[发明专利]具有弯折光学元件的成像光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有弯折光学元件的成像光学系统。

背景技术

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

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

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

发明内容

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

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

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