透镜单元以及摄像装置的制作方法

专利名称：透镜单元以及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及，将物体的光学像成像在摄像元件上的透镜单元以及利用了它的摄像>J-U ρ α装直。
背景技术：
一般而言,对于称为Extended depth of focus即EDOF的扩张景深的方式,主要提出了以下的五个方式。
第一方式是指，将所谓相位板的光学元件插入在光学系统，从而使深度方向的模糊均匀。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式进行图像恢复处理，从而生成EDOF图像。
该方式，如非专利文献I所公开,将Wavefront Coding略称为WFC。
第二方式是指，通过设法光圈形状，从而对图像的每个部分区域高精度地进行距离测定。而且，该方式，针对各个部分区域，利用与预先测定的各个距离相对应的模糊模式，进行图像恢复处理，从而生成EDOF图像。该方式，如非专利文献2所公开，将Coded Aperture 略称为 CA。
第三方式是指，在曝光期间内使聚焦透镜或摄像元件变动，从而卷积在深度方向上一律合焦的图像。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像恢复处理，从而生成EDOF图像。该方式，如非专利文献3所公开，将Flexible DOF略称为F — D0F。
第四方式是指，如非专利文献4所公开，利用透镜的轴上色差来进行深度推定或图像的清晰度检测，并且，通过图像处理得到整体尖锐的图像的方式。
进而，第五方式是指，如非专利文献5所公开，利用多焦点透镜使深度方向的模糊均匀，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟 而计算出的模糊模式进行图像恢复处理的方式。
在所述的F — DOF中，由于利用聚光区被最佳化为最大限度的透镜，卷积在深度方向上一律合焦的图像，因此在原理上得到良好的图像。在该F — DOF中，与插入相位板、使光圈形状变化、使色差变化、或利用多焦点透镜积极发生模糊，从而破坏理想的聚光状态来生成图像的方式相比，可以说是，具有容易得到高画质的图像的大的优点。
但是，在F — DOF中，对于光学条件，如非专利文献6所示，即使在曝光期间内使聚焦位置(合焦位置)变动，同一被摄体也需要被卷积到同一图像位置上。因此，在F - DOF 中被认为，需要新利用像方远心透镜。
对于如上所述的EDOF技术被应用展开的工业产品，具有最旧的历史的是显微镜。
在本用途的情况下，由于能够慢慢地拍摄静止物体，因此，以往采用了从多个图像生成EDOF图像的方式。但是，在该方式的情况下，如上所述需要劳力和时间。因此，专利文献I至4等的几个文献所公开。对于在显微镜用途上利用F - DOF的方法，公开在曝光期间内使作为被摄体的试料方变动的方法、以及使透镜镜筒变动的方法。
对于EDOF技术的其他的应用目的，可以示出近些年搭载在移动电话等中的摄像机。通过将EDOF技术利用于该摄像机，从而能够实现该摄像机的小型化。也就是说，根据EDOF效果，不具备自动对焦机构，而能够得到对焦于所有的被摄体的图像、即全焦点图像。但是，从本应用目的的观点来看，由于需要使聚焦透镜或摄像元件变动的机构且导致低成本化以及小型化的障碍，因此不采用所述方式中的F — DOF本身，而采用WFC或使用了轴上色差的方式等。进而，对于EDOF技术的有希望的应用目的，可以考虑数字静态照相机。近年，对于对数字静态照相机的需求，要求更简单且失败少的拍摄。EDOF技术，具有能够满足这样的要求，能够得到全焦点图像这优点，因此能够期待摄影者从合焦失败解放出的效果。并且，EDOF技术，也有效于微距摄影等拍摄位于近距离的被摄体的情况。例如，该EDOF技术，即使在对花或昆虫等进行微距摄影的情况下，也能够弥补合焦范围非常窄这缺点。如此，EDOF技术，也能够对应想要扩张景深这需求。在这样的应用目的中，可以认为要求的是，容易得到作为基本条件的高画质的恢复图像、用于得到全焦点图像的大的EDOF效果、为了对应微距摄影而能够任意变更EDOF范围、进一步为了同时也能够进行通常摄影而容易切换EDOF摄影和通常摄影。满足这些请求的全部的是，所述方式中的F - DOF法，该F - DOF法被视为有希望。接着，详细说明这样的F — DOF法。F - DOF法，如非专利文献3中也所示，使摄像元件、或透镜镜筒移动，从而卷积在深度方向上一律合焦的图像。

例如，在使摄像元件移动来获得EDOF图像的情况下，在将透镜镜筒固定在保持台的状态下，以微执行器中发生的动力，使摄像元件在透镜镜筒的光轴方向上精密移动。据此，由于摄像元件与透镜镜筒的距离变化，因此能够卷积在深度方向上一律合焦的图像。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1:德国专利发明第2301800号说明书专利文献2 :日本特开昭60 - 68312号公报专利文献3 日本特开平I 一 309478号公报专利文献4 :美国专利第7711259号说明书专利文献5 日本特开平9 - 184978号公报专利文献6 :国际公开第2009 / 013900号专利文献7 :日本特开2004 - 354916号公报专利文献8 :日本特开平11 - 142714号公报(非专利文献)非专利文献I E. R. Dowski and W. T. Cathey, "Extended depth of field throughwave — front coding, Applied Optics, Vol. 34, No. 11, P. 1859 — 1866 (1995)非专利文献2 :Α· Levin, R. Fergus, F. Durand and ff. T. Freeman, "Image andDepth from a Conventional Camera with a Coded Aperture", ACM Transactions on Graphics, Vol. 26，No. 3，Article70, 70 — 1 — 70 — 9 (2007)
非专利文献3 :H. Nagaharaj S. Kuthirummalj C. Zhou and S. Nayarj " Flexible Depth of Field Photography' European Conference on Computer Vision (ECCV), Oct. 16th，Morning Session2 -Computational Photography(2008)
非专利文献4 :C. Tissej H. P. Nguyen, R. Tesieresj M. Pyanet and F. Guichard，"Extended Depth — of — field (EDOF) using sharpness transport across colour channels'Optical Engineering + Applications, Part of SPIE Optics + Photonics,Sessionl — — Imaging in the Optical Design Process Depth of Field(2008)
非专利文献5 :W. Chi and N. George, "Computational imaging with the logarithmic asphere :theory" , Optical Society of America,Vol. 20, No. 12, December (2003)
非专利文献6:M. Watanabe and Shree K. Nayarj ^Telecentric Optics for Focus Analysis"，IEEE Transactions on Pattern Analysis And Machine Intelligence，Vol.1 9，No. 12，December 1997
然而，对于这样的生成卷积图像的摄像装置，要求使合焦位置变位的机构的小型化、以及该卷积图像的画质的提高。发明内容
于是，本发明的目的在于提供，能够实现使合焦位置变位的机构的小型化、以及卷积图像的画质的提高的透镜单元。
为了实现所述目的，本发明的实施方案之一涉及的透镜单元，将物体的光学像成像在摄像元件上，该透镜单元具备聚焦透镜部；驱动部，在曝光期间内，使所述聚焦透镜部在规定的范围内移动，从而使合焦范围变位；以及校正透镜部，将所述聚焦透镜部在所述规定的范围内移动时成像在所述摄像元件上的像的位置变化校正为一个像素以内。
本发明能够提供，能够实现使合焦位置变位的机构的小型化、以及卷积图像的画质的提高的透镜单元。


图1是示出使摄像元件移动时的像位置的图。
图2是示出使聚焦透镜移动时的像位置的变位的图。
图3是示出本发明的实施例1涉及的利用透镜单元时的像位置的变位的图。
图4是示出本发明的实施例1涉及的透镜单元的图。
图5A是示出本发明的实施例1涉及的透镜单元的光学特性的图。
图5B是示出本发明的实施例1涉及的透镜单元的光学特性的图。
图5C是示出本发明的实施例1涉及的透镜单元的光学特性的图。
图6是示出本发明 的实施例2涉及的透镜单元的图。
图7A是示出本发明的实施例2涉及的透镜单元的光学特性的图。
图7B是示出本发明的实施例2涉及的透镜单元的光学特性的图。
图7C是示出本发明的实施例2涉及的透镜单元的光学特性的图。
图8是示出本发明的实施例3涉及的透镜单元的图。图9是示出本发明的实施例3涉及的利用透镜单元时的像位置的变位的图。图1OA是示出本发明的实施例3涉及的透镜单元的光学特性的图。图1OB是示出本发明的实施例3涉及的透镜单元的光学特性的图。图1OC是示出本发明的实施例3涉及的透镜单元的光学特性的图。图11是示出本发明的实施例4涉及的数字静态照相机的结构的图。图12是示出本发明的实施例1涉及的透镜单元的面数据的图。图13是示出本发明的实施例1涉及的非球面数据的图。图14是示出本发明的实施例1涉及的各种数据的图。图15是示出本发明的实施例2涉及的透镜单元的面数据的图。图16是示出本发明的实施例2涉及的非球面数据的图。

图17是示出本发明的实施例2涉及的各种数据的图。图18是示出本发明的实施例3涉及的透镜单元的面数据的图。图19是示出本发明的实施例3涉及的非球面数据的图。图20是示出本发明的实施例3涉及的各种数据的图。
具体实施例方式(成为本发明的基础的知识)本发明人，对以往的技术发现了以下的问题。一般而言，用于数字静态照相机的摄像元件的重量为4g至几十g以上。在利用这样的重量的摄像元件拍摄运动图像的情况下，需要以30fps左右以上的速度使该摄像元件高速移动。该工作是，例如，利用比较大的音圈电动机以作为驱动装置，在此流动大电流来实现的。并且，对于摄像元件的移动量、以及使摄像元件移动时成像在摄像元件上的像的位置(以下，也记载为像位置)的变化量，在非专利文献3中有记载。在非专利文献3中，在焦点距离为9mm、被摄体距离为O. 2m至O. 5m的情况下,使摄像元件移动259.1 μ m。此时，像位置移动7. 2像素。进而，在焦点距离为12. 5mm、被摄体距离为例如O. 5m至无穷远的情况下，使摄像元件移动320. 5 μ m,并且，在被摄体距离为O. 2m至O. 5m的情况下，使摄像元件移动512. 8 μ m。此时,像位置,分别移动5. 6像素以及8. 5像素。这样的使摄像元件移动时像位置移动这现象是，使用非远心的光学透镜时发生的。非远心的光学透镜，在通常的大部分的摄像机中被使用为光学透镜。在使用非远心的光学透镜的情况下，主光线不会相对于摄像元件而垂直入射。据此，在使摄像元件移动的情况下，在移动期间内到达摄像元件的光线的位置、即像位置变化。这样的现象，使被卷积的像模糊，并使像的分辩率非常劣化。进而，可以推测为，即使利用预先设定的PSF对得到的像进行图像恢复，恢复图像也非常劣化。并且，在非专利文献6中记载，在透镜尖端部另外设置光学透镜，来实现远心光学系统的方法。据此，能够抑制所述的像位置的变化。根据该结构，虽然比以往的光学透镜成为大型化，但是，在以往的光学透镜中使摄像元件的位置从25mm移动到27. 05mm的情况下，图像的明暗变化约6%、且像位置变化 18. 9像素，对此，明暗几乎不变化、且像位置仅变化O.1像素左右。如此，根据该结构，能够 实现良好的远心光学系统。
对于这样的、在摄像元件前面安装远心光学系统来使摄像元件移动的方式，由于 像位置的变化大幅度被抑制，因此可以说是，针对恢复画质的提高，也非常有效的方法。
以上，主要说明了使摄像元件移动的例子，但是，使透镜镜筒移动的方式，也原理 上与使摄像元件移动的方式同等且得到的效果相同。
并且，在非专利文献3中也记载，不是以上的方法的使摄像元件或透镜镜筒在深 度方向上移动的方法，而是使聚焦环移动聚焦环的方法。
该方法，利用出售的数字摄像机，使作为该变焦透镜系统的一部分的聚焦透镜组 移动。在曝光期间内以手动使聚焦环高速旋转，从而卷积在深度方向上一律合焦的图像。
并且，对于一般的数字静态照相机的变焦透镜光学系统，例如，专利文献6以及专 利文献7所公开。在此，以专利文献6为例子进行说明。在数字静态照相机的领域，由于便 利性高，对搭载有变焦透镜比高的变焦透镜系统的摄像机的需求非常高。通过利用这样的 摄像机，以一台数字摄像机，能够覆盖广角域至高望远域的宽广的焦点距离范围。
例如，利用由具有正的光焦度(power)的第一透镜组、具有负的光焦度的第二透 镜组、具有正的光焦度的第三透镜组、以及具有正的光焦度的第四透镜组构成的变焦透镜 的透镜光学系统，专利文献6所公开。在该变焦透镜光学系统中，使第一透镜组、第二透镜 组、第三透镜组以及第四透镜组的全部，沿着光轴而移动，从而能够变更倍率。并且，通过使 该透镜组中的第四透镜组移动，从而能够进行以特定变焦倍率的聚焦(focusing)。
进而，远心的变焦透镜系统，例如，专利文献5所公开。在远心的变焦透镜系统 中，在均具有正的光焦度的第一透镜组与第三透镜组之间，配置有作为无焦系统(afocal system)的第二透镜组。而且，使该透镜组中的、第一透镜组和第三透镜之中的至少某一方 的透镜组、第一透镜组和第三透镜组之中的某一方的透镜组中包含的一部分的透镜组、以 及第二透镜组，分别能够独立地移动在光轴方向上，从而实现远心的变焦透镜系统。
但是，F - DOF方式，实用上具有如下的问题。也就是说，使摄像元件移动的F — DOF方式所具有的问题是，摄像元件的重量为4g至几十g以上，为了使摄像元件高速移动， 而导致执行器的大型化、并且消耗电力也增大。
进而，存在连接摄像机的信号处理电路与摄像元件的电布线。因此，在摄像元件 高速移动的情况下，也具有因在摄像元件和电布线的连接部分产生断线而可靠性降低的问题。
并且，根据非专利文献6所示的、利用了远心光学系统的方法，虽然能够期待被卷 积的图像的质量提高的效果，但是，仍然使摄像元件或透镜镜筒高速移动。因此，该方法也 具有，像移动手段的大型化以及消耗电力增大那样的实用上的大的问题。
对此，在非专利文献3中提出了，在曝光期间内使聚焦环旋转的方法。然而，具有 难以同时实现光学透镜兼备远心性、和在曝光期间内使聚焦环高速移动这实用上的问题。
在这样的问题背景下，本发明人，综合研究了适于F — DOF方式的变焦透镜系统。 其结果为，本发明人，发现了能够实现移动手段的小型轻量化的、使聚焦透镜移动的FDOF 方式是有希望的。
进而，对于用于F - DOF方式的光学透镜重新发现了，不一定需要以往的常识的像方远心性，而最重要的是，在使聚焦透镜移动时使像位置的变化非常少。也就是说，在远心光学系统中能够保证，在使摄像元件或聚焦透镜移动，并卷积远近距离的被摄体的图像的情况下，在该远近距离之间，主光线相对于像面大致垂直入射。图1是示出具有远心性的透镜单元500的像位置的图。图1所示的透镜单元500具备，倍率变更透镜组501 (焦点距离变更透镜组)、光圈502、以及聚焦透镜组540。并且，在曝光期间内摄像元件503移动，从而合焦位置转变。如图1所示，在远心光学系统中，在使摄像元件503移动、并卷积远近距离的被摄体的图像的情况下，像位置不移动。但是，即使保证这样的远心性，在使聚焦透镜移动中，各个视角的主光线以及聚光区的重心位置在像高方向移动的情况下，其结果为，卷积图像也模糊。据此，判明了恢复图像劣化。该现象是，使透镜镜筒或摄像元件移动的方法中不存在的现象。也就是说，在使透镜镜筒或摄像元件驱动的情况下，主光线被设定为相对于像面垂直，因此，只要使透镜镜筒或摄像元件沿着其光轴以直线移动，就能够得到没有模糊的良好的图像。但是，在使聚焦透镜移动的情况下，即使保证主光线相对于设想元件垂直入射的远心性，若该像高位置稍微变化，其结果为，像位置也就变化。据此，卷积图像模糊。图2是示出使聚焦透镜移动时的像位置的变化的图。图2所示的透镜单元600具备，倍率变更透镜组601、光圈602、以及聚焦透镜组640。并且，摄像元件603固定，在曝光期间内聚焦透镜组640移动，从而合焦位置转移。如图2所示，在使聚焦透镜组640移动，卷积远近距离的被摄体的图像的情况下，随着聚焦透镜组640移动，像位置移动。本发明人发现了 以下的内容，S卩，为了不使卷积图像模糊，并得到良好的恢复图像，远心光学系统并不是必要条件，倒不如，即使不保证远心性，若在使聚焦透镜在深度方向上移动的期间，主光线的位置或聚光区的重心位置、即像位置，在规定条件下为一定值以内，则得到良好的恢复图像。但是，对于出售的单镜头反光相机的光学系统，可以如下推测，S卩，没有保证远心性，聚焦透镜移动，从而像位置变化。因此，存在由这样的摄像机得到的卷积图像模糊，恢复图像劣化的问题。在以往的文献中没有公开，如此聚焦透镜轻量、且即使聚焦透镜移动也像位置几乎不变化的适于F — DOF法的变焦透镜系统，成为实用上大的问题。为了解决这样的问题，本发明的实施方案之一涉及的透镜单元，将物体的光学像成像在摄像元件上，该透镜单元具备聚焦透镜部；驱动部，在曝光期间内，使所述聚焦透镜部在规定的范围内移动，从而使合焦范围变位；以及校正透镜部，将所述聚焦透镜部在所述规定的范围内移动时成像在所述摄像元件上的像的位置变化校正为一个像素以内。根据该结构，通过利用本发明的实施方案之一涉及的透镜单元，能够使聚焦透镜部移动，从而使合焦位置变位。据此，与使摄像元件移动的情况相比，能够将使合焦位置变位的机构小型化。进而，校正透镜部，校正聚焦透镜部移动时的像位置的变位。据此，能够提闻卷积图像的画质。并且，也可以是，成像在所述摄像元件上的像的位置是，聚光区的重心位置。根据该结构，能够准确规定像位置。
并且，也可以是，所述聚光区的重心位置是，被形成在所述摄像元件的光检测部的 上部的每个彩色滤光片的重心位置。
根据该结构，能够按每个颜色准确规定的像位置。
并且，也可以是，所述校正透镜部包括多个校正透镜。
根据该结构，本发明的实施方案之一涉及的透镜单元，能够实现良好的光学特性。 例如，该透镜单元，能够同时满足该透镜单元的小型化、高MTF性能、以及抑制聚焦时的像 位置的变化这样的要求。
并且，也可以是，所述校正透镜部是固定透镜。
根据该结构，能够容易设定校正透镜部的特性。
并且，也可以是，所述聚焦透镜部仅包括一个透镜。
根据该结构，能够将聚焦透镜部轻量化。
并且，也可以是，所述校正透镜部被配置在所述聚焦透镜部的所述摄像元件侧。
并且，也可以是，所述透镜单元具有变焦功能。
根据该结构，在具有变焦功能的透镜单元中，能够实现卷积图像的画质的提高。
并且，也可以是，所述聚焦透镜部是正的光焦度的透镜部，所述聚焦透镜部具有由 塑料树脂构成的正的光焦度的聚焦透镜，所述校正透镜部是正的光焦度的透镜部，所述校 正透镜部包括的一个以上的所述透镜中的最接近物体侧的第一校正透镜是由塑料树脂构 成的负的光焦度的透镜。
根据该结构，能够实现聚焦透镜部的轻量化。进而，本发明的实施方案之一涉及的 透镜单元，能够抑制利用塑料透镜时的因温度变化而引起的像位置的变化。
并且，也可以是，所述聚焦透镜是正的弯月透镜。
并且，也可以是，所述第一校正透镜是负的弯月透镜。
并且，也可以是，所述驱动部是磁驱动型执行器。
根据该结构，能够使聚焦透镜部高速移动。
并且，本发明的实施方案之一涉及的摄像装置具备所述透镜单元；以及摄像元 件，将由所述透镜单元形成的光学像转换成电图像信号。
根据该结构，本发明的实施方案之一涉及的摄像装置能够，使聚焦透镜部移动，从 而使合焦位置变位。据此，与使摄像元件移动的情况相比，能够将使合焦位置变位的机构小 型化。进而，校正透镜部，校正聚焦透镜部移动时的像位置的变位。据此，能够提高卷积图 像的画质。
而且，这样的全面或具体的形态，可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或记录 介质实现，也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质的任意的组合实现。
以下，参照

本发明的各个实施例。
而且，以下说明的实施例，都示出本发明的一个具体例子。以下的实施例所示的数 值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等，是一个 例子，而不是限定本发明的宗旨。并且，对于以下的实施例的构成要素中的、示出最上位概 念的独立请求项中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
(实施例1)
首先，说明本实施例涉及的透镜单元的概要。
图3是示出本实施例涉及的透镜单元100的结构的图。图3所示的透镜单元100，将物体的光学像成像在摄像元件103上。该透镜单元100具备，倍率变更透镜组101 (焦点距离变更透镜组)、光圈102、聚焦透镜组140 (聚焦透镜部)、校正透镜组150 (聚焦透镜部)、以及驱动部190。聚焦透镜组140包括，一个以上的透镜。驱动部190，在曝光期间内，使聚焦透镜组140在规定的范围内移动，从而使合焦范围变位。校正透镜组150包括，一个以上的透镜，将聚焦透镜组140在所述规定的范围移动时成像在摄像元件103上的像的位置变化校正，以使该位置变化变小。例如，校正透镜组150，将聚焦透镜组140在所述规定的范围内移动时成像在摄像元件103上的像的位置变化校正为一个像素以内。以下，利用图4，详细说明本发明的F - DOF所利用的变焦透镜系统的一个例子。图4的(a)至(C)均表示，以被摄体距离IOOOOmm处于合焦状态的透镜单元100。图4的(a)表示广角端(最短焦点距离状态焦点距离为4. 95mm)的透镜结构，(b)表示中间位置(中间焦点距离状态焦点距离为18mm)的透镜结构，(c)表示望远端(最长焦点距离状态焦点距离为87mm)的透镜结构。被设置在图4的(a)与(b)之间的虚线的箭头线示出，连接广角端和中间位置的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。同样，被设置在图4的(b)与(C)之间的虚线的箭头线示出，连接中间位置和望远端的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。因此，在图4中，广角端与中间位置之间、以及中间位置与望远端之间，仅是以直线单纯地连接，各个透镜组的实际移动，与该直线不同。进而，在图4的(C)中代表描述的箭头线表示，从被摄体距离IOOOOmm的合焦状态向近距离物体合焦状态的聚焦。也就是说，该箭头线表示，从被摄体距离IOOOOmm的合焦状态向近距离物体合焦状态的聚焦时的聚焦透镜组140的移动方向。图4所示的透镜单元100是具有变焦功能的透镜系统。该透镜单元100具备，按照从物体侧向像侧(X轴的正的方向)的顺序被设置的、具有正的光焦度的第一透镜组110、具有负的光焦度的第二透镜组120、具有正的光焦度的第三透镜组130、具有正的光焦度的聚焦透镜组140、以及具有正的光焦度的校正透镜组150。而且，将图4中的X轴的正的方向称为像侧，将X轴的负的方向称为物体侧。并且，第一透镜组110、第二透镜组120以及第三透镜组130，与图3所示的倍率变更透镜组101对应。在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组110、第二透镜组120以及第三透镜组130的全部，沿着光轴180移动，校正透镜组150固定。本实施例涉及的透镜单元100，通过使各个透镜组成为所希望的光焦度布置，从而实现超过16倍的高变焦比。进而，在该透镜单元100中，使聚焦透镜组140移动时的像位置的变化少。进而，该透镜单元100，保持高的光学性能，并且能够实现透镜系统整体的小型化。而且，在图4中，最右边记载的直线表示，像面170的位置。在该像面170的物体侧(像面170与校正透镜组150的最像侧透镜面之间)，设置有与光学低通滤波器、或摄像元件的面板等等效的平行平板160。进而，在图4中，在第二透镜组120的最像侧透镜面与第三透镜组130的最物体侧透镜面之间，设置有光圈102。
如图4所示，在实施例1涉及的透镜单元100中，第一透镜组110包括，按照从物 体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的负弯月形状的第一透镜元件111、双凸形状 的第二透镜元件112、以及向物体侧呈凸面的正弯月形状的第三透镜元件113。其中，第一 透镜元件111和第二透镜元件112接合。
第二透镜组120包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的 负弯月形状的第四透镜元件121、双凹形状的第五透镜元件122、以及双凸形状的第六透镜 元件123。
并且，第三透镜组130包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、双凸形状的第 七透镜元件131、双凸形状的第八透镜元件132、以及双凹形状的第九透镜元件133。其中， 第八透镜元件132和第九透镜元件133接合。
聚焦透镜组140包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的 正弯月形状的聚焦透镜141 (第10透镜元件)。
校正透镜组150包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凹面的 正弯月形状的第一校正透镜151 (第11透镜元件)、向物体侧的中央部呈凸面形状且周边部 呈凹形状、以及像侧的面向像侧呈凸面形状的第二校正透镜152 (第12透镜元件)。
而且，在本实施例涉及的透镜单元100中，在像面170的物体侧(像面170与第二 校正透镜152之间)，设置有平行平板160。
在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组110、第三透镜组130以及聚焦透镜组 140，向物体侧移动，第二透镜组120，向物体侧呈凹的轨迹而移动。也就是说，第二透镜组 120，向像侧移动后，向物体侧移动。
并且，在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组110、第二透镜组120、第三透镜 组130以及聚焦透镜组140的全部，沿着光轴180移动。而且，通过使这样的透镜组中的例 如第三透镜组130相对于光轴180垂直移动，从而能够光学校正因手抖动以及振动等而引 起的像的抖动。
在此，在本实施例中，说明了校正透镜组150固定时的一个例子，但是，本发明的 结构不仅限于此。与其他的透镜组同样，即使采用在变焦时使校正透镜组150的整体或一 部分的透镜移动的结构，也不会造成问题。
并且，说明了各个透镜组的透镜元件的具体形状，但是，各个透镜组的结构、以及 各个透镜元件的形状并不限于此。也可以根据所希望的规格，使各个透镜组的结构、以及各 个透镜元件的形状最佳化。
在此，校正透镜组150中包含的透镜的数量是，为了抑制像的位置变化，而非常 重要的。根据研究结果，判明了以下的内容，即，为了同时满足透镜单元100的小型化、高 MTF(Modulation Transfer Function :调制转移函数)性能、以及抑制聚焦时的像位置的变 化这要求，校正透镜组150中包含的透镜的数量，与一个时相比，两个时非常有效。也就是 说，在聚焦透镜组140与摄像元件(像面170)之间设置两个校正透镜(第一校正透镜151 以及第二校正透镜152)，从而实现了良好的光学特性。
图5A至图5C示出本实施例1涉及的由透镜单元100得到的光学特性。图5A示 出透镜变位量与被摄体距离的关系。
在此，透镜变位量是指，以基准状态下的聚焦透镜组140的聚焦透镜141的位置作为基准，在使被摄体距离变化时，聚焦透镜141移动的距离。在此，基准状态是指，在图4所示的透镜单元100中，为了以所希望的焦点距离使被摄体距离为IOOOOmm的被摄体成像在像面170上，设定了第一透镜组110、第二透镜组120、第三透镜组130、以及聚焦透镜组140的位置的状态。图5A是，将图4的(C)所示的、焦点距离为18. 25mm时的被摄体距离变化为10000mm、5000mm、2000mm、IOOOmm时的聚焦透镜141的透镜变位量描绘的图表。在图中，连接描绘点和描绘点的直线是为了方便而划的直线，当然实际上特性的形状成为曲线形状。如此得知，被摄体越接近透镜单元100，透镜变位量就越大。图5B示出，聚焦透镜141变位时的、与变位对应的像位置的变化。图5B示出，视角为9. 6度的最外视角时的变化，以作为代表。如此得知，像位置的变化量非常小，能够将像位置的变化量抑制到约I μ m以下。在此，例如，以主光线的位置来规定像位置。该方法是，在透镜单元100的像差中球面像差量所支配、且彗形像差量小时有效的。因此，在这样的情况下，通过利用该方法，从而能够容易设计透镜。并且，规定聚光区的重心位置是，为了准确规定像位置而有效的。通过利用该方法，即使彗形像差所支配的透镜单元，也能够得到模糊少的卷积图像。接着，利用图5C说明MTF特性。如图5C所示得知，即使将聚焦透镜141的变位量从Omm大幅度地变化为O. 38mm, MTF也几乎不会劣化。并且，图5C示出，501p / mm时的MTF性能，图中的圆形示出，轴上的MTF性能，图中的四角形示出，7成像高的径向(辐射方向)的MTF性能，三角形示出，7成像高的切向(圆周方向)的MTF性能。 如图5B以及图5C所示得知，透镜单元100，使聚焦透镜141变位时的像位置的变化少，并且，维持良好的MTF性能。而且，在图5A至图5C中，将焦点距离为18. 25mm的情况作为代表例进行了说明，但是，在焦点距离为87mm的情况下，以及在焦点距离为4. 95mm的情况下，透镜单元100都维持高性能。因此得知，对于变焦倍率超过16、视角也超过32度的高性能变焦透镜，在广角端至望远端的广范围内作为F — DOF用的小型变焦透镜也能够实现非常良好的光学特性。(实施例2)在本发明的实施例2中，说明实施例1涉及的透镜单元100的变形例。具体而言，在所述实施例1中，说明了使用作为倍率变更透镜组101的三个透镜组的例子。在实施例2中，说明使用作为倍率变更透镜组101的两个透镜组的例子。图6示出本发明的实施例2涉及的用于F - DOF的变焦透镜的一个例子。图6的(a)至(C)均表示，以被摄体距离IOOOOmm处于合焦状态的透镜单元200。图6的(a)表示广角端(最短焦点距离状态焦点距离为4. 2mm)的透镜结构，(b)表示中间位置(中间焦点距离状态焦点距离为7. 7mm)的透镜结构，(c)表示望远端(最长焦点距离状态焦点距离为12. 7mm)的透镜结构。被设置在图6的(a)与(b)之间的虚线的箭头线示出，连接广角端和中间位置的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。同样，被设置在图6的(b)与(C)之间的虚线的箭头线示出，连接中间位置和望远端的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。因此，在图6中，广角端与中间位置之间、以及中间位置与望远端之间，仅是以直线单纯地连接， 各个透镜组的实际移动，与该直线不同。
进而，在图4的(C)中代表描述的箭头线表示，从被摄体距离IOOOOmm的合焦状态 向近距离物体合焦状态的聚焦。也就是说，该箭头线表示，从被摄体距离IOOOOmm的合焦状 态向近距离物体合焦状态的聚焦时的聚焦透镜组240的移动方向。
图6所示的透镜单元200具备，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、具有负的光 焦度的第一透镜组210、具有正的光焦度的第二透镜组220、具有正的光焦度的聚焦透镜组 240 (聚焦透镜部)、以及具有正的光焦度的校正透镜组250 (校正透镜部)。
在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组210、第二透镜组220以及聚焦透镜组 240的全部，沿着光轴280移动，校正透镜组250固定。
本实施例涉及的透镜单元200，通过使各个透镜组成为所希望的光焦度布置，从而 实现3倍左右的变焦比。进而，在该透镜单元200中，使聚焦透镜组240移动时的像位置的 变化少。进而，该透镜单元200，保持高的光学性能，并且能够实现透镜系统整体的小型化。
而且，在图6中，最右边记载的直线表示，像面270的位置。在该像面270的物体 侧(像面270与校正透镜组250的最像侧透镜面之间)，设置有与光学低通滤波器、或摄像 元件的面板等等效的平行平板260。进而，在图6中，在第一透镜组210的最像侧透镜面与 第二透镜组220的最物体侧透镜面之间，设置有光圈202。
如图6所示，在实施例2涉及的透镜单元200中，第一透镜组210包括，按照从物 体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的负弯月形状的第一透镜元件211、向物体侧 呈凸面的负弯月形状的第二透镜元件212、以及向物体侧呈凸面的正弯月形状的第三透镜 元件213。
第二透镜组220包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的 正弯月形状的第四透镜元件221、向物体侧呈凸面的负弯月形状的第五透镜元件222、以及 双凸形状的第六透镜元件223。其中，第五透镜元件222和第六透镜元件223接合。
并且，聚焦透镜组240，由向物体侧呈凸面的正弯月形状的聚焦透镜241 (第7透镜 元件)构成。
校正透镜组250包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、双凹形状的第一校 正透镜251 (第八透镜元件)、以及双凸形状的第二校正透镜252 (第九透镜元件)。
而且，在本实施例涉及的透镜单元200中，在像面270的物体侧(像面270与第二 校正透镜252之间)，设置有平行平板260。
在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组210，向物体侧呈凹的轨迹而移动。也 就是说，第一透镜组210，向像侧移动后，向物体侧移动。第二透镜组220以及聚焦透镜组 240，向物体侧移动，校正透镜组250不移动。
在此，在本实施例中，说明了校正透镜组250固定时的一个例子，但是，本发明的 结构不仅限于此。与其他的透镜组同样，即使采用在变焦时使校正透镜组250的整体或一 部分的透镜移动的结构，也不会造成问题。
并且，说明了各个透镜组的透镜元件的具体形状，但是，各个透镜组的结构、以及 各个透镜元件的形状并不限于此。也可以根据所希望的规格，使各个透镜组的结构、以及各 个透镜元件的形状最佳化。
并且，校正透镜组250中包含的透镜的数量是，与实施例1同样，为了抑制像的位置变化，而非常重要的。
根据研究结果，判明了以下的内容，S卩，为了同时满足透镜单元200的小型化、高 MTF性能、以及抑制聚焦时的像位置的变化这要求，与实施例1同样，校正透镜组250中包含的透镜的数量，与一个时相比，两个时非常有效。也就是说，在聚焦透镜组240与摄像元件 (像面270)之间设置两个校正透镜(第一校正透镜251以及第二校正透镜252)，从而实现了良好的光学特性。
据此可以说，在聚焦透镜组240与摄像元件之间设置至少两个透镜是，为了维持高MTF，且使聚焦透镜组240移动时的像位置的变化量非常少，而有效的结构。
并且，虽然本实施例中没有记载，但是，对于焦点距离不变的固定焦点光学系统， 根据研究结果，通过在聚焦透镜组与摄像元件之间设置两个透镜，也与实施例1以及实施例2示出的透镜单元100以及200同样，实现了良好的光学特性。
也就是说，不会受到透镜单元中包含的透镜的数量、透镜的配置、以及透镜组的数量等的作用，在聚焦透镜组与摄像元件之间设置两个透镜是，针对具备F — DOF的摄像装置的透镜单元，非常有效。
也就是说，在所述说明中，说明了将本发明适用于变焦透镜系统的例子，但是，也可以将本发明适用于没有变焦功能的固定焦点光学系统的透镜单元。换而言之，本发明涉及的透镜单元具备，所述聚焦透镜组、以及所述校正透镜组即可。而且，优选的是，透镜单元具备，被配置在聚焦透镜组的物体侧的至少一个透镜。
图7A至图7C示出本实施例2涉及的由透镜单元200得到的光学特性。
图7A示出透镜变位量与被摄体距离的关系。
在此，透镜变位量是指，以基准状态下的聚焦透镜组240的聚焦透镜241的位置作为基准，在使被摄体距离变化时，聚焦透镜241移动的距离。在此，基准状态是指，在图6所示的透镜单元200中，为了以所希望的焦点距离使无穷远的被摄体成像在像面270上，设定了第一透镜组210、第二透镜组220、以及聚焦透镜组240的位置的状态。
图7A是，将图6的(C)所示的、焦点距离为12. 7mm时的被摄体距离变化为无穷远、 1000mm、500mm、300mm时的聚焦透镜241的透镜变位量描绘的图表。在图中，连接描绘点和描绘点的直线是为了方便而划的直线，当然实际上特性的形状成为曲线形状。
如此得知，被摄体越接近透镜单元200，透镜变位量就越大。
图7B示出，聚焦透镜241变位时的、像位置的变化量变化的情况。图7B示出，焦点距离为12. 7mm时的最大视角的、视角为10. 5度时的变化，以作为代表。
如图7A至图7C所示得知，即使聚焦透镜变化，像位置的变化量也非常小，能够将像位置的变化量抑制到约1. 8 μ m以下。
在此，如实施例1也所示，例如，以主光线的位置来规定像位置。该方法是，在透镜单元200的像差中球面像差量所支配、且彗形像差量小时 有效的。因此，在这样的情况下， 通过利用该方法，从而能够容易设计透镜。
并且，规定聚光区的重心位置是，为了准确规定像位置而有效的。通过利用该方法，即使彗形像差所支配的透镜单元，也能够得到模糊少的良好的卷积图像。
并且，图7C示出此时的MTF特性。如图7C所示得知，即使将聚焦透镜241的变位量从Omm大幅度地变化为O. 4447mm, MTF也几乎不会劣化。并且，图7C示出，501p / mm时的MTF性能，图中的圆形示出，轴上的MTF性能，图中的四角形示出，7成像高的径向(辐射方向)的MTF性能，三角形示出，7成像高的切向(圆周方向)的MTF性能。如图7A至图7C所示得知，透镜单元200，使聚焦透镜241变位时的像位置的变化少，并且，维持良好的MTF性能。而且，在图7A至图7C中，将焦点距离为12. 7mm的情况作为代表例进行了说明，但是，在焦点距离为4. 21mm的情况下，以及在焦点距离为7. 71mm的情况下，透镜单元200都维持高性能。因此，对于如此三个透镜组独立移动的变焦透镜，在广角端至望远端的广范围内作为F — DOF用的小型变焦透镜也能够实现非常良好的光学特性。(实施例3)在本实施例中，说明利用作为聚焦透镜的塑料透镜的结构。例如，专利文献8公开，针对数字静态照相机的变焦透镜光学系统的各个研究之中的、将透镜元件本身轻量化的研究。在专利文献8中，记载利用了塑料透镜的变焦透镜光学系统。如专利文献8所公开，塑料透镜，广泛采用于取景器系统、红外线激活自动对焦单元、以及摄像光学系统的一部分等。而且，塑料透镜，与由玻璃材料构成的透镜相比，具有形状的任意性、以及成本效益大等的优点。

并且，如F — D0F，在使聚焦透镜以高速往返多次的情况下，具有发生振动以及声音的问题。因此，为了将聚焦透镜轻量化，可以考虑，替代玻璃透镜，而利用塑料透镜。例如，作为具有代表性的玻璃材料的、周知的比较轻的玻璃被的BSC7 (注册商标)的比重是2. 52。对此，例如，作为塑料材料的E48R(注册商标)的比重是约1.01。因此，通过替代玻璃透镜而利用塑料透镜，从而能够容易使透镜重量成为一半左右。但是，如专利文献8所示，在利用作为透镜材料的塑料材料的情况下，若环境温度变化，则该塑料材料的折射率变化。周知的是，据此，焦点位置位移，导致焦点偏离的问题。这是因为，与玻璃材料的折射率变化相比，塑料材料的折射率变化非常大。例如，塑料材料E48R的折射率的温度变化系数为，约dn / dT = — 92X 10_6/°C。并且，作为玻璃材料的BKSC7的温度变化系数为，2.6X10_6/°C左右。如此，与玻璃材料相t匕，塑料材料的温度变化系数大I位数以上。因此，在专利文献8中，设置温度传感器，根据该温度传感器的测量值，计算聚焦透镜的移动位置，进行焦点位置的校正。但是，新的温度传感器的追加设置，也导致摄像装置的成本提高，因此，期待即使不使用温度传感器，也能够减少环境温度变化的影响的摄像装置。进而，即使利用温度传感器，也在因环境温度变化而引起的焦点位置的变动的变动量少的光学系统中，原来更能够使焦点偏离小，因此期待了这样的光学系统。以下，利用图8，说明实施例3涉及的用于F — DOF的变焦透镜系统的一个例子。图8的(a)至(C)均表示，以被摄体距离为无穷远处于合焦状态的透镜单元300。图8的(a)表示广角端(最短焦点距离状态焦点距离为5mm)的透镜结构，(b)表示中间位置(中间焦点距离状态焦点距离为18mm)的透镜结构，(c)表示着望远端(最长焦点距离状态焦点距离为84mm)的透镜结构。
被设置在图8的(a)与(b)之间的虚线的箭头线示出，连接广角端和中间位置的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。被设置在图8的(b)与(C)之间的虚线的箭头线示出，连接中间位置和望远端的各个状态下的透镜组的位置而得到的直线。
因此，在图8中，广角端与中间位置之间、以及中间位置与望远端之间，仅是以直线单纯地连接，各个透镜组的实际移动，与该直线不同。
进而，在图4的(C)中代表描述的箭头线表示，，从被摄体距离为无穷远的合焦状态向近距离物体合焦状态的聚焦时的聚焦透镜组340的移动方向。
图8所示的透镜单元300具备，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、具有正的光焦度的第一透镜组310、具有负的光焦度的第二透镜组320、具有正的光焦度的第三透镜组 330、具有正的光焦度的聚焦透镜组340 (聚焦透镜部)以及具有正的光焦度的校正透镜组 350 (校正透镜部)。
在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组310、第二透镜组320、第三透镜组330 以及聚焦透镜组340的全部，沿着光轴380移动，校正透镜组350固定。
本实施例涉及的透镜单元300，通过使各个透镜组成为所希望的光焦度布置，从而实现超过16倍的高变焦比。进而，在该透镜单元300中，使聚焦透镜组340移动时的像位置的变化少。进而，该透镜单元300，保持高的光学性能，并且能够实现透镜系统整体的小型化。
而且，在图8中，最右边记载的直线表示，像面370的位置。而且，在该像面370的物体侧(像面370与校正透镜组350的最像侧的透镜面之间)，设置有与光学低通滤波器、 或摄像元件的面板等等效的平行平板360。
进而，在图8中，在第二透镜组320的最像侧的透镜面与第三透镜组330的最物体侧的透镜面之间，设置有光圈302。
如图8所示，在实施例3涉及的透镜单元300中，第一透镜组310包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的负弯月形状的第一透镜元件311、双凸形状的第二透镜元件312、以及向物体侧呈凸面的正弯月形状的第三透镜元件313。其中，第一透镜兀件311和弟_■透镜兀件312接合。
第二透镜组320包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的负弯月形状的第四透镜元件321、双凹形状的第五透镜元件322、以及双凸形状的第六透镜元件323。
并且，第三透镜组330包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、向物体侧呈凸面的正弯月形状的第七透镜元件331、双凸形状的第八透镜元件332、以及双凹形状的第九透镜兀件333。其中，弟八透镜兀件332和弟九透镜兀件333接合。
聚焦透镜组340，由向物体侧呈凸面的正弯月形状的聚焦透镜341 (第10透镜元件)构成。
校正透镜组350包括，按照从物体侧向像侧的顺序被设置的、双凹形状的第一校正透镜351 (第11透镜元件)、以及双凸方面形状的第二校正透镜352 (第12透镜元件)。
而且， 在本实施例涉及的透镜单元300中，在像面370的物体侧(像面370与第二校正透镜352之间)，设置有所述的平行平板360。在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组310、第三透镜组330以及聚焦透镜组340，向像侧移动，第二透镜组320，向物体侧呈凹的轨迹而移动。也就是说，第二透镜组320，向像侧移动后，向物体侧移动。并且，在从广角端向望远端的变焦时，第一透镜组310、第二透镜组320、第三透镜组330以及聚焦透镜组340的全部，沿着光轴380移动。而且，通过使这样的透镜组中的例如第三透镜组330相对于光轴垂直移动，从而能够光学校正因手抖动以及振动等而引起的像的抖动。在此，在本实施例中，说明了校正透镜组350固定时的一个例子，但是，本发明的结构不仅限于此。与其他的透镜组同样，也可以采用在变焦时使校正透镜组350的整体或一部分的透镜移动的结构。并且，说明了各个透镜组的透镜元件的具体形状，但是，各个透镜组的结构、以及各个透镜元件的形状并不限于此。也可以根据所希望的规格，使各个透镜组的结构、以及各个透镜元件的形状最佳化。并且，校正透镜组350中包含的透镜的数量是，与实施例1同样，为了抑制像的位置变化，而非常重要的。根据研究结果，判明了以下的内容，S卩，为了同时满足透镜单元300的小型化、高MTF性能、以及抑制聚焦时的像位置的变化这要求，与实施例1同样，校正透镜组350中包含的透镜的数量，与一个时相比，两个时非常有效。在聚焦透镜组340与摄像元件(像面370)之间设置两个校正透镜(第一校正透镜351以及第二校正透镜352)，从而实现了良好的光学特性。

接着说明，在本结构的透镜单元300中，将聚焦透镜341轻量化，并且抑制因环境温度变化而产生的焦点位置的位移量的结构。透镜单元300，聚焦透镜组340的聚焦透镜341，由正弯月形状的塑料材料制作。而且，在此，对于聚焦透镜341，说明利用向物体侧呈凸面的正弯月形状的透镜元件(正的弯月透镜)的例子，但是，聚焦透镜341不仅限于此。聚焦透镜341，是具有正的光焦度的透镜元件即可，例如，也可以是双凸透镜、或平凸形状。对于用于聚焦透镜341的塑料材料，例如，使用具有低热膨胀系数、且机械形状也稳定的E48R。E48R的比重是约1. 01，与周知的比较轻的玻璃材料的BSC7的比重2. 52相t匕，一半以下。也就是说，若透镜的尺寸相同，则利用塑料透镜能够试图大幅度的轻量化。但是，这样的塑料材料的折射率的温度依赖性，与玻璃材料的折射率的温度依赖性相比，大一位数左右。因此，因环境温度变化而产生的焦点位置的位移量增大。作为一个例子，在单纯利用作为聚焦透镜的塑料透镜的情况下判明了，在焦点距离为5mm、温度变化5°C的情况下，焦点位置位移约6 μ m,在焦点距离为18mm的情况下，焦点位置位移约8 μ m,在焦点距离为84mm的情况下,焦点位置位移12 μ m。在此，由于环境温度变高，因此聚焦透镜的温度也上升，折射率变小。其结果为，由于折射力变弱，因此焦点位置变远。据此，焦点位置位移。在本实施例中，利用作为校正透镜组350的最物体侧的透镜的第一校正透镜351，减少由聚焦透镜341发生的所述的焦点位置的位移量。
图9是示出由第一校正透镜351的焦点位置的位移量的减少效果的图。在图9中， 实线381示出高温下的光的行进方向，虚线382示出低温下的光的行进方向。
在此，该第一校正透镜351，由塑料透镜构成。进而，该第一校正透镜351的透镜形状是，与聚焦透镜341的光焦度(折射力)相反的光焦度的负的光焦度的透镜形状，且是双凹形状。
而且，对于第一校正透镜351的透镜形状，并不限于双凹形状，第一校正透镜351 是具有负的光焦度的透镜元件即可。例如，对于第一校正透镜351，可以利用负的弯月透镜、 或平凹透镜等。
对于第一校正透镜351的透镜材料，例如，利用与聚焦透镜341的透镜材料相同的 E48R。
在此，第一校正透镜351也，若环境温度变高，与聚焦透镜341同样，则折射率变小。但是，此时，第一校正透镜351为，具有负的光焦度的透镜形状，因此，在折射率变小的情况下，将要使因聚焦透镜341而变远了的焦点位置反而变近这力量起作用。
如此，将聚焦透镜341的光焦度设定为正的光焦度，将第一校正透镜351的光焦度设定为负的光焦度，配置两者。据此，能够减少焦点位置的变动幅度。
而且，根据研究的结果，所利用的塑料材料，不仅限于E48R，也可以利用聚碳酸脂等的其他的塑料材料。
根据所述的透镜结构，在环境温度变化了 5°C的情况下，算出了被摄体的距离为无穷远时的焦点位置会变动哪些程度。
其结果为，焦点位置的变动幅度是，在焦点距离为5mm的情况(图8的(a)的情况)下，为约I μ m,在焦点距离为18mm的情况(图8的(b)的情况)下，为约I μ m,在焦点距离为84_的情况(图8的(c)的情况)下，也为约I μ m以下。如此得知，通过利用本实施例的结构，从而能够抑制焦点位置的变动幅度。也就是说，本结构，具有对环境温度的焦点位置的校正效果，可以说是有用的。
图1OA至图1OC各自是示出本实施例3涉及的由透镜单元300得到的光学特性的图。
图1OA示出透镜变位量与被摄体距离的关系。
在此，透镜变位量是指，以基准状态下的聚焦透镜组340的聚焦透镜341的位置作为基准，在使被摄体距离变化时，聚焦透镜341移动的距离。在此，基准状态是指，在图8所示的透镜单元300中，为了以所希望的焦点距离使无穷远的被摄体成像在像面370上，设定了第一透镜组310、第二透镜组320、第三透镜组330、以及聚焦透镜组340的位置的状态。
图1OA是，将图8的(c)所示的、焦点距离为18mm时的被摄体距离变化为10000mm、 5000mm、2000mm、1000mm时的聚焦透镜341的透镜变位量描绘的图表。在图中，连接描绘点和描绘点的直线是为了方便而划的直线，当然实际上特性的形状成为曲线形状。
如此得知，被摄 体越接近透镜单元300，透镜变位量就越大。
图1OB示出，聚焦透镜341变位时的、与变位对应的像位置的变化。如该图1OB所示得知，像位置的变化量非常小，能够将像位置的变化量抑制到约I μ m以下。
而且，在此，例如，以主光线的位置来规定像位置。该方法是，在透镜单元300的像差中球面像差量所支配、且彗形像差量小时有效的。因此，在这样的情况下，通过利用该方法，从而能够容易设计透镜。并且，规定聚光区的重心位置是，为了准确规定像位置而有效的。通过利用该方法，即使彗形像差所支配的透镜单元，也能够得到模糊少的卷积图像。接着，利用图1OC说明MTF特性。如图1OC所示得知，即使将聚焦透镜341的变位量从Omm大幅度地变化为O. 55mm, MTF也几乎不会劣化。并且，图1OC的MTF性能示出，501p / mm时的MTF性能，图中的圆形示出，轴上的MTF性能，图中的四角形示出，7成像高的径向(辐射方向)的MTF性能，三角形示出，7成像高的切向(圆周方向)的MTF性能。如图1OB以及图1OC所示得知，透镜单元300，使聚焦透镜341变位时的像位置的变化少，并且，维持良好的MTF性能。如此，透镜单元300，像位置不变化，而且，能够维持良好的MTF。这是因为，入射到聚焦透镜341的光线的位置，使聚焦透镜341变位时变化，由校正透镜组350能够抑制，该光线入射到摄像元件(像面370)的位置变化的变化幅度。也就是说，校正透镜组350具有，将因所述的聚焦透镜341的移动而产生的像位置的变化抑制到最小限度的作用。而且，在所述的图1OA至图1OC的例子中，将焦点距离为18mm的情况作为代表例进行了说明，但是，在焦点距离为84mm的情况下，在焦点距离为5mm的情况下，也同样维持高性能。因此得知，对于变焦倍率超过16倍、视角也超过32度的高性能变焦透镜，在广角端至望远端的广范围内作为F - DOF用的小型变焦透镜也能够实现非常良好的光学特性。以上，详细说 明了 F - D0F，但是，本发明不仅限于此。本发明，由于将聚焦透镜轻量化，因此能够执行高速聚焦。因此可以说，本发明也有效于高速聚焦摄像机。(实施例4)在本发明的实施例4中，说明所述实施例1中说明了的具备透镜单元100的摄像
>J-U ρ α装直。图11是实施例4涉及的摄像装置400的概略结构图。图11示出的摄像装置400是数字静态照相机，具备透镜单元100 ;作为CMOS传感器的摄像元件103 ;镜筒401 ;液晶监视器403 ;以及壳体404。透镜单元100是，实施例1中说明的透镜单元100。图11所示的透镜单元100具备,第一透镜组110、第二透镜组120、光圈102、第三透镜组130、聚焦透镜组140、以及校正透镜组150。而且，以下，将图11示出的X轴的正的方向定义为后面，将X轴的负的方向定义为前面。在壳体404的前面配置有透镜单元100，在透镜单元100的后面配置有摄像元件103。在壳体404的前面配置有液晶监视器403。由透镜单元100的被摄体的光学像被形成在像面170。镜筒401包括，主镜筒405、移动镜筒406、以及圆筒凸轮407。若使圆筒凸轮407旋转，第一透镜组110、第二透镜组120、第三透镜组130、以及聚焦透镜组140，移动到以摄像元件103为基准的规定的位置。据此，能够进行广角端至望远端的变倍。并且，聚焦透镜组140，由作为图3的驱动部190的一个例子的、不图示的聚焦调整用电动机在光轴方向(X轴方向)上移动。校正透镜组150被固定在主镜筒405。
对于聚焦调整用电动机，例如，利用音圈电动机(VCM)等的磁驱动型执行器。通过利用VCM，能够实现可拍摄运动图像的30fpm以上的高速移动。并且，虽然图11中没有记载，但是，优选的是，摄像装置400具备，检测聚焦透镜组140的位置的位置传感器。据此，摄像装置400，能够精密控制聚焦透镜组140的移动幅度、以及移动模式。在此情况下，例如，位置传感器，被安装在镜筒401，利用从镜筒401的某基准点的绝对位置检测聚焦透镜组140的位置。并且，也可以将位置传感器，设置在保持聚焦透镜组140的移动镜筒406，测量对移动镜筒406的特定的基准点的聚焦透镜组140的位置。对于位置传感器，优选的是，使用光学读出规则排列的沟模式的光学式编码器、或者利用了因磁场而电阻变化的磁阻效果的磁阻元件(MR(Magnetc) Resistive)元件)。据此，摄像装置400，能够高精度地测量聚焦透镜组140的位置，因此，能够容易进行聚焦透镜组140的位置控制。也可以按照拍摄场景以及焦点距离，使聚焦透镜组140的最大移动量变化。例如，优选的是，该最大移动量为O. 3mm至O. 5mm左右。若O. 5mm以上移动，卷积图像的S /Ng化，并且，VCM的消耗电力也大幅度增大。因此,优选的是,最大移动量为O. 5mm以下。进而，从S / N以及VCM的消耗电力的观点来看，优选的是，聚焦透镜组140的最大移动量为O. 3mm左右以下。并且，可以说是，聚焦透镜组140轻比较好，优选为O. 4g以下。进而，可以说是，聚焦透镜组140的重量，优选为O. 2g左右。按照摄像元件的大小、光的有效孔径、透镜材料、以及透镜的厚度，能够改变透镜重量。例如，在数字静态照相机的情况下，例如，利用玻璃透镜，将透镜的数量成为一个，适当地将厚度最佳化，从而能够实现。本实施例示出的聚焦透镜的重量被实现为约O. 2g。并且，在4/3用的摄像机中，虽然摄像元件的尺寸也大，但是，即使在此情况下，通过利用例如塑料透镜，从而也能够实现大幅度的轻量化。在仅利用一个聚焦透镜的情况下可以预测为，与利用两个聚焦透镜的情况相比，像差特性以及像位置的变化等的光学特性有几分劣化，但是，通过将聚焦透镜的至少片面成为非球面形状，从而能够改进光学特性。据此，能够以30fpm以上的高速使聚焦透镜变位，实用上有效的。接着，说明使聚焦透镜移动时发生的成像在像面170上的像位置的变化。当然，优选的是，像位置的变化少。特别是，在以焦点距离短的广角端拍摄的情况下，以及在摄体距离近的情况下，像位置大幅度地变化。因此，尤其近距离以及微距摄影的像位置的变化明显，在这样的情况下减少像位置的变化是尤其优选的。并且，在以望远端进行近距离的拍摄的情况下，像位置的变化也是特别明显的。被摄体为无穷远的情况、与近似IOOOmm左右的情况，需要使聚焦透镜大幅度地移动。在本实施例I的透镜单元100中，被摄体为IOOOOmm与IOOOmm的情况，聚焦透镜移动约2. 4mm。而且，在一般的变焦透镜的情况下，会有聚焦透镜移动3. 9_左右的情况。该移动量少意味着，对每个单位长度的聚焦透镜的移动量的被摄体距离的移动量增大。即，可以说，优选的是，聚焦透镜的移动量少。并且，优选的是，像位置的变化量少，可以说，优选的是，摄像元件103中的一个像素以下。若变化一个像素以上，则以肉眼也能够检测图像的偏离，因此不是优选的。
当然，拍摄后，对摄像图像执行利用摄像图像的特征抽取点对图像的偏离进行校正的图像处理，从而在某种程度上能够抑制图像的偏离。但是，也可以说是，若原来的图像的偏离少，则也有利于图像处理。
而且，至少校正透镜组进行校正，以使聚焦透镜组在规定的范围内移动时成像在摄像元件上的像的位置变化少，从而能够实现抑制像位置的变化量这效果。
在此，可以考虑，在透镜设计上，利用主光线的位置、或聚光区的重心位置，以作为像位置。在变焦透镜的情况下，与轴上的聚光区相比，轴外的聚光区更受到彗形像差的影响。因此，对于轴外的聚光区，主光线的位置与聚光区的重心位置偏离的情况多。因此，对于以F — DOF拍摄的图像，与主光线的位置的差相比，聚光区的重心位置的差具有与像位置的变化高的相关性。因此，可以说，优选的是，利用聚光区的重心位置，以作为像位置。
并且，也优选的是，被形成在所使用的摄像元件的像素上的彩色滤光片的每个颜色计算该聚光区的重心位置。即，可以说，更优选的是，以各个颜色的重心位置不变化的方式，设定校正透镜。
例如，在利用RGB的原色滤光片的情况下，以每个RGB的重心位置的变化少的方式，设定校正透镜。在此情况下，也优选的是，各个颜色的重心位置的变化少，优选为一个像素以下。
并且，当然优选的是，不仅是RGB的重心位置的变化量，而与通常的数字静态照相机同样,倍率色差量也少。
如此，对数字静态照相机利用实施例1涉及的透镜单元100，从而能够提供像位置的变化小的、能够以高速且低消耗电力驱动聚焦透镜的、具备FDOF功能的小型的数字静态照相机。
而且，摄像装置400可以利用，实施例2涉及的透镜单元200、或实施例3涉及的透镜单元300、或他们的变形例，以作为透镜单元。
并且，图11所示的摄像装置400的光学系统，可以用于以运动图像为对象的数字摄像机。在此情况下，除了静止画像以外，还能够拍摄分辩率高的运动图像，进一步，能够拍摄景深扩张的运动图像。
并且，由如上所述的实施例1至3涉及的透镜单元、和CMOS或CXD等的摄像元件构成的摄像装置，可以适用于在监视系统的监视相机、Web相机、或车载相机等。
以下，说明具体执行实施例1至3涉及的透镜单元的数值具体例。而且，在各个数值具体例中，表中的长度的单位都是“mm”，视角的单位都是“。”。并且，在各个数值具体例中，r是曲率半径，d是面间隔，nd是对d线的折射率，vd是对d线的阿贝数。并且，在各个数 值具体例中，附上*符号的面为非球面，以以下的(式I)定义非球面形状。
算式I
权利要求
1.一种透镜单元，将物体的光学像成像在摄像元件上，该透镜单元具备聚焦透镜部；驱动部，在曝光期间内，使所述聚焦透镜部在规定的范围内移动，从而使合焦范围变位；以及校正透镜部，将所述聚焦透镜部在所述规定的范围内移动时成像在所述摄像元件上的像的位置变化校正为一个像素以内。
2.如权利要求1所述的透镜单元，成像在所述摄像元件上的像的位置是，聚光区的重心位置。
3.如权利要求2所述的透镜单元，所述聚光区的重心位置是，被形成在所述摄像元件的光检测部的上部的每个彩色滤光片的重心位置。
4.如权利要求1至3的任一项所述的透镜单元，所述校正透镜部包括多个校正透镜。
5.如权利要求1至4的任一项所述的透镜单元，所述校正透镜部是固定透镜。
6.如权利要求1至5的任一项所述的透镜单元，所述聚焦透镜部仅包括一个透镜。
7.如权利要求1至6的任一项所述的透镜单元，所述校正透镜部被配置在所述聚焦透镜部的所述摄像元件侧。
8.如权利要求1至7的任一项所述的透镜单元，所述透镜单元具有变焦功能。
9.如权利要求1至8的任一项所述的透镜单元，所述聚焦透镜部是正的光焦度的透镜部，所述聚焦透镜部具有由塑料树脂构成的正的光焦度的聚焦透镜，所述校正透镜部是正的光焦度的透镜部，所述校正透镜部包括的一个以上的所述透镜中的最接近物体侧的第一校正透镜是由塑料树脂构成的负的光焦度的透镜。
10.如权利要求9所述的透镜单元，所述聚焦透镜是正的弯月透镜。
11.如权利要求9或10所述的透镜单元，所述第一校正透镜是负的弯月透镜。
12.如权利要求1至11的任一项所述的透镜单元，所述驱动部是磁驱动型执行器。
13.一种摄像装置，具备权利要求1至12的任一项所述的透镜单元；以及摄像元件，将由所述透镜单元形成的光学像转换成电图像信号。
全文摘要
本发明涉及的透镜单元(100)是，将物体的光学像成像在摄像元件(103)上的透镜单元(100)，具备包含一个以上的透镜的聚焦透镜组(140)；驱动部(190)，在曝光期间内，使所述聚焦透镜组(140)在规定的范围内移动，从而使合焦范围变位以及，包含一个以上的校正透镜组(150)，将所述聚焦透镜组(140)在所述规定的范围内移动时成像在所述摄像元件(103)上的像的位置变化校正为一个像素以内。
文档编号G03B5/00GK103038689SQ20128000190
公开日2013年4月10日 申请日期2012年5月14日 优先权日2011年5月16日
发明者内田真司, 安木俊介 申请人:松下电器产业株式会社