mm    标准    3.8000  6.89107撮像面尺寸X4mm×Y3mmPx=Py=5μm面编号   曲率半径       面间隔      偏心   折射率   阿贝数物体面     ∞         (物体距离)1        ∞           0.00002       -303.0641     0.7000             1.51633  64.143       9.2736        1.00004       20.6261       1.2000             1.78472  25.685       ASP[1]        7.00006       FFS[1](DM)    -7.2293     偏心[1]7       ∞            0.00008       -6.7720       -2.3000            1.58913  61.149       70.7255(光圈面)-0.022510       ∞           -0.100011       ∞           D1=-2.74171~-1.85566~0.1361412       ∞           -0.7833  13    ASP[2]               -1.0000       1.69680    55.5314    189.1667             -0.400015    4.6448               -1.2571       1.84666    23.7816    -22.3831             -0.140317    ∞                   -0.100018    ASP[3]               D2=-0.29533~-1.23656~-3.1945119    -14.4658             -2.0000       1.69680    55.5320    9.9717               -0.300021    -9.2901              -3.5540       1.58913    61.1422    ASP[4]               -0.362623    107.3171             -0.8865       1.51633    64.1424    -291.5336            -0.648925    ∞                   -1.4400       1.54771    62.8426    ∞                   -0.100027    ∞                   -0.6000       1.51633    64.1428    ∞                   -2.1000像面    ∞ASP[1]曲率半径342.4201、k  0a-9.1895×10-5、b 5.4102×10-7、c -2.4185×10-8、d -2.3500×10-11ASP[2]曲率半径-186.8247、k  0ASP[3]曲率半径    ∞、k  0ASP[4]曲率半径  9.1729、k  0a-3.2236×10-3、b 1.6799×104、c-55687×10-6、d 5.0927×10-10FFS[1]曲率半径    ∞、k  0
     状态1        状态2           状态3          状态5C4   2.2386×10-3    1.5000×10-3   5.5152×10-4    4.7137×10-4C6   1.4954×10-3    1.0000×10-3   3.2716×10-4    3.3428×10-4C8   -5.4914×10-5   0.0000         -7.2448×10-6   2.5619×10-5C10  -8.2461×10-7   0.0000         1.7986×10-6    6.2461×10-6C11  1.0352×10-5    0.0000         1.1053×10-7    -2.7914×10-5C13  -3.9167×10-5   0.0000         -5.9980×10-6   1.2558×10-5C15  -1.2899×10-7   0.0000         -3.8539×10-7   -1.2580×10-5偏心[1]X      0.00    Y    0.00  Z   0.00α            -45.00  β        0.00  γ      0.00
图9表示实施例9的断面图。在本实施例中是移动13~16面的负折射力的透镜组G3,进行改变放大率的1.8倍变焦透镜的例。第3透镜组G3采用凹凸的2片结构,提高了像差。
把第3透镜组的第1、第2透镜制成凹、凸结构,缩短到可调反射镜6面的距离,这样,能实现比实施例8薄的光学系统。
6面是可调反射镜,通过改变面形状来进行随改变放大率的焦点移动以及随物体距离变化的焦点移动。利用凹透镜进行改变放大率,其优点是:与利用正透镜进行改变放大率时相比较,能以较小的透镜移动量来进行大的改变放大率。
并且,上述实施例8、9是以负的折射力的透镜组作为改变放大率透镜组的设计。在此情况下,第1透镜组G1~可变形反射镜~第2透镜组G2的系统,从整体上看具有正能力,其构成对负能力的第3透镜组G3形成虚物点。这样一来,能用负能力改变放大率透镜组有效地进行改变放大率。
[实施例10]
(実施例10)
       物体距离   变焦   Fno.    焦距
状态1     ∞      望远  3.9000   8.23940
状态2     ∞     标准    3.2000    6.41384
状态3     ∞     广角    2.8000    5.47790
状态5    300mm   标准    3.2000    6.41384
撮像面尺寸 X4mm×Y3mm
Px=Py=2.5μm、k=2.0面编号    曲率半径     面间隔    偏心  折射率   阿贝数物体面       ∞      (物体距离)1          ∞       0.00002        -504.0444  0.7000           1.51633   64.143        8.6811     1.00004        20.3265    1.2000           1.78472   25.685        ASP[1]     7.00006        FFS[1](DM) -4.0000    偏心[1]7          ∞       2.22938          ∞       D1=1.20003~0.21911~-0.439139          ∞       1.000010       -9.4331    -2.3000          1.58913   61.1411       222.2495(光圈面)-1.000012         ∞       D2=-1.20003~-0.21911~0.4391313         ∞       -0.647514         ∞       -1.000015       ASP[2]     -1.0000          1.69680   55.5316       2905.0515  -0.400017       4.9561     -0.1711          1.84666   23.7818       -32.876    -0.097219         ∞       -0.395320       ASP[3]     D3=1.20003~0.21911~-0.43913  21      ∞           -1.000022    -11.9555       -2.0000          1.69680    55.5323    11.2189        -0.300024    -6.4379        -4.2823          1.58913    61.1425    ASP[4]         -1.559826     ∞            D4=-1.20003~-0.21911~0.4391327     ∞            -0.929628     ∞            -1.4400          1.54771    62.8429     ∞            -0.100030     ∞            -0.6000          1.51633    64.1431     ∞            -2.1000像面     ∞ASP[1]曲率半径419.2460、k  0a -9.4595×10-5、b 7.2229×10-7、c -2.5763×10-8、d -1.0490×10-10ASP[2]曲率半径-1848.9723、k  0ASP[3]曲率半径    ∞、k  0ASP[4]曲率半径23.0340、k  0a -2.5469×10-3、b 3.9717×10-5、c -4.6619×10-6、d 1.1907×10-8FFS[1]曲率半径    ∞、k  0
    状态1          状态2           状态3        状态5C4    2.2824×10-3  1.5000×10-3    1.9335×10-4  1.1794×10-3C6    1.0312×10-3  1.0000×10-3    1.0345×10-4  6.0055×10-4C8    9.4653×10-6  0.0000          7.2377×10-6  -2.1271×10-5C10-1.2969×10-5  0.0000      2.2733×10-7   -6.3319×10-6C11-2.6948×10-5  0.0000      -4.0076×10-6  -6.459×10-6C13 7.0776×10-6  0.0000      -5.7967×10-7  5.0297×10-6C15-1.0268×10-6  0.0000      -9.5026×10-7  -2.6466×10-6偏心[1]X    0.00   Y    0.00  Z    0.00α       -45.00  β        0.00  γ        0.00
图10表示实施例10的断面图。在本实施例中,从被固定的15面到18面是第3透镜组G3。并且,第3透镜组G3的前后的第2透镜组G2(10~11面)和第4透镜组G4(22~25面)为进行改变放大率,平常按相同的移动量进行移动。也就是说,可以认为,第2透镜组G2和第4透镜组G4从机械方面看是一体化的。并且,第2透镜组G2和第4透镜组G4具有相同符号的能力,而且与第3透镜组G3相比,能力的符号不同。也就是说,若第3透镜组G3为负能力,则第2透镜组、第4透镜组G2、G4为正能力。若第3透镜组G3为正能力,则第2透镜组、第4透镜组G2、G4为负能力。
并且,要求像固体摄像器件那样从摄像光学系统射出的主光线是远心的用途,其结构可以是:第3透镜组G3为负能力,第2透镜组、第4透镜组G2、G4为正能力。这是因为若4透镜组为正能力,则容易使主光线远心。这种变焦透镜形式类似于所谓光学校正式变焦形式。在本实施例中利用可调反射镜来校正随透镜组移动而进行的焦点移动、以及随物体距离变化而进行的焦点移动。当然,也可以校正其中的某一种。
在本实施例中,因为2个透镜组进行相同的移动,所以,其优点是:不需要凸轮,成本较低,若选择能力(パヮ一)分配,则改变放大率时的焦点移动少,所以,能减小可调反射镜的变形量。
而且,第3透镜组G3也可以移动。可调反射镜布置在第1透镜组G1和第2透镜组G2之间,但也可以布置在第4透镜组G4之后等。
该类型的光学系统中,所谓放大率变换器是指在改变放大率时移动的光学元件组中,倍率变化比率最高的光学元件组。在实施例10中,是指第4透镜组G4。第4透镜组G4从望远端到广角端,是从-0.976倍变化到-0.78倍。第2透镜组G2从望远端到广角端,是仅仅从-0.325倍变化到-0.314倍。所以第4透镜组G4的定义除上述定义外,第4透镜组G4也可以是放大率变换器本身。
在该类型的光学系统中也适用以上所述的条件式。但对式324~329来说,放大率变换器是指改变放大率时移动的透镜组中靠可调反射镜的透镜组。
对本发明的全部内容都能通用的定义是:光学元件组是指由一个以上的光学元件构成的组件。并且,实施例中的透镜组也可以包括透镜以外的光学元件。
本发明的光学系统满足下列条件式即可。
0.3<|f2/f|<10    …式340
式中,f2是移动的光学元件组中前方的光学元件组的焦距。|f2/f|若低于下限,则像差增加,若高于上限,则改变放大率作用或补偿功能不足。或者若
0.6<|f2/f|<5     …式341
则良好。若
1.1<|f2/f|<5     …式341-2
则更好。
并且,本发明的光学系统若满足以下条件式,即可。
0.15<|f3/f|<6    …式342
式中,f3是被移动的光学元件组夹持的光学元件组的焦距。
|f3/f|若低于下限,则像差增大,若超过上限,则与光学元件组相组合的改变放大率作用或补偿作用不足。如果
0.25<|f3/f|<3    …式343
那么良好。如果
0.35<|f3/f|<2.2  …式343-2
那么更好。
并且本发明的光学系统,满足以下条件式即可。
0.15<|f4/f|<7    …式344
式中,f4是移动的光学元件组中后方的光学元件组的焦距。
|f4/f|若低于下限,则像差增大,若高于上限,则改变放大率作用或补偿作用不足。若
0.25<|f4/f|<3    …式344-2
则良好。若
0.4<|f4/f|<2     …式345
则更好。式340~345对本发明的其他实施例在无妨碍的情况下,也可以适用。
[实施例11]
(実施例11)
        物体距离    变焦      Fno.    焦距
状态1     ∞        望远     4.5000   8.74026
状态2     ∞        标准     3.2000   6.42951
状态3     ∞        广角     2.8000   4.79958
状态5     300mm     标准     3.2000   6.42951
撮像面尺寸 X4mm×Y3mm
Px=Py=2.5μm、k=2.1面编号    曲率半径          面间隔    偏心    折射率   阿贝数物体面       ∞            (物体距离)1          ∞             0.00002         -964.7304       0.7000            1.51633  64.143          9.5889         1.00004          17.7453        1.2000            1.78472  25.685          ASP[1]         7.00006          FFS[1](DM)     -4.0000   偏心[1]  7      ∞                 -0.50008      ∞                 D1=1.68135~0.59966~-0.575289      ∞                 -1.000010     -10.4257           -1.3000            1.58913  61.1411     388.0611           -1.000012     ∞                 D2=-1.68135~-0.59966~0.5752813     ∞                 0.000014     光圈面             -1.000015     ASP[2]             -1.0000            1.69680  55.5316     14410              -0.400017     4.1865             -0.1711            1.84666  23.7818     -34.6352           -0.096719     ∞                 -1.395320     ASP[3]             D3=1.68135~0.59966~-0.5752821     ∞                 -1.000022     -15.1800           -2.0000            1.69680  55.5323     9.5514             -0.300024     -6.4630            -4.8432            1.58913  61.1425     ASP[4]             -1.213726     ∞                 D4=-1.68135~-0.59966~0.5752827     ∞                 -0.723428     ∞                 -1.4400            1.54771  62.8429     ∞                 -0.100030     ∞                 -0.6000            1.51633  64.1431     ∞                 -2.1000像面     ∞ASP[1]曲率半径559.6254、k  0a -1.1630×10-4、b 8.6486×10-7、c -1.4621×10-8、d -1.0484×10-10ASP[2]曲率半径-9397.6126、k 0ASP[3]曲率半径    ∞、k  0ASP[4]曲率半径  16.8496、k 0a -3.0683×10-3、b 7.9412×10-5、c -6.1481×10-6、d 7.1383×10-10FFS[1]曲率半径    ∞、k 0
      状态1           状态2          状态3          状态5C4      -5.0000×10-4   -6.2241×10-4  -5.0000×10-3  -1.7652×10-3C6      -1.5288×10-4   -3.4826×10-4  -2.2850×10-3  -8.0538×10-4C8      2.1605×10-5    4.2421×10-11  5.9732×10-5   4.6464×10-5C10     -1.4053×10-6   3.0300×10-12  4.4807×10-5   1.5296×10-5C11     2.7287×10-6    2.1366×10-10  3.8387×10-5   8.945×10-6C13     9.4480×10-7    7.2849×10-11  2.0863×10-5   9.2071×10-6C15     -1.5247×10-6   9.1322×10-12   1.6418×10-6  -1.7323×10-6偏心[1]X    0.00    Y   0.00   Z   0.00α       -45.00   β       0.00  γ       0.00
图11表示实施例11的断面图。该实施例的构成与实施例10是同一类型。光圈被固定在负折射力的固定透镜组旁边。因此,优点是改变放大率时的光线高度变动小。
各条件式与实施例10一样可以满足。
可调反射镜在所有的摄影状态下均为凹面,其设计适合于静电驱动可调反射镜。并且,在可调反射镜的形状中,从平面到摄影状态的范围是对比度方式的自动聚焦用的余量。即相当于图17的P2Q。
同样,由于在近点的自动聚焦,与近点300mm的可调反射镜的形状相比,该可调反射镜变形成为更深的凹面。即近点处的自动聚焦用的余量。这相当于图17的RR2。
并且,对本发明可以通用的事项是,在画面视角比较窄的变焦透镜的情况下,也可以用下式347来置换式316。
f1/f<0 または f1/f>5      …347
这是因为在画面视角窄的情况下,不是焦点后移型也能降低光学系统中的光线高度。
[实施例12]
(実施例12)
       物体距离   变焦     Fno.    焦距
状态1      ∞     望远    4.5000   8.73317
状态2      ∞     标准    3.2000   6.27299
状态3      ∞     广角    2.8000   4.29905
状态5      300mm  标准    3.2000   6.27299
撮像面尺寸X4mm×Y3mm
Px=Py=2.5μm、k=2.5面编号    曲率半径     面间隔    偏心     折射率   阿贝数物体面       ∞      (物体距离)1          ∞        0.00002        -482.8203   0.7000             1.51633   64.143        6.3094      1.00004        27.9840     1.2000             1.78472   25.685        ASP[1]      5.00006        FFS[1](DM)  -4.0000  偏心[1]7          ∞        -0.50008          ∞       D1=2.93012~1.71055~0.011629          ∞        -1.000010    -9.1491     -1.3000      1.58913      61.1411    1065.1375   -1.000012       ∞       D2=-2.93012~-1.71055~-0.0116213       ∞       0.500014     光圈面     -1.000015     ASP[2]     -1.0000      1.69680      55.5316     290700     -0.400017     5.8684     -0.1711      1.84666      23.7818    -80.3252    -0.200019       ∞       -1.895320     ASP[3]     D3=2.93012~1.71055~0.0116221       ∞       -1.000022    -15.1465    -2.0000      1.69680      55.5323    10.5668     -0.300024    -8.2373     -4.3398      1.58913      61.1425    ASP[4]      -2.023026      ∞        D4=-2.93012~-1.71055~-0.0116227      ∞        -1.205728      ∞        -1.4400      1.54771      62.8429      ∞        -0.100030      ∞        -0.6000      1.51633      64.1431      ∞        -2.1000像面    ∞ASP[1]曲率半径322.8961、k  0a -1.8286×10-4、b -4.7666×10-6、c -3.6610×10-8、d -1.0357×10-9ASP[2]曲率半径-125200、k  0ASP[3]曲率半径    ∞、k  0ASP[4]曲率半径  53.5355、k  0a -2.0411×10-3、b 1.8960×10-4、c -2.1343×10-5、d 7.5729×10-7FFS[1]曲率半径    ∞、k  0
      状态1      状态2          状态3           状态5C4   -1.0000×10-3  8.0649×10-4   -1.0000×10-3    2.6458×10-4C6   -3.8000×10-4  4.0553×10-4   -3.5320×10-4    1.0179×10-4C8   -6.5634×10-7  9.6342×10-6   8.1981×10-6     8.9472×10-6C10  -3.2350×10-6  6.8916×10-6   1.4590×10-5     3.6633×10-6C11  -8.6083×10-6  -2.7438×10-5  3.6593×10-6     -2.4821×10-5C13  -9.4944×10-6  -9.8705×10-6  -1.0661×10-6    -9.8971×10-7C15  -8.2680×10-6  -8.2617×10-6  -1.2234×10-5    -6.6129×10-6偏心[1]X    0.00  Y     0.00 Z    0.00α       -45.00 β         0.00 γ         0.00
图12表示实施例12的断面图。该例也和实施例10、11是同一类型。为了减少可调反射镜的变形量,设计成向凹、凸侧变形。并且,对第1透镜组G1的负能力进行加强,形成广角。从可调反射镜到第1透镜的距离小,适合于小型数码相机、卡式数码相机。[实施例13](実施例13)
    物体距离  变焦   焦距   対角画面视角状态1      ∞     广角    4.2     61.53°状态2      ∞     标准    6.3     43.29°状态3   ∞      望远       8.4         33.15°状态4  300mm    广角状态5  300mm    标准状态6  300mm    望远Fno.:2.82~3.52撮像面尺寸:4.4mm×3.3mm面编号   曲率半径   面间隔    偏心   折射率  阿贝数物体面      ∞     (物体距离)1         -14.36     1.00    偏心[1] 1.7291   45.72          ASP[1]    6.45    偏心[1]3           ∞       0.004         FFS[1](DM) 0.00    偏心[3]5           ∞       -3.806          -7.65      2.19           1.6831   31.67          -6.02     -0.148          -8.31     -2.00           1.7453   41.79          -16.30    D1=-7.11~-3.37~-0.1210         光圈面    -0.1011         ASP[2]    -2.69   偏心[4] 1.5821   62.512         -31.78    -1.38   偏心[4]13         -5.27    -2.44    偏心[5] 1.4875   70.414         6.74     -0.96    偏心[5]15         4.81     -0.80    偏心[6] 1.7551   27.616         ASP[3]   D2=-0.58 ~-4.32 ~-7.57
                         偏心[6]17         -9.41    -2.61            1.6001   61.418         6.52     -0.2019    5.89      -1.54    1.7444    43.920    ASP[4]    -0.1021    ∞        -1.44    1.5477    62.822    ∞        -0.8023    ∞        -0.60    1.5163    64.124    ∞        -0.50像面      ∞        0.00     偏心[7]ASP[1]曲率半径  9.74、k 0.0000a -62519×10-4、b 1.2541×10-5、c -7.6432×10-7、d 1.7319×10-8ASP[2]曲率半径 -6.60、k  0.0000a 4.2068×10-4、b 2.6754×10-5、c -3.3993×10-6、d 5.4375×10-7ASP[3]曲率半径 -5.34、k 0.0000a -1.4669×10-3、b -2.5868×10-5、c 2.4908×10-5、d -3.9721×10-6ASP[4]曲率半径  5.62、k  0.0000a -2.9782×10-3、b 1.2391×10-4、c -4.8542×10-6、d 7.6341×10-8FFS[1]
    状态1        状态2     状态3         状态4           状态5C4  -7.5312×10-4   0.0000  -3.4212×10-4   -1.0695×10-3  -3.0806×10-4C6  -3.7728×10-4   0.0000  -1.7218×10-4   -5.4546×10-4  -1.5079×10-4C8  -1.3987×10-5   0.0000  -7.6019×10-6   -1.5925×10-5  -6.6752×10-6C10 -5.6901×10-6   0.0000  -3.6267×10-6   -8.3321×10-6  -2.9455×10-6C11 1.0628×10-5    0.0000   9.5627×10-7   1.4199×10-5   1.1005×10-6C13 1.0528×10-5    0.0000   8.5460×10-7   1.3836×10-5   2.1106×10-6C15 2.4609×10-6    0.0000   2.2087×10-7   2.9930×10-6   -5.0391×10-8
 状态6C4   -6.5191×10-4C6   -3.2651×10-4C8   -1.7035×10-5C10  -7.9035×10-6C11  4.3390×10-7C13  1.0298×10-6C15  -1.4066×10-7偏心[1]X     0.00  Y     0.10   Z    0.00α         0.00   β         0.00   γ        0.00偏心[3]X     0.00  Y     decy   Z    deczα         45     β         0.00   γ        0.00
   状态1  状态2  状态3  状态4  状态5  状态6decv   0.009    0      0    0.008  0.002  0.001decz   0.009    0      0    0.008  0.002  0.001偏心[4]X    0.00  Y   -0.02  Z   0.00α        0.00  β        0.00  γ       0.00偏心[5]X    0.00  Y   -0.01  Z   0.00α        0.00  β        0.00  γ       0.00偏心[6]X    0.00  Y   0.00   Z   0.00α        0.00  β        0.00  γ       0.00偏心[7]X    0.00  Y   0.00   Z   0.00α     -1.86  β     0.00  γ     0.00
实施例13如图13所示,是采用可调反射镜的数码相机用的光学装置的例。
该实施例,在对透镜和摄像器件施加displacement这一点上,与上述实施例2和实施例3的结构基本相同。但在可调反射镜变形时可调反射镜整体向垂直于反射镜反射面的方向的平行移动也同时进行。这样来抑制由于可调反射镜而产生的偏心像差。
在本实施例中,变焦时和聚焦时,可调反射镜表面变形的同时,可调反射镜整体也进行平行移动。这样,仅靠反射镜表面变形还不能校正的像差可以在适当范围内减小。
当可调反射镜整体的最大平行移动量为x,光学系统的焦距为f时,最好满足下式。
             0<|x|/f<1
若超过上限,则很难确保使反射镜平行移动所需的空间。并且,很难使光学系统减小。
对本发明可以通用的事项是,在变焦光学系统的情况下,对本发明的各条件式至少在一个变焦状态下能满足该条件式即可。并且,在变焦光学系统的情况下,若改变放大率组具有正能力,则透镜构成容易采取焦点后移型,容易广角化。若改变放大率组具有负能力,则改变放大率组以较小的移动量,即可实现大的改变放大率。
最后说明各实施例的坐标系的定义。
[实施例1~3、13]
假定从物体中心伸出而且与物体面相垂直的直线为Z轴。把射入到光学系统内的光线的前进方向作为Z轴正方向,把包括该Z轴和像面中心的平面作为Y-Z平面,把通过原点,垂直于Y-Z平面,从纸面的前方向里面侧的方向作为X轴正方向,与X轴、Z轴构成右手直角坐标系的轴为Y轴。
在这些实施例中,在该Y-Z平面内进行各面的偏心,并且,把各旋转非对称自由曲面的唯一对称面作为Y-Z面。
进行偏心时的坐标系的原点作为以进行偏心的面为k面时,从k-1面的面顶位置向Z轴方向上按面间隔的大小而进行移动后的点。
关于偏心面,根据对应的坐标系的原点,给出了:该面的面顶位置的偏心量(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别为X、Y、Z)、以及该面的中心轴(对自由曲面,为上述(a)式的Z轴)分别以X轴、Y轴、Z轴为中心倾斜角(分别为α、β、γ(°))。而且,在此情况下,α和β符号分别相对于X轴、Y轴的正方向以反时针旋转为正;γ符号相对于Z轴正方向以顺时针旋转为正。
进行偏心的方法是离开中心并返回,也就是说,当k面偏心时k+1面的面顶位置作为从偏心前的k面的面顶位置在Z轴方向上按面之间隔的大小进行移动后的点。
偏心的顺序是,使该面的面顶位置分别在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上按照X、Y、Z进行偏心后,按照以该面的X轴为中心的旋转角α、以及以Y轴为中心的旋转角β,以Z轴为中心的旋转角γ的顺序,依次进行倾斜。
并且,反射面的偏心的表现如下。偏心全部在Y-Z面内进行,所以,对反射面的旋转角能按照轴中心的旋转角α来进行表现。β、γ总是为0。并且,当使反射面按α旋转时,光线在反射面上被反射后的光学系统的坐标系,定义为使反射前的坐标系旋转2α。这时,反射前和反射后,轴上主光线的前进方向和光学系统的Z轴正方向相反,故必须注意。
并且,关于反射镜面的变形符号,当反射镜面变形成为自由曲面形状时,作为能力成分的c4、c6为正时,形成凸面反射镜。也就是说形成具有负反射力的反射镜。相反,当作为能力成分的c4、c6为负时,形成凹面反射镜。即具有正的反射力(パヮ一)的反射镜。
[实施例4~12]
α、β、γ符号分别相对于X轴、Y轴、Z轴的正方向,以顺时针旋转为正,其余和上述情况相同。在以上的说明中,全都是说明采用可调反射镜的光学系统。但是,在利用通常的(形状不变的)反射镜来代替可调反射镜的情况下,尤其在没有妨碍的条件下也可以适用上述条件式限制等。这是因为采用可调反射镜的折弯光学系统的小型化的优点仍保持原封不动。并且,因为可调反射镜的焦度(パヮ一)弱,所以从技术上看,置换成通常反射镜很容易。
采用上述本发明的变焦光学系统能适用于胶卷像机、数码相机、电视摄像机、便携终端用的相机、监视相机、机器人的眼睛、电子内视镜等。
并且,在上述变焦光学系统中,说明了透镜组中有反射面的构成的变焦光学系统,但对于没有反射面的构成的变焦光学系统,如果是利用具有可变形状面的光学元件,例如可调焦点透镜等的结构,那么也能达到小型化、低成本、省电力、动作静音化等效果。再者,在上述实施例中也可以采用没有可变形状面的可调焦点反射镜。而且,关于可调焦点反射镜,将在以后用图34来说明其一例。
以下说明能适用于本发明光学系统或摄像装置的可变形反射镜的构成例。
[可调光学元件]
图19是数码相机的开普勒式取景器的概要构成图。其中采用光学特性可调反射镜作为能适用于本发明的变焦光学系统的可调反射镜。本例的构成当然也能使用于银盐胶卷照相机。首先说明光学特性可变形镜409。
光学特性可变形镜409(以下简称为可变形镜),其中,由电极409k和可变形基板409j、以及在该基板409j上镀敷铝膜作为反射面使用的薄膜(反射面)409a这3层构成的变形层的周围部被固定在支承台阶423上,并且,相对于电极409k设置了间隔的多个电极409b被固定在上述支承台阶423的下侧,411a是分别与各电极409b相连接的多个可变电阻器;412是通过可变电阻器411b和电源开关413而被连接在电极409k和电极409b之间的电源;414是对多个可变电阻器411a的电阻值进行控制用的运算装置;415、416和417是分别与运算装置414相连接的温度传感器、湿度传感器、和距离传感器,这些部分如图所示进行布置,共同构成一个光学装置。
而且,物镜902、目镜901和棱镜404、二等边直角棱镜405、反射镜406和可变形镜409的各个面也可以不是平面,而是球面、旋转对称非球面,此外也可以是对光轴偏心的球面、平面、旋转对称非球面或具有对称面的非球面、只有一个对称面的非球面、没有对称面的非球面、自由曲面、具有不能微分的点或线的面等,形成各种形状。另外,无论是反射面,还是折射面,只要是对光能有某种影响的面即可。以下将这些面总称为扩展曲面。而且,所谓偏心(decentration)是指displacement(shift)和tilt中的一个或两者。
并且,薄膜409a,例如、P.Rai-choudhury编、Handbook ofMichrolithography,Michromachining and Michrofabrication,Volume2:Michromachining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58,SPIE PRESS刊和Optics Communication,140卷(1997年)P187~190中所述的薄膜反射镜,若在多个电极409b和409k之间加上电压,则由于静电力的作用而使薄膜409a变形,使其面形状发生变化。这样,不仅能根据观察者的视力来对焦,而且,能控制:透镜901、902和/或棱镜404、二等边直角棱镜405、J406受温度和湿度变化所造成的变形和折射率变化,或者,透镜框架的伸缩和变形以及光学元件、框架等的零件装配误差所造成的成像性能下降。能随时适当进行对焦,以及对对焦所产生的像差进行校正。
而且,电极409b的形状,例如图21、图22所示,可以进行相同的分割、或者矩形分割,根据薄膜的变形方法来选择。
在采用上述可变形镜409的情况下,来自物体的光在物镜902和棱镜404的各入射面和射出面上进行折射,在可变形镜409上进行反射,透过棱镜404,在二等边直角棱镜405上进一步进行反射(在图19中,光路中的十标记表示光线向纸面的里侧前进),在反射镜406上进行反射,通过目镜901而射入眼内。这样,由透镜901、902、棱镜404、405和可变形镜409,来构成光学装置的观察光学系统,通过对这些光学元件的面形状和厚度进行优化,即可使物体面的像差达到最小。
也就是说,作为反射面使用的薄膜409a的形状,为了获得最佳成像性能,采用以下控制方法,即利用从运算装置414来的信号,来使各可变电阻器411a的阻值进行变化。也就是说,从温度传感器415、湿度传感器416和距离传感器417向运算装置414内输入信号,该信号的大小对应于周围温度和湿度以及离物体的距离,运算装置414输出一种决定可变电阻器411a的阻值的信号,以便在电极409b上加适当的电压,该电压能决定薄膜409a的形状,该薄膜的形状能根据上述输入信号来补偿周围温度和湿度条件以及离物体的距离所造成的成像性能下降。这样,薄膜409a在加到电极409b上的电压即静电力的作用下产生变形,所以,其形状根据状况而变成包括非球面在内的各种形状。而且,也可以没有距离传感器417,在此情况下,可以移动数码相机的摄像光学系统的摄像透镜403,使从固体摄像器件408来的图像信号的高频成分大体达到最大,从该位置相反地计算出物体距离,使可变形镜变形,根据观察者的眼睛来调整焦点。
并且,如果用聚酰胺等合成树脂来制作能变形的基板409j,那么,即使低电压也能产生大的变形,所以效果良好。而且,能把棱镜404和可变形镜409形成一体,制成一个单元。
并且,也可以利用刻蚀工艺在可变形镜409的基板上形成一体化的固体摄像器件408(无图示)。
再者,透镜901、902、棱镜404、405,J406,可以利用塑料模压等方法来成形,很容易形成任意的所需形状的曲面,制作方法也很简单。而且,在上述说明中,透镜901、902离开棱镜404面而形成。如果把棱镜404、405、J406、可变形镜409设计成不设置透镜901、902,即可消除像差,那么,棱镜404、405、可变形镜409变成一个光学模块,便于装配。并且,透镜901、902、棱镜404、405、反射镜406也可以部分或全部用玻璃制作,若采用这种结构,则能获得精度更高的观察光学系统。
而且,在图19的例中,设置了运算装置414,温度传感器415、湿度传感器416、距离传感器417,温湿度变化、物体距离的变化等也用可变形镜409进行补偿,但也可以不是这样,即也可以省略运算装置414、温度传感器415、湿度传感器416、距离传感器417,利用可变形镜409仅对观察者的视力变化进行补偿。
图20是在本发明的变焦光学系统中能作为可变形反射镜使用的可变形镜409的另一例的概要构成图。
本例的可变形镜,在薄膜409a和多个电极409b之间安装压电元件409c,这些都设置在支承台423上。并且,通过在每个电极上改变加在压电元件409c上的电压,即可使压电元件409c局部产生不同的伸缩,能改变薄膜409a的形状。电极409b的形状如图21所示,也可以是同心分割,如图22所示,也可以是矩形分割。此外,可以选择适当的形状。
在图20中,424是与运算装置414相连接的摆动传感器,例如,摄影时检测出数码相机的摆动,为了补偿因摆动而造成的图像失真,通过运算装置414和可变电阻器411来改变加在电极409b上的电压,使薄膜(反射面)409a变形。这时,对从温度传感器415、湿度传感器416和距离传感器417来的信号也同时考虑,进行对焦、温度和湿度补偿等。在此情况下,因为在薄膜409a上施加因压电元件409c变形而产生的应力,所以,最好在一定程度上把薄膜409a的厚度制作得厚一些,使其具有相应的强度。而且,压电元件409c也可以通过所用的材料,如后所述,制成409c-1、409c-2那样的2层结构。
图23是在本发明的变焦光学系统中能作为可变形反射镜使用的可变形镜409的再另一个例子的概要构成图。
本例的可变形镜与图20所示的可变形镜的不同之处是:介于薄膜409a和多个电极409b之间的压电元件,其构成部分是利用具有反向压电特性的材料而制成的2片压电元件409c和409C′。也就是说,如果压电元件409c和409C′用强介电性晶体制成,那么,被布置成结晶轴方向互为相反。在此情况下,其优点是:若在压电元件409c和409C′上加电压,则产生反向伸缩,所以,使薄膜(反射面)409a变形的力大于图20所示的例的情况,结果能使反射镜表面形状产生巨大变化。图23所示的其他符号与图20相同。
压电元件409c和409C′中所用的材料,例如有:钛酸钡、四水酒石酸钾钠、水晶、电石、磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氢铵(ADP)、铌酸锂、等压电物质、同物质的多晶体、同物质的晶体、PbZrO3和PbTiO3的固溶体压电陶瓷、二氟化聚乙烯(PVDF)等有机压电物质、上述以外的强电介质等,尤其有机压电物质,拉伸弹性模量小,即使用低电压也能产生大的变形,所以,效果良好。而且,在利用这些压电元件时,若厚度不均匀,则在上述各例中,也能使薄膜409a适当变形。
并且,压电元件409c和409c′的材料采用:聚氨酯、有硅橡胶,丙烯酸弹性体,PZT,PLZT,聚氟乙烯(PVDF)等高分子压电体,亚乙烯基二氰共聚物,二氟乙烯和三孵氟代乙烯共聚物等。
在利用具有压电性的有机材料,具有压电性的合成树脂,具有压电性的弹性体时,可以实现可变形镜的大的变形。
此外,在图20、图24的压电元件409c中使用的电致伸缩材料,例如,丙烯酸弹性体,有机硅橡胶等的情况下,也可以将基板409c-1和电致伸缩材料409c-2粘贴,将压电元件409c的层制成双层结构。
图24是用于本发明的变焦光学系统中的可变形镜409的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜,利用薄膜409a和多个电极409d夹持压电元件409c,将它们设置在支持台423上。并且,经由利用运算装置414控制的驱动电路425a将电压外加到薄膜409a和电极409d之间的压电元件409c上。进而与此不同,也可以经由利用运算装置414控制的驱动电路425b将电压外加到设置在支持台423的内部底面上的多个电极409b上。从而,能够借助外加到薄膜409a和电极409d之间的电压和外加到电极409b上的电压产生的静电力,使薄膜409a双重变形,可以比前面所述的实施例中的任何一个有更多的变形图样,并且,还具有响应性快的优点。图24中所示的其它标号和图20相同。
同时,如果改变薄膜409a、电极409d之间的电压的符号的话,可以使可变形镜的薄膜409a变形成凸面和凹面。在这种情况下,用压电效应可以进行大的变形,也可以用静电力进行微细的变形。此外,对于凸面变形,主要利用压电效应,对于凹面变形主要利用静电力。此外,电极409d可以用一个电极构成,或者像电极409b那样,由多个电极构成。由多个电极构成的电极409d的形式示于图24。此外,在说明中,将压电效应和电致伸缩效应,电致伸缩归纳起来描述成压电效应。从而,电致伸缩材料也包含在压电材料中。
图25是用于本发明的变焦光学系统中的可变形镜409的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜,由于利用电磁力使反射面的形状发生变化,所以,在支持台423的内部底面上固定有永磁铁426,在顶面上载置固定有氮化硅或聚酰亚胺等构成的基板409e的周缘部,在基板409e的表面上,附设铝等金属涂敷制成的薄膜409a,构成可变形镜409。
在基板409e的下表面上,固定安装多个线圈427,这些线圈427分别经由驱动电路428连接到运算装置414上。图25中所示的其它标号与图20中的相同。从而,利用各传感器415、416、417、424来的信号,在运算装置414中求出光学系统的变化,当利用从运算装置414中出来的与所求出的光学系统的变化相对应的输出信号,从各个驱动电路428向各个线圈427分别提供适当的电流时,作用在各线圈427和永磁铁426之间的电磁力将线圈427排斥或吸引,使基板409e和薄膜409a变形。
在这种情况下,各个线圈427可以分别流过不同量的电流。此外,线圈427也可以是一个。也可以将永磁铁426安装到基板409e的下面,将线圈427设置在支持台423的内部底面一侧。此外,线圈427可以用光刻等方法制成薄膜线圈,进而,也可以在线圈427内插入强磁性体构成的铁心。
在薄膜线圈的情况下,如图26所示,通过将薄膜线圈427的线圈密度制成根据在基板409e的下面的部位的不同而变化的线圈428’,可以使基板409e及薄膜409a产生所需的变形。此外,线圈427可以是一个,也可以在这些线圈427中插入强磁性铁心。
图27是用于本发明的变焦光学系统中的可变形镜409的进一步的另外一个例子简略结构图。在图9中,其它标号和图2相同。
在本例的可变形镜中,基板409e用铁等强磁性体制作,作为反射膜的薄膜409a由铝等构成。并且,基板409e的周缘部,载置固定于支持台423的顶面上。线圈427被固定在支持台423的内部底面一侧。在这种情况下,由于不把薄膜线圈设置在基板409e的下面也可以,所以,结构简单,可以降低制造成本。此外,如果把电源开关413换成切换兼电源通断用开关的话,可以改变流过线圈427的电流的方向,可以自由地改变基板409e及薄膜409a的形状。
图28是表示相对于薄膜409a和基板409e配置的线圈427的配置例,图29是表示线圈427的另外一个配置例,这些配置,也可以用于图25所示的例子。此外,图30表示在以图33的放射状的方式配置线圈427时,永磁铁426的配置。即,如图30所示,如果将棒状永磁铁426配置成放射状时,与图25所示的例子相比,可以给予基板409e及薄膜409a以微小的变形。此外,在这样用电磁力使基板409e及薄膜409a变形的情况下(图25及图27的例子),具有可以用比使用静电力时低的电压进行驱动的优点。
上面叙述了几个可变形镜的例子,为了使用薄膜形成的镜的形状发生变形,如图24所示,可以利用两种以上的力。即,可以同时利用静电力,电磁力,压电效应,磁致伸缩,流体的压力,电场,磁场,温度变化,电磁波等当中的两种以上使可变形镜变形。即,如果制造用两种以上不同的驱动方法使光学特性改变的光学元件的话,可以同时实现大的变形和微细的变形,实现高精度的镜面。
图31是在光学装置的摄像光学系统中采用可变形镜409的结构,例如,用于便携式电话的数字摄像机,被膜内窥镜,电子内窥镜,个人计算机用数字照相机,PDA用数字照相机等的摄像光学系统中采用的可变形镜时的简略结构图。
本例的摄像光学系统,用可变形镜409,透镜902,固体摄像元件408,控制系统103构成一个摄像单元104,即,一个光学装置。在本例的摄像单元104中,来自于物体通过透镜902的光,在被可变形镜409的薄膜(反射面)409a反射时,被聚光,成像在固体摄像元件408上。可变形镜409是光学特性可变的光学元件的一种,也称之为可变焦点镜。
根据本例,即使物体的距离变化,通过使可变形镜409的反射面409a变形,也可以对焦点,不必用马达等驱动透镜902,在小型化,轻量化,耗电量低等方面十分优异。此外,摄像单元104,作为本发明的摄像光学系统,可以用于所有的实施例。此外,通过利用多个可变形镜409,可以制成变焦摄像光学系统,可变放大率摄像光学系统等各种光学系统。
此外,在图31中,表示了在控制系统103中包括采用线圈的变压器的升压回路的控制系统的结构例。特别是,当利用叠层型压电变压器时,可以小型化。升压回路可以用于本发明中全部利用电的可变形镜、可变焦点透镜,特别是,对于利用静电力、压电效应时的可变形镜,可变焦点透镜非常有用。
图32是可变形镜进一步的另外一个例子的简略结构图。该图32表示,用微型泵180使管路161a中的流体161进出,使架设在支持台189a的上表面上的作为反射膜189的表面的镜面变形的可变形镜188的结构。根据本例,具有可以使镜面进行大的变形的优点。此外,在支持台189a和连接微型泵180的管路之间设置液体储存槽168,以便可以向前述支持台189a的内部供应规定量的流体161。
微型泵180,例如为利用微型机械加工技术制作的小型泵,利用电力驱动。
作为利用微型机械加工技术制作的泵的例子,有利用热变形型的,利用压电材料型的,以及利用静电力型的。
图33是前述微型泵180的简略结构图。在微型泵180中,使液体16出入的振动板181,借助静电力,压电效应等的电力产生振动。在图33中,表示利用静电力振动的例子,图33中,182、183是电极。此外,虚线表示变形时的振动板181。伴随着振动板181的振动,两个阀184、185的前端部184a、185a开关,将流体从右送往左。
在图32所示的可变形镜188中,通过反射膜189根据流体161的量凹凸变形,反射膜189的表面起着可变形镜的作用。可变形镜188被流体161驱动。作为流体,可以使用硅油,空气,水,胶状物等有机物、无机物。
此外,在利用静电力、压电效应的可变形镜,可变焦点透镜等中,在驱动时,有时需要高电压。在这种情况下,例如,如图31所示,可以用升压用变压器,或者压电变压器等,构成控制系统。
此外,反射用薄膜409a及反射膜189,当把固定在支持台423或支持台189a上的部分作为不变形部分设置,在用干涉计测定可变形镜的形状时,可以作为基准面使用,非常便利。
图34和36是表示适用于本发明的光学系统和光学装置的可变焦点透镜的原理的结构。该可变焦点透镜511包括具有作为第一、第二面的透镜面508a、508b的第一透镜512a,具有作为第三、第四面的透镜面509a、509b的第二透镜512b,以及在这些透镜之间、经由透明电极513a、513b设置的高分子分散液晶层514,将入射光经过第一、第二透镜512a、512b聚光。透明电极513a、513b,经由开关515连接到交流电源516上,将交流电场选择性地外加到高分子分散液晶层514上。此外,高分子分散液晶层514,由分别含有液晶分子517的球状、多面体等任意形状的大量的微小高分子盒518构成,其体积与构成高分子盒518的高分子和液晶分子517各自所占的体积之和一致。
这里,高分子盒518的大小,在所使用的光的波长为λ时,例如在球状的情况下,令其平均直径D为
2nm≤D≤λ/5                                     …(1)
即,由于液晶分子517的大小在2nm以上,所以,令平均直径D的下限值为2nm以上。此外,D的上限值,也依赖于可变焦点透镜511的光轴方向的高分子分散液晶层514的厚度t,但是,当大于λ时,由构成高分子盒518的高分子的折射率和液晶分子517的折射率之差,在高分子盒518的交界面上,光发生散射高分子分散液晶层514变成不透明的,所以,优选地,D在λ/5以下。借助采用可变焦点透镜的光学制品,也有时不要求很高的精度,这时,D可以在λ以下。此外,当厚度t越厚时,高分子分散液晶层514的透明度越差。
此外,液晶分子517,例如,采用单轴性向列液晶分子。该液晶分子517的折射率椭圆体具有图35所示的形状,
nox=noy=no                                      …(2)
其中,no表示正常光线的折射率,nox和noy表示在包含正常光线的面内相互正交的方向的折射率。
这里,如图34所示,在开关515断开,即,在不向高分子分散液晶层514外加电场的状态下,液晶分子517向各种方向取向,所以,相对于入射光,高分子分散液晶层514的折射率高,成为折射力强的透镜。与此相对,如图36所示,当开关515接通,向高分子分散液晶层514上外加交流电场时,液晶分子517的取向方式为,其折射率椭圆体的长轴方向与可变焦点透镜511的光轴平行,所以,折射率变低,成为折射力弱的透镜。
此外,外加到高分子分散液晶层514上的电压,例如,如图37所示,可以利用可变电阻器519分阶段的或连续的变化。这样,随着外加电压的增高,液晶分子517以其椭圆长轴逐渐地与可变焦点透镜511的光轴平行地取向,所以,其折射力可以阶梯式的或连续的变化。
这里,图34所示的状态,即,不向高分子分散液晶层514上外加电场的状态下,液晶分子517的平均折射率nLC’,如图35所示,当令折射率椭圆体的长轴方向的折射率为nZ时,基本上成为
(nox+noy+nz)/3≡nLC’                              …(3)
此外,当上述(2)式成立时的液晶分子517的平均折射率nLC,当nz表示异常光线的折射率ne时,有
(2no+ne)/3≡nLC                                    …(4)
这时,高分子分散液晶层514的折射率nA,当令构成高分子盒518的高分子的折射率为nP,液晶分子517的体积占据的高分子分散液晶层514体积的比例为ff时,根据麦克斯威·加尼特法则,有
nA=ff·nLC’+(1-ff)nP                             …(5)
从而,如图34、37所示,当令透镜512a和512b的内侧的面、即高分子分散液晶层514一侧的面的曲率半径分别为R1和R2时,用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距f1为,
1/f1=(nA-1)(1/R1-1/R2)                            …(6)
此外,R1和R2,当曲率中心位于像点侧时,为正的。此外,除去透镜512a和512b的外侧的面形成的折射。即,仅由高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距,由(6)式给出。
此外,当正常光线的平均折射率为
(nox+noy)/2=no’                         …(7)时,如图36所示的状态、即向高分子分散液晶层514上外加电场的状态的高分子分散液晶层514的折射率nB
nB=ff·no’+(1-ff)nP                     …(8)
所以,在这种情况下仅用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距f2,由公式(9)给出,
1/f2=(nB-1)(1/R1-1/R2)                  …(9)
此外,在高分子分散液晶层514上,外加比图36所示的电压低的电压时的焦距,为(6)式给出的焦距f1和(9)式给出的焦距f2之间的值。
从上述(6)和(9)式,利用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距的变化率,由(10)式给出,
|(f2-f1)/f2|=|(nB-nA)/(nB-1)|         …(10)
从而,为了加大该变化率,只要加大|nB-nA|即可。这里,由于
nB-nA=ff(no’-nLC’)                    …(11)
所以如果加大|no’-nLC’|的话,就可以加大变化率。在实际应用当中,由于高分子分散液晶层514的折射率nB为1.3~2左右,所以,如果
0.01≤|no’-nLC’|≤10                     …(12)的话,ff=0.5时,可以使利用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距变化0.5%以上,所以,可以获得有效的可变焦点透镜。此外,|no’-nLC’|由于液晶物质的限制,不会超过10。
下面,对于上述(1)式的上限值的根据进行说明。在“Solar EnergyMaterials and Solar cells”31卷,Wilson and Eck,1993,EleevierScirice Publishers B.v.发行的第197~214页,“Transmissionvariation using scattering/transparent switching films”中,指出了在使高分子分散液晶的大小变化时,透过率τ的变化。同时,在该文献的第206页,图6中,令高分子分散液晶的半径为r,t=300μm,ff=0.5,nP=1.45,nLC=1.585,λ=500nm时,透过率τ,其理论值,当r=5nm(D=λ/50、D·t=λ·6μm(其中D和λ的单位为nm,以下相同))时,τ 90%,r=25nm时(D=λ/10)时,τ
Figure A0310435601012
50%。
这里,例如,当推断t=150μm的情况时,假定透过率τ以t的指数函数变化,当推断t=150gm的情况时的透过率τ时,当r=25nm(D=λ/10,D·t=λ·15μm)时,τ
Figure A0310435601013
71%。此外,t=75μm时,同样地,当r=25nm(D=λ/10,D·t=λ·7.5gm)时,τ 80%。
由这些结果,如果
D·t≤λ·15μm                               …(13)
的话,τ在70%~80%以上,作为透镜是十分实用的。所以,例如,t=75gm时,由于D≤λ/5,就能够得到充分的透过率。
从而,高分子分散液晶层514的透过率,nP值越接近nLC’的值越好。另一方面,当nP与no’成为不同的值时,高分子分散液晶层514的透过率变差。在图34和图36的状态,平均的,高分子分散液晶层514的透过率良好,可以满足
nP=(no’+nLC’)/2                            …(14)
这里,由于是在第一透镜512a和第二透镜512b之间具有用高分子分散液晶层514形成的透镜的可变焦点透镜511,作为透镜使用,在图34的状态和图36的状态,透过率基本相同,并且透过率高的比较好。因此,构成高分子盒518的高分子材料及液晶分子517的材料有一定的限制,在实际应用当中,当
no’≤nP≤nLC’                            …(15)
即可。
如果满足上述(14)式的话,上述(13)式进一步缓和,只要
D·t≤λ·60μm                            …(16)
即可。这是因为,根据菲涅尔反射法则,反射率与折射率之差的平方成比例,所以,在构成高分子盒518的高分子与液晶分子51的界面上的光的反射,即,高分子分散液晶层514的透过率的减少,基本上和上述高分子与液晶分子517的折射率之差的平方成比例的缘故。
上面所述是no
Figure A0310435601021
1.45,nLC1.585时的情况,当更一般地公式化时,可以使
D·t≤λ·15μm·(1.585-1.45)2/(nu-nP)2…(17)其中,(nu-nP)2是(nLC’-nP)2和(no’-nP)2中大的一个。
此外,为了增大用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距变化,ff值大时比较好,由于在ff=1时,高分子的体积为零,不能形成高分子盒518,所以,令
0.1≤ff≤0.999                                                    …(18)
另一方面,由于ff越小τ越提高,所以上述公式(17)优选地为
4×10-6[μm]2≤D·t≤λ·45μm·(1.585-1.45)2/(nu-nP)2            …(19)
此外,t的下限值,如可以从图34中看出的,在t=D时,由于如上所述,D在2nm以上,所以,D·t的下限值,成为(2×10-3μm)2,即,4×10-6[μm]2
此外,用折射率表示物质光学特性近似成立时,如“岩波科学ラィブラリ-8小惑星がゃてぃる”向井正著,1994,岩波书店发行的第58页所述,是D较大,在10nm~5nm时的情况。此外,当D超过500λ时,光的散射成为几何学的,构成高分子盒518的高分子和液晶分子517的界面处的光散射,根据菲涅尔的反射公式增大,所以,在实际应用当中,D为
7nm≤D≤500λ                                   …(20)
图38是表示利用图37所示的可变焦点透镜511的数字照相机用的摄像光学系统的结构的图示。在该摄像光学系统中,经由光圈521,可变焦点透镜511和透镜522,将物体(图中未示出)的像成像在例如由CCD构成的固体摄像元件523上。此外,在图38中,省略了液晶分子的图示。
根据这种摄像光学系统,利用可变电阻器519调整外加到可变焦点透镜511的高分子分散液晶层514上的交流电压,通过改变可变焦点透镜511的焦距,不必将可变焦点透镜511和透镜522沿光轴方向移动,例如,可以相对于从无限远到600mm处的物体的距离,可以连续的对焦。
图39是表示作为光学特性可变光学元件的可变焦点衍射光学元件的一个例子的结构的图示。
该可变焦点衍射光学元件531,包括:具有平行的第一、第二面的532a、532b的第一透明基板532,具有形成槽的深度为光的波长数量级的截面为锯齿波形状的环形衍射光栅的第三面533a和平坦的第四面533b的第二透明基板533,使入射光经过第一、第二透明基板532、533出射。在第一、第二透明基板532、533之间,和图34中说明的一样,经由透明电极513a、513b设置高分子分散液晶层514,将透明电极513a、513b经由开关515连接到交流电源516上,将交流电压外加到高分子分散液晶层514上。
在这种结构中,当令第三面533a的光栅的间距为p,m为整数时,使入射到可变焦点衍射光学元件531上的光线以满足(21)式的只偏转角度θ出射,
psinθ=mλ                                      …(21)
此外,令槽深为h,透明基板533的折射率为n33,k为整数,如果满足,
h(nA-n33)=mλ                                   …(22)
h(nB-n33)=kλ                                   …(23)
的话,在波长λ,衍射效率为100%,可以防止发生光斑。nA为不将交流电压外加到高分子分散液晶层514上时的状态时的折射率。另外,nB为将交流电压外加到高分子分散液晶层514上时的状态的折射率。
这里,当求出上述公式(22)和(23)两边的差时,得到
h(nA-nB)=(m-k)λ                                 …(24)
从而,例如,当λ=500nm,nA=1.55,nB=1.5时,
成为0.05h=(m-k)·500nm,
当m=1,k=0时,
h=10000nm=10μm。
在这种情况下,透明基板533的折射率n33,从上述公式(22),可以是n33=1.5。此外,在可变焦点衍射光学元件531的周边部的光栅间距p为10μm时,θ 2.87°,可以获得F数为10的透镜。
这种可变焦点衍射光学元件531,由于通过向高分子分散液晶层514外加的电压的接通和断开改变光路的长度,例如,配置在透镜系统的光束不平行的部分,可以用于进行焦点的调整,或者用于改变透镜系统整体的焦距。
此外,在该实施形式中,上述(22)~(24)式,在实际应用中,满足以下各公式即可
0.7mλ≤h(nA-n33)≤1.4mλ                   …(25)
0.7kλ≤h(nB-n33)≤1.4kλ                   …(26)
0.7(m-k)λ≤h(nA-nB)≤1.4(m-k)λ            …(27)
此外,也有利用螺旋状向列液晶的可变焦点透镜。图40及图41表示这种情况的可变焦点眼镜550的结构,是眼镜550的侧面剖视图。可变焦点透镜551,包括透镜552和553,分别经由透明电极513a、513b在这些透镜的内表面上设置的取向膜539a、539b,以及设置在这些取向膜之间的螺旋状向列液晶层554。将所述透明电极513a、513b经过可变电阻器519连接到交流电源516上,将交流电压外加到螺旋状向列液晶层554上。
在这种结构中,当外加到螺旋状液晶层554上的电压增高时,液晶分子555成为图41所示的轴向极面垂直均匀取向,与图40所示的外加电压低的螺旋状状态的情况相比,螺旋状液晶层554的折射率变小,焦距变长。
这里,图40所示的处于螺旋状状态的液晶分子555的螺距P,和光的波长λ相比,有必要基本上相同或是充分小,例如为
2nm≤P≤2λ/3                                     …(28)
此外,该条件的下限值,由液晶分子555的大小决定,上限值,在入射光为自然光的情况下,在图40的状态,为螺旋状液晶层554作为各向同性媒质动作所必须的数值。当不满足该上限值的条件时,可变焦点透镜551成为由偏振光方向而焦距不同的透镜,因此,只能形成双重像。
图42(a)是表示作为光学特性可变的光学元件的可变偏转角棱镜的结构图示。该可变偏转角棱镜561,包括具有第一、第二面的562a、562b的入射一侧的第一透明基板562,具有第三、第四面563a、563b的出射一侧的平行平板状的第二透明基板563。入射侧透明基板562的内表面(第二面)562b,形成菲涅尔状,在该透明基板562和出射侧的透明基板563之间,与图34中说明的一样,经由透明电极513a、513b设置高分子分散液晶层514。透明电极513a、513b,经由可变电阻器519连接到交流电源516上,借此,将交流电压外加到高分子分散液晶层514上,控制透过可变偏转角棱镜561的光的偏转角θ。借此,控制透过的光的偏转方向。此外,在图42(a)中,将基板562的内表面562b形成菲涅尔状,但也可以如图42(b)所示,形成具有使透明基板562和563的内表面相互倾斜的倾斜面的通常的棱镜的形状,或者,也可以形成如图39所示的衍射光栅的形状。在形成衍射光栅状的情况下,上述公式(21)~(27)同样适用。
这种结构的可变偏转角棱镜561,例如,可以有效地作为TV摄像机,数字照相机,胶片照相机,双筒望远镜等的防止模糊用光学系统。在这种情况下,可变偏转角棱镜561的折射方向(偏转方向),最好是上下方向。进而,为了提高其性能,利用两个如图42(a)所示的可变偏转角棱镜561,令它们的偏转方向不同,例如,如图43所示,最好是以在与上下和左右垂直的方向上改变折射角的方式进行配置。此外,在图42和图43中,省略了液晶分子的图示。
图44表示在光学系统中,作为可变焦点镜使用可变焦点透镜的例子。该可变焦点镜565包括具有第一、第二面566a、566b的第一透明基板566,具有第三、第四面567a、567b的第二透明基板567。第一透明基板566形成平板状或透镜状,在内表面(第二面)566b上设置透明电极513a,第二透明基板567,将内表面(第三面)567a形成凹面状,在该凹面上加上反射膜568,进而,在该反射膜568上设置透明电极513b。在透明电极513a、513b之间,和图34中说明的一样,设置高分子分散液晶层514,将这些透电极513a、513b经由开关515和可变电阻器519连接到交流电源516上,将交流电压外加到高分子分散液晶层514上。此外,在图44中,省略了液晶的图示。
根据这种结构,从透明基板566侧入射的光线,其光路成为利用反射膜(反射面)568折回到高分子分散液晶层514,所以,可以使高分子分散液晶层514作用两次,同时,通过改变加到高分子分散液晶层514上的外加电压,可以改变反射光的焦点位置。在这种情况下,由于入射到可变焦点镜565上的光线,两次透过高分子分散液晶层514,所以,如果令高分子分散液晶层514的厚度的2倍为t的话,同样可以利用上述各公式。此外,将透明基板566或567的内表面制成图21所示的衍射光栅状,可以将高分子分散液晶层514的厚度减薄。这样,有可以减少散射光的优点。
此外,在上面的说明中,为了防止液晶的恶化,作为电源利用交流电源516,在液晶层上外加交流电压,但利用直流电源向液晶层上外加直流电压也可以。此外,作为改变液晶分子的方向的方法,除使电压变化之外,也可以是加在液晶层上的电场的频率变化,加在液晶层上的磁场的强度、频率变化,或者液晶层的温度变化。在上面的说明中,由于高分子分散液晶层不是液态状的,而是接近固体状的,所以,在这种情况下,图34中所示的透镜512a、512b中之一,图39中所示的透明基板532、透明基板533、图40中所示的透镜552、553中之一,图42(a)所示的透明基板563、图42(b)所示的透明基板562、563中之一,图44中所示的透明基板566、567中之一,也可以不存在。
如上面图34至图44中所述,通过形成高分子分散液晶层的媒质的折射率的变化,光学元件的焦距等变化型的光学元件的优点是,由于形状不发生变化,所以机械设计容易,机械结构简单等。
图45是在本发明的光学装置的摄像光学系统中,采用可变焦点透镜140的摄像单元141的简略结构图。摄像单元141可以作为本发明的摄像光学系统使用。
在本例中,用透镜102和可变焦点透镜140构成摄像透镜。同时,用该摄像透镜和固体摄像元件408构成摄像单元141。可变焦点透镜140由以下部分构成:平板状的透明构件142,夹持一对透明电极145a、145b之间的具有压电性能的合成树脂等柔性的透明物质143,夹持在前述透明构件142与透明电极145b之间的透过光的流体或胶状物质144。
作为流体或胶状物质144,可以使用硅油,特性橡胶,凝胶,水等。通过经由回路103向夹持透明物质143的透明电极145a和145b上加电压,利用透明物质143的压电效应,透明物质143变形,可变焦点透镜140的焦距发生变化。此外,在回路103内,备有电源,可变电阻器,开关等。当前述透明物质143变形时,为了使流体或胶体状物质144跟着变形,经由缸体146向流体或胶体状物质144上施加压力。
从而,根据本例,即使物体距离变化时,也不必用马达等驱动摄像光学系统就可以聚焦,具有小型,轻量,耗电少等优点。
此外,在图45中,145a、145b是透明电极,146是储存流体或胶体状物质144的缸体。此外,作为透明物质143的材料,使用聚氨酯,有机硅橡胶,丙烯酸弹性体,PZT,PLZT,聚氟乙烯(PVDF)等高分子压电体,亚乙烯基二氰共聚物,二氟乙烯和三孵氟代乙烯共聚物等。
当使用具有压电性的有机材料,具有压电性的合成树脂,具有压电性的弹性体等材料时,也可以实现可变焦点透镜140的透镜面大的变形。对于可变焦点透镜140的透明物质143,可以使用透明的压电材料。
此外,在图45的例子中,可变焦点透镜140代替设置缸体146,如图46所示,也可以采用设置支援构件147,以及在外周侧将流体或胶体物质144密闭用的可变形构件148,省略缸体146的结构。
支援构件147由相对于透明构件142设置一定的间隔固定的轮带状构件构成。在该支援构件147和透明构件142之间,具有用透明构件142和电极145b及前述构件148密闭的前述物质144,该物质144追随一对透明电极145a、145b之间的透明物质143的变形进行变形。透明物质143的周边部分是密闭的。根据本例,通过经由透明电极145a、145b向透明物质143上加电压,即使透明物质143变形,如图47所示,为了使可变形构件148能够以流体或胶体状物质144的总体积不变的方式变形,所以,不需要缸体146。此外,在图46、47中,148是可变形构件,可以用弹性体,手风琴状的合成树脂或者金属等构成。
在图45、图46所示的例子中,由于当反向地外加电压时,透明物质143反向变形,所以,也可以形成凹透镜。
在图45、图46所示的例子中,在透明物质上使用电致伸缩材料,例如丙烯酸弹性体、有机硅橡胶等时,可以将透明物质143制成透明基板和电致伸缩材料粘贴的结构。
图48是有关可变焦点透镜的进一步的另外一个例子的、利用微型泵160使流体161出入,使透镜面变形的可变焦点透镜167的简略结构图。
微型泵160,例如是用微型机械加工技术制作的小型泵,用电力进行驱动。流体161被夹持在透明基板163和透明的弹性体164之间。该弹性体164由流体161构成变形的面。图48中,165是保护弹性体164用的透明基板,不一定必须设置。
作为用微型机械加工技术制作的泵,有利用热变形的泵,使用压电材料的泵,以及利用静电力的泵等。
同时,对于图33中的微型泵180,例如,也可以像用于图48中所示的可变焦点透镜的微型泵160那样,采用两个。
在这种结构中,当通过微型泵160的驱动,让流体161流动,使弹性体164变形时,对于通过透明基板163和流体161及弹性体164的光,通过透镜面的形状发生变化,可以改变焦点的位置。
此外,在使用静电力、压电效应的可变焦点透镜等中,有的情况下,需要高的驱动电压。在这种情况下,可以用升压变压器,或者压电变压器等构成控制系统。特别是,当采用叠层压电变压器的话,可以小型化。
图49是光学特性可变焦点透镜的另外一个例子,是代替图48的弹性体164,采用压电材料200的可变焦点透镜201的简略结构图。在该例中,流体161被密封在透明基板163和透明电极59a之间。
对于压电材料200采用和透明物质143相同的材料,压电材料200设置在透明柔性的基板202上。此外,对于基板202,优选地使用合成树脂,有机材料。
在本例中,通过经由两个透明电极59a、59b将电压加在压电材料200上,压电材料变形,在图49中,起着凸透镜的作用。
此外,预先将基板202的形状形成凸状,并且,在两个透明电极59a、59b中,至少其中一个电极的大小与基板202的大小不同,例如,当一个透明电极59b小于基板202时,当切断电压时,如图50所示,只有两个透明电极59a、59b对向的规定部分变形成凹形,具有凹透镜的作用,作为可变焦点透镜动作。
由于这时的基板202以流体161的体积不变的方式变形,所以,具有无需液体存储容器的优点。
在本例中,用压电材料使保持流体161的基板202的一部分变形,所以无需液体储存容器有很大的好处。
此外,对于图48的例子也可以说,透明基板163、165可以作为透镜构成,或者,也可以用平面构成。
图51是光学特性可变焦点透镜的进一步的另外一个例子,是代替图50的压电材料200,采用由压电材料构成的两个薄板200A、200B的可变焦点透镜的简略结构图。
本例的可变焦点透镜,通过使薄板200A和200B的压电材料的方向性反转,具有加大变形量,获得大的可变焦点范围的优点。
此外,图51中,204为透镜形的透明基板,161是流体。
即使在本例中,纸面右侧的透明电极50b也小于基板202。
此外,在图49~图51的例子中,也可以使基板202,压电材料200,薄板200A、200B的厚度不均匀,控制外加电压时的变形的形状。
这样,也可以进行透镜像差的修正等,十分方便。
图52是表示可变焦点透镜的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变焦点透镜207,由在一对透明电极59a、59b之间,采用例如有机硅橡胶和丙烯酸弹性体等电致伸缩材料206构成。
根据本例的结构,当电压低时,如图52所示,中央部分隆起,起着凸透镜的作用,当提高电压时,如图53所示,电致伸缩材料206沿上下方向伸长,沿左右方向收缩,所以,焦距伸长。从而,起着可变焦点透镜的作用。
根据本例的可变焦点透镜,由于无需大的电源,所以有耗电少的优点。
上面所述的从图45至图52的可变焦点透镜的共同点是,通过起着透镜作用的媒质的形状发生变化,实现可变焦点。与变化折射率的可变焦点透镜相比,具有可以自由选择焦距的变化范围,自由选择大小等优点。
图54是光学特性可变焦点透镜的进一步的另外一个例子,是利用光机械效应的可变焦点透镜的简略结构图。
本例的可变焦点透镜214,用透明弹性体208、209夹持偶氮苯210,光经由透明垫圈211照射到偶氮苯210上形成。
图54中,212、213分别是中心波长为λ1,λ2的例如LED、半导体激光等光源。
在本例中,当中心波长为λ1的光照射到图55(a)所示的反式偶氮苯上时,偶氮苯210变化成如图55(b)所示的顺式,体积减少。因此,可变焦点透镜214的形状变薄,减少凸透镜的作用。
另一方面,当中心波长为λ2的光照射到顺式偶氮苯210上时,偶氮苯210从顺式变化为反式,体积增加。因此,可变焦点透镜214的的形状变厚,增加凸透镜的作用。
这样,本例的光学元件214起着可变焦点透镜的作用。
此外,在可变焦点透镜214中,由于光在透明弹性体208、209与空气的界面处全反射,光不会泄漏到外部,所以效率高。此外,作为透镜利用的光的波长,不限于可见光,红外线等也可以。此外,作为偶氮苯210,也可以是偶氮苯和其它液体的混合物。
图56是表示可变形镜的另一个例子的简略结构图。在本例中,对于用于数字照相机的情况进行了说明。此外,图56中,411是可变电阻器,414是运算装置,415是温度传感器,416是湿度传感器,417是距离传感器,424是振动传感器。
本例的可变形镜45,设置与丙烯酸弹性体等有机材料构成的电致伸缩材料453隔开间隔的分割成多个的分割电极409b,在电致伸缩材料453上依次设置电极452,可变形基板451,进而,在其上设置将入射光反射的由铝等金属构成的反射膜450。从而,可变形镜45的变形层成为四层结构。
当制成这种结构时,与将分割电极409b与电致伸缩材料453一体化的情况相比,反射膜(反射面)450的表面形状变得顺滑,具有在光学上不容易产生像差的优点。
此外,可变形的基板451和电极452的配置也可以反过来。
此外,图56中,449进行是改变光学系统的放大率、或者进行变焦的钮,可变形镜45,当使用者通过按压钮449使反射膜450变形时,可以控制改变放大率或者控制通过运算装置414进行变焦。
此外,也可以代替丙烯酸弹性体等有机材料构成的电致伸缩材料,使用已经描述过的钛酸钡等压电材料。
此外,可以说是对于上面所说明的各可变形镜是共同的,从垂直于反射面的方向观察时所看到的反射面的变形部分的形状,在轴上光线的入射面的方向上,是长的形状,例如,可以是椭圆,卵形,多角形等。因为,如图31的例子那样,可变形镜,在大多数情况下,用于光线倾斜入射的状态。为抑制这时发生的像差,反射面的形状可以是近于旋转椭圆面,旋转抛物面,旋转双曲面的形状。为了使可变形镜的反射面变形成这种形状,从垂直于反射面的方向观察反射面的变形部分时,在轴上光线的入射面方向上制成长的形状即可。
最后,叙述本发明中所使用的术语的定义。
所谓光学装置,是指包括光学系统或光学元件在内的装置。也可以不是单独使用光学装置,即也可以是装置的一部分。光学装置包括摄像装置、观察装置、显示装置、照明装置、信号处理装置等。
作为摄像装置,例如有:胶片相机、数码相机、机器人的眼、镜头更换式数码单镜头反射式照相机、电视摄像机、动画记录装置、电子动画记录装置、摄像机、磁带录像机、电子内视镜等。数码相机、卡式数码相机、电视摄像机、磁带录像机、动画记录摄像机等均为电子摄像装置的例子。
观察装置,例如有:显微镜、望远镜、眼镜、双筒望远镜、放大镜、纤维显示器、探测器、取景器等。
显示装置,例如有:液晶显示器、取景器、游戏机(索尼公司制Playstation)视频投影仪、液晶投影仪、头戴式图像显示装置(head mounteddisplay:HMD)、PDA(便携信息终端)、移动电话机等。
照明装置,例如有:相机闪光灯、汽车前灯、内视镜光源、显微镜光源等。
信号处理装置,例如有:移动电话机、微机、游戏机、光盘读写装置、光计算机的运算装置等。
而且,因为本发明的光学系统是小型轻量型的,所以,若用于电子摄像装置、信号处理装置、尤其用于数码相机、移动电话机的摄像系统,则效果良好。
摄像器件是指例如CCD、摄像管、固体摄像器件、照相胶片等。并且,平行平面板是包括在棱镜之一中的。观察者的变化,包括视力的变化。被摄体的变化包括作为被摄体的物体距离的变化、物体的移动、物体的动作、振动、物体的摆动等。
扩展曲面的定义如下。
除球面、平面、旋转对称非球面外,也可以是相对光轴偏心的球面、平面、旋转对称非球面、或具有对称面的非球面、仅有一个对称面的非球面,没有对称面的非球面、自由曲面、具有不能微分的点和线的面等任何形状。无论是反射面,还是折射面,只要对光有某种影响的面即可。在本发明中将其统称为扩展曲面。
所谓光学特性可调光学元件包括:可调焦点透镜、可变形镜、面形状可变的偏光棱镜、顶角可变棱镜、光旋转作用可变的可变衍射光学元件,即可变HOE、可变DOE。可调焦点透镜也包括焦距不变,像差量变化的可变透镜。可变形镜也是如此。总之,在光学元件中光的反射、折射、衍射等光偏转作用能发生变化的均称为光学特性可调光学元件。
所谓信息发送装置是指:移动电话机、固定式电话机、游戏机、电视机、收录机、立体声音响等的遥控器、微机、微机的键盘、鼠标器、触摸式盘等能输入、发送某种信息的装置。带有摄像装置的电视监视器、微机监视器、显示器也包括在内。信息发送装置包括在信号处理装置内。
从以上的说明中可以看出:若采用本发明的摄像装置,则能提供功耗小,动作声音轻,应答时间短,机械结构简单,有助于降低成本,同时,尽管外径细,体积小巧,但仍能聚焦和变焦的摄像装置。

Claims (127)

1、一种变焦光学系统,其特征在于:在变焦光学系统中具有光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述移动的光学元件组具有改变放大率功能,上述光学特性可调光学元件具有对焦功能。
2、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的光学元件组具有负能力。
3、一种光学装置,其特征在于:在具有梯度方式的自动聚焦功能的光学装置中,具有:光学系统、以及从第1状态变化到第4状态的光学特性可调光学元件,上述光学特性可调光学元件为了对焦,从第2状态变化到第3状态;从第1状态变化到第2状态以及从第3状态变化到第4状态时,至少具有由下式370决定的相当于Sd的1/3的变形量,
Sd=k×P×Fno      …式370
     式中,P=√(Px·Py)
Px是摄像器件的1个像素的x方向的尺寸(μm),
Py是摄像器件的1个像素的y方向的尺寸(μm),
Fno是上述光学系统的F数,
k是常数(取2~3之间的值)。
4、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述光学特性可调光学元件具有补偿功能。
5、如权利要求1所述变焦光学系统,其特征在于:具有设置在上述光学特性可调光学元件的前方的第1光学元件组。
6、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于具有:
第1光学元件组,它设置在上述光学特性可调光学元件的前方;
第2光学元件组,它设置在上述光学特性可调光学元件的后方;或者
空气间隔,它设置在上述光学特性可调光学元件的后方;以及
光学元件组,它设置在上述移动的光学元件组的后方。
7、一种光学系统,其特征在于包括,具有变焦或对焦功能的光学特性可调光学元件,该光学特性可调光学元件被构成为:当变焦时或聚焦时向规定方向移动。
8、如权利要求7所述的变焦光学系统,其特征在于:上述光学特性可调光学元件的移动方向,是与上述光学特性可调光学元件的面基本垂直的方向。
9、一种光学系统,其特征在于具有向规定方向移动功能的光学特性可调光学元件,此光学系统满足以下条件,
o<|x|/f<1
式中,x是上述光学特性可调光学元件可调的最大移动量,
      f是在除去光学特性可调光学元件的状态下的上述光学系统的焦距。
10、如权利要求7、8所述的光学系统,其特征在于满足以下条件,
                o<|x|/f<1
式中,x是上述光学特性可调光学元件可调的最大移动量,
      f是把光学特性可调光学元件除去的状态下的上述光学系统的焦距。
11、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的光学元件组只有上述移动的光学元件组。
12、一种变焦光学系统,其特征在于具有:光学特性可调光学元件、移动的2个光学元件组、以及设置在该移动的光学元件组之间的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有对焦功能或者补偿功能,上述移动的2个光学元件组具有相同符号的折射力,同时按相同的移动量进行移动,上述光学元件组的折射力的符号与上述移动的光学元件组的折射力的符号相反。
13、如权利要求12所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的2个光学元件组的折射力是正。
14、如权利要求12所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的2个光学元件组的折射力是负。
15、如权利要求12所述的变焦光学系统,其特征在于具有设置在上述光学特性可调光学元件的前方的具有负折射力的光学元件组。
16、一种变焦光学系统,其特征在于具有:光学特性可调光学元件和能够改变放大率的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有对焦功能,上述光学特性可调光学元件被设置在具有上述改变放大率功能的光学元件组的前方。
17、如权利要求16所述的变焦光学系统,其特征在于:上述光学特性可调光学元件具有补偿功能。
18、如权利要求7所述的光学系统,其特征在于包括:具有能改变放大率功能的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有对焦功能,上述光学特性可调光学元件被设置在具有上述改变放大率功能的光学元件组的前方。
19、如权利要求12所述的变焦光学系统,其特征在于:上述光学特性可调光学元件具有对焦功能,上述光学特性可调光学元件被设置在上述移动的2个光学元件组的前方。
20、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于具有旋转对称透镜。
21、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有旋转对称透镜。
22、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于仅由上述光学特性可调光学元件和旋转对称透镜构成。
23、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于仅由上述光学特性可调光学元件和旋转对称透镜构成。
24、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式301,
0.3<|βv|<6                   …式301
式中,βv是上述移动的光学元件组的倍率。
25、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式302,
0.5<|βv|<4       …式302
式中,βv是上述移动的光学元件组的倍率。
26、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式303,
0.6<|βv|<2.5     …式303
式中,βv是上述移动的光学元件组的倍率。
27、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式304,
0.7<|βv|<3.0     …式304
式中,βv是上述移动的光学元件组的倍率。
28、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有移动的光学元件组,满足下式301,
0.3<|βv|<6       …式301
式中,βv是上述移动的光学元件组的放大倍率。
29、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有移动的光学元件组,满足下式302,
0.5<|βv|<4       …式302
式中,βv是上述移动的光学元件组的放大倍率。
30、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有移动的光学元件组,满足下式303,
0.6<|βv|<2.5     …式303
式中,βv是上述移动的光学元件组的放大倍率。
31、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有负折射力并移动的光学元件组,满足下式304,
0.7<|βv|<3.0     …式304
式中,βv是上述移动的光学元件组的放大倍率。
32、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式305,   βvw·βvI<5       …式305
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
33、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式307,
0.3<βvw·βvT<3    …式307
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
34、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式308,
0.5<βvw·βvT<2    …式308
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
35、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的光学元件组具有正的折射力,满足下式309
0.8<βvw·βvT<1.6  …式309
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
36、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,满足下式305,
βvw·βvT<5    …式305
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
37、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,满足下式307
0.3<βvw·βvT<3    …式307
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
38、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,满足下式308
0.5<βvw·βvT<2    …式308
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远镜、端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
39、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,该元件组具有正的折射力,满足下式309
0.8<βvw·βvT<1.6    …式309
式中,βvw是广角端的上述移动的光学元件组的放大倍率,βvT是望远端的上述移动的光学元件组的放大倍率。
40、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式311
-3<fv/f<15    …式311
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
41、如权利要求1所述的光学系统,其特征在于:满足下式312
-2<fv/f<5     …式312
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
42、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的光学元件组具有正的折射力,满足下式313
0.5<fv/f<5    …式313
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
43、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式314
-3<fv/f<-0.2  …式314
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
44、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,满足下式311
-3<fv/f<15  …式311
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
45、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有移动的光学元件组,满足下式312
-2<fv/f<5    …式312
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
46、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于包括:具有正折射力的、移动的光学元件组,满足下式313
0.5<fv/f<5  …式313
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
47、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于包括:具有负的折射力的、移动的光学元件组,满足下式314
-3<fv/f<-0.2    …式314
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
48、如权利要求5所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式316
f1/f<0    …式316
式中,f1是上述第1光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
49、如权利要求5所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式318
-20<f1/f<-0.2    …式318
式中,f1是上述第1光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
50、如权利要求5所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式319
-12<f1/f<-0.6    …式319
式中,f1是上述第1光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
51、如权利要求5所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的光学元件组具有正的折射力,满足下式320
-5<f1/f<-0.6    …式320
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
52、如权利要求5所述的变焦光学系统,其特征在于:移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式321
-20<f1/f<-1    …式321
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
53、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有设置在上述光学特性可调光学元件之前方的第1光学元件组,满足下式316
f1/f<0    …式316
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
54、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有设置在上述光学特性可调光学元件之前方的第1光学元件组,满足下式318
-20<f1/f<-0.2    …式318
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
55、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有设置在上述光学特性可调光学元件之前方的第1光学元件组满足下式319
-12<f1/f<-0.6    …式319
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
56、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:设置在上述光学特性可调光学元件之前方的第1光学元件组,以及具有正的折射力并移动的光学元件组,满足下式320
-5<f1/f<-0.6    …式320
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
57、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有设置在上述光学特性可调光学元件之前方的第1光学元件组,以及具有负的折射力并移动的光学元件组,满足下式321
-20<f1/f<-1    …式321
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
58、一种变焦光学系统,其特征在于具有一个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组。
59、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:还具有2个光学元件组,一个光学元件组是设置在从上述移动的光学元件组到像面之间的第4光学元件组,满足下式322,
0.1<|β4|<1.3    …式322
式中,β4是上述第4光学元件组的放大倍数。
60、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:满足下式323,
0.2<|β4|<0.9    …式323
式中,β4是上述第4光学元件组的放大倍数。
61、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,一个光学元件组是被设置在从上述移动的光学元件组到像面之间的第4光学元件组,满足下式322,
0.1<|β4|<1.3    …式322
式中,β4是上述第4光学元件组的放大倍数。
62、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于具有3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,一个光学元件组是被设置在从上述移动的光学元件组到像面之间的第4光学元件组,满足下式323,
0.2<|β4|<0.9  …式323
式中,β4是上述第4光学元件组的放大倍数。
63、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式324,
-0.2<-Hv/fv  …式324
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
64、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式325,
-0.07<-Hv/fv<30    …式325
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
65、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,上述移动的光学元件组具有正的折射力,满足下式326,
0≤-Hv/fv<2    …式326
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
66、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式324,
-0.2<-Hv/fv    …式324
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
67、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式325,
-0.07<-Hv/fv<30  …式325
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
68、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,上述移动的光学元件组具有正的折射力,满足下式326,
0≤-Hv/fv<2    …式326
式中,fv是上述移动的光学元件组的焦距,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
69、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式327,
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<3    …式327
式中,Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
70、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式328,
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<2    …式328
式中,Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
71、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式329,
|(Dkv+Hv)/fv|<500    …式329
式中,Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
72、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式327,
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<3    …式327
式中Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
73、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,满足下式328,
0≤|(Dkv+Hv)/fv|<2    …式328
式中Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
74、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是设置在上述光学特性可调光学元件和上述移动的光学元件组之间的第2光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式329,
|(Dkv+Hv)/fv|<500    …式329
式中Dkv是从上述光学特性可调光学元件到上述移动的光学元件组的空气换算长度,Hv是把上述移动的光学元件组和上述第2光学元件组结合起来的光学系统的前侧焦点位置。
75、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是第1光学元件组,满足下式330,
0<(Dok-Fbo)/fv<5    …式330
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
76、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是第1光学元件组,满足下式331,
0.3<(Dok-Fbo)/fv<3.5    …式331
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
77、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是第1光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式332,
-60<(Dok-Fbo)/fv<-3    …式332
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
78、如权利要求58所述的变焦光学系统,其特征在于:上述一个光学元件组是第1光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式333,
-30<(Dok-Fbo)/fv<-5    …式333
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
79、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是第1光学元件组,满足下式330,
0<(Dok-Fbo)/fv<5    …式330
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
80、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是第1光学元件组,满足下式331,
0.3<(Dok-Fbo)/fv<3.5    …式331
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
81、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是第1光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式332,
-60<(Dok-Fbo)/fv<-3    …式332
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
82、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:3个光学元件组、光学特性可调光学元件和移动的光学元件组,上述一个光学元件组是第1光学元件组,上述移动的光学元件组具有负的折射力,满足下式333,
-30<(Dok-Fb0)/fv<-5    …式333
式中Dok是从上述第1光学元件组的最终面到上述光学特性可调光学元件的距离,Fbo是从上述第1光学元件组的最终面测量的上述第1光学元件组的后侧焦点位置。
83、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式335,
39°<Φ<55°    …式335
式中,Φ是向上述光学特性可调光学元件入射的轴上光线的入射角。
84、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式336,
40°<Φ<50°    …式336
式中,Φ是射入到上述光学特性可调光学元件内的轴上光线的入射角。
85、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于满足下式335,
39°<Φ<55°    …式335
式中,Φ是射入到上述光学特性可调光学元件内的轴上光线的入射角。
86、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于满足下式336,
40°<Φ<50°    …式336
式中,Φ是射入到上述光学特性可调光学元件内的轴上光线的入射角。
87、如权利要求13所述的变焦光学系统,其特征在于:上述移动的光学元件组是第2光学元件组和第4光学元件组,设置在上述移动的光学元件组之间的光学元件组是第3光学元件组,满足下式340、342、344,
0.3<|f2/f|<10    …式340
0.15<|f3/f|<6    …式342
0.15<|f4/f|<7    …式344
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f3是上述第3光学元件组的焦距,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
88、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式341,以取代式340,
0.6<|f2/f|<5    …式341
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
89、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式341-2,以取代式340,
1.1<|f2/f|<5   …式341-2
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
90、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式343,以取代式342,
0.25<|f3/f|<3    …式343
式中,f3是上述第3光学元件组的焦距,是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
91、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式343-2,以取代式342,
0.35<|f3/f|<2.2    …式343-2
式中,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
92、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式344-2,以取代式344,
0.25<|f4/f|<3    …式344-2
式中,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
93、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于满足下式345,以取代式344,
0.4<|f4/f|<2    …式345
或中,f4是上述第4光学元件组的焦距。f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
94、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有:光学特性可调光学元件、移动的2个光学元件组、以及设置在该移动的光学元件组之间的光学元件组,上述光学特性可调光学元件具有聚焦功能或补偿功能,上述移动的2个光学元件组具有相同符号的折射力,并且按相同的移动量进行移动,上述光学元件组的折射力的符号与上述移动的光学元件组的折射力的符号相反,上述移动的2个光学元件组的折射力为正,
上述移动的光学元件组是第2光学元件组和第4光学元件组,设置在上述移动的光学元件组之间的光学元件组是第3光学元件组,满足下式340、342、344,
0.3<|f2/f|<10    …式340
0.15<|f3/f|<6    …式342
0.15<|f4/f|<7  …式344
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f3是上述第3光学元件组的焦距,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
95、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式341以代替式340,
0.6<|f2/f|<5    …式341
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
96、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式341-2以代替式340,
1.1<|f2/f|<5    …式341-2
式中,f2是上述第2光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
97、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式343,以代替式342,
0.25<|f3/f|<3    …式343
式中,f3是上述第3光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
98、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式343-2,以代替式342,
0.35<|f3/f|<2.2    …式343-2
式中,f3是上述第3光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
99、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式344-2,以代替式344,
0.25<|f4/f|<3    …式344-2
式中,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
100、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于满足下式345,以代替式344,
0.4<|f4/f|<2    …式345
式中,f4是上述第4光学元件组的焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
101、如权利要求87所述的变焦光学系统,其特征在于还具有第1光学元件组,满足下式347,
f1/f<0或f1/f>5    …式347
式中f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
102、如权利要求94所述的光学装置,其特征在于还具有第1光学元件组,满足下式347,
f1/f<0或f1/f>5     …式347
式中,f1是上述第1光学元件组焦距,f是把上述光学特性可调光学元件除去的状态下的上述变焦光学系统的焦距。
103、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于具有设置在上述光学特性可调光学元件的后方的亮度光圈。
104、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于具有设置在上述光学特性可调光学元件的后方的亮度光圈。
105、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于上述移动的光学元件组具有正的折射力。
106、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于包括:具有正的折射力的、可移动的光学元件组。
107、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于上述移动的光学元件组具有负的折射力。
108、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于包括:具有负的折射力的、可移动的光学元件组。
109、一种光学装置,其特征在于具有用静电来驱动的光学特性可调光学元件,该光学特性可调光学元件在摄影时,在摄影的物体距离的范围内,反射面的形状是凹面。
110、如权利要求109所述的光学装置,其特征在于具有梯度方式的自动聚焦功能,上述自动聚焦功能具有以下过程:
调整焦点使其对准物体;
检测出已拍摄的物体像的高频成分;
在该高频成分为最大时,判断为对焦状态。
111、如权利要求110所述的光学装置,其特征在于:包括这样的状态,即当把焦点调整到物体上时,上述光学特性可调光学元件的面形状成为平面。
112、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于在QR的两端具有为按照式370所决定的Sd来改变焦点所必须的变形量。
113、如权利要求112所述的光学装置,其特征在于:上述变形量QR是对焦和补偿所必须的变形量。
114、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:上述变形量QR是对焦和补偿所必须的变形量。
115、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:上述光学特性可调光学元件是由静电驱动的元件,该光学特性可调光学元件在摄影时在摄影的物体距离范围内,反射面的形状是凹面。
116、一种光学装置,其特征在于具有光学特性可调光学元件和有源方式的自动聚焦功能。
117、如权利要求116所述的光学装置,其特征在于具有摄像器件。
118、一种光学装置,其特征在于满足下式102,
0<|C|<15    …式102
式中,C是摄像器件的摄像面上所加的倾斜量(单位为度)。
119、如权利要求118所述的光学装置,其特征在于满足下式103,以取代式102,
0<|C|<8                     …式103
式中,C是加到摄像器件的摄像面上的倾斜量(单位为度)
120、如权利要求118所述的光学装置,其特征在于满足下式103-2,以取代式102,
0<|C|<3                     …式103-2
式中,C是加到摄像器件的摄像面上的倾斜量(单位为度)
121、如权利要求109所述的光学装置,其特征在于:具有摄像器件以及设置在最靠近物体的光学元件,该光学元件和上述摄像器件的位置关系是固定的。
122、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:具有摄像器件以及设置在最靠近物体的光学元件,该光学元件和上述摄像器件的位置关系是固定的。
123、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:具有摄像器件以及设置在最靠近物体的光学元件,该光学元件和上述摄像器件的位置关系是固定的。
124、一种光学系统,其特征在于具有反射镜和移动的光学元件组,该移动的光学元件组具有改变放大率功能,具有梯度方式的自动聚焦功能。
125、一种光学装置,其特征在于具有反射镜和移动的光学元件组,该移动的光学元件组具有改变放大率功能,具有梯度方式的自动聚焦功能。
126、如权利要求1所述的变焦光学系统,其特征在于:上述光学特性可调光学元件是可调焦点透镜。
127、如权利要求3所述的光学装置,其特征在于:上述光学特性可调光学元件是可调焦点透镜。
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