CN107450145B - 透镜装置和包括透镜装置的图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及透镜装置和包括透镜装置的图像拾取装置。一种包括包含正透镜的光学系统的透镜装置，该透镜装置包括保持构件、外部构件和结合机构，保持构件被布置为保持正透镜，外部构件被布置为容纳保持构件，结合构件被布置为使保持构件和外部构件相互结合。

Description

透镜装置和包括透镜装置的图像拾取装置

技术领域

本公开涉及透镜装置的透镜保持机构以及包括透镜装置的图像拾取装置。

背景技术

数字静态相机中所使用的包括可更换透镜的透镜装置在各种环境下被使用。例如，在透镜装置用在高温环境中的情况下，透镜装置中所包括的透镜的温度可能升高，并且透镜的光学特性可能改变。

日本专利公开No.2012-255911公开了采用如下配置的光学装置：在该配置中，绝热构件被设置在光源和透镜单元之间以使得来自光源的热量不容易传导到透镜镜筒。

在日本专利公开No.2012-255911的光学装置中，与透镜镜筒分离的绝热构件被设置以便减少透镜镜筒的热膨胀。因此，易于出现诸如尺寸和成本增加的问题。此外，在日本专利公开No.2012-255911中，没有考虑特定透镜的温度变化。下面描述的本发明的每个实施例可以单独实现，或者在必要时或当在单个实施例中组合来自各个实施例的要素或特征是有益的时，可以实现为多个实施例或其特征的组合。

发明内容

本公开提供了透镜装置和图像拾取装置，在该透镜装置和图像拾取装置中，环境温度变化时的光学性能变化减小。

本公开的透镜装置包括光学系统，该光学系统包括正透镜Gp，所述透镜装置包括：保持构件，被布置为保持正透镜Gp；以及外部构件，被布置为与保持构件结合并且容纳保持构件，其中，正透镜Gp的材料的折射率的温度系数具有负值，并且假定第一平面是穿过正透镜Gp的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且第一平面垂直于光学系统的光轴，第二平面是穿过正透镜Gp的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且第二平面垂直于光学系统的光轴，则在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离。

此外，本公开的透镜装置包括光学系统，该光学系统包括正透镜Gp，所述透镜装置包括：保持构件，被布置为保持正透镜Gp；以及外部构件，被布置为与保持构件结合并且容纳保持构件。在透镜装置中，当vdp是正透镜Gp的材料的阿贝常数时，满足条件表达式：80.0＜vdp，并且假定第一平面是穿过正透镜Gp的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且第一平面垂直于光学系统的光轴，第二平面是穿过正透镜Gp的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且第二平面垂直于光学系统的光轴，则在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离。

参照附图阅读对示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示了光学系统的保持机构的截面图。

图2是图1所示的截面图的一部分被放大的示图。

图3是例示了透镜装置中的热传递路径的示意图。

图4是第一示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。

图5是第一示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图6是第二示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。

图7是第二示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图8是第三示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。

图9是第三示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图10是第四示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。

图11是第四示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图12是第五示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。

图13是第五示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图14是图像拾取装置的基本部分的示意图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来详细描述本公开的透镜装置和包括透镜装置的图像拾取装置的实施例。本示例性实施例的透镜装置包括光学系统、保持构件和外部构件，保持构件保持光学系统，外部构件保护保持构件不受外部影响等并且将保持构件容纳在其中。光学系统由保持构件和包括外部构件的保持机构保持。外部构件与保持构件结合。为了减小由特定透镜的温度变化引起的光学系统的光学性能变化，在特定透镜被保持的区域中在外部构件和保持构件之间提供空气间隙。

图1是透镜装置100的截面图，透镜装置100包括图像拾取光学系统和保持构件，图像拾取光学系统包括多个透镜，保持机构保持图像拾取光学系统。第一透镜单元L1至第七透镜单元L7被包括在图像拾取光学系统中，并且每个透镜单元由稍后描述的用作保持构件的透镜保持镜筒保持。

透镜装置100可以被安装在相机主体(未示出)上，并且透镜装置100通过底座1安装在相机主体上。底座1被装配到第一外镜筒2，第一外镜筒2被径向地装配到内部固定镜筒3。内部固定镜筒3用于固定第一透镜保持镜筒10、第二透镜保持镜筒11和第三透镜保持镜筒12。第一透镜保持镜筒10保持第五透镜单元L5，第二透镜保持镜筒11保持第六透镜单元L6，第三透镜保持镜筒12保持第七透镜单元L7。

中间镜筒4被设置在内部固定镜筒3和连接镜筒5之间，并且被径向地装配到内部固定镜筒3和连接镜筒5中的每一个。连接镜筒5被拧到第四透镜保持镜筒6上并且与第四透镜保持镜筒6结合。稍后将详细描述使连接镜筒5和第四透镜保持镜筒6结合的机构。第二外镜筒8和第三外镜筒7是容纳第四透镜保持镜筒6的构件，并且第二外镜筒8被拧到第四透镜保持镜筒6上并且与第四透镜保持镜筒6结合。第三外镜筒7和第四透镜保持镜筒6通过连接镜筒5相互结合。注意，在图1所示的透镜装置中，虽然第二外镜筒8和第三外镜筒7是分离的构件，但是第二外镜筒8和第三外镜筒7可以以一体的形式形成为单个外镜筒。

第三外镜筒7用作聚焦环，并且第三外镜筒7被用连接机构(未示出)连接到聚焦致动器16。当用作第三外镜筒7的聚焦环进行旋转操作时，聚焦致动器16被驱动。

第四透镜保持镜筒6保持第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3。构成第一透镜单元L1的透镜G1以及在第二透镜单元L2中包括的正透镜Gp、负透镜Gn和正透镜Gp2由第四透镜保持镜筒6保持。

第五透镜保持镜筒9保持用作聚焦单元的第四透镜单元L4，并且由凸轮镜筒14和引导镜筒15保持。当凸轮镜筒14旋转时，第五透镜保持镜筒9在光轴方向上沿着设在凸轮镜筒14中的凸轮凹槽的形状被驱动。调整图像拾取光学系统的光量的孔径单元13由连接镜筒5保持。

图2是图1所示的截面图的放大视图。参照图2，将描述连接镜筒5、第四透镜保持镜筒6和第三外镜筒7的结合机构、第四透镜保持镜筒6和第二外镜筒8的结合机构。连接镜筒5包括外嵌合部5a、内嵌合部5b、内螺纹5c以及邻接部5d。第四透镜保持镜筒6包括外螺纹6a、外嵌合部6b、邻接部6c、外螺纹6d、外嵌合部6e以及邻接部6f，其中外螺纹6a被拧到第二外镜筒8中并且与第二外镜筒8结合，外螺纹6d被拧到连接镜筒5中并且连接到连接镜筒5。第三外镜筒7包括内嵌合部7a。

第二外镜筒8包括内螺纹8a、内嵌合部8b以及邻接部8c，其中内螺纹8a用于拧到第四透镜保持镜筒6中并且与第四透镜保持镜筒6结合。连接镜筒5和第四透镜保持镜筒6之间的位置关系通过使内嵌合部5b和外嵌合部6a相互嵌合、使外螺纹6d和内螺纹5c相互拧紧并结合、并且使邻接部6f和邻接部5d相互接触而被限定。通过使外嵌合部5a和内嵌合部7a相互嵌合，连接镜筒5和第三外镜筒7相互嵌合。此外，保护用作第三外镜筒7的聚焦环的橡胶构件17附连在聚焦环的表面上。注意，橡胶构件17不是必要的，并且橡胶构件17可以不附连在第三外镜筒7的表面上。

第四透镜保持镜筒6和第二外镜筒8之间的位置关系通过使内嵌合部8b和外嵌合部6b相互嵌合、使外螺纹6a和内螺纹8a相互拧紧并结合、并且使邻接部6c和邻接部8c相互接触而被限定。

第四透镜保持镜筒6在接触区域A、接触区域B和接触区域C中与外镜筒8或第三外镜筒7接触。在接触区域A中，如上所述，内嵌合部8b和外嵌合部6b相互嵌合，并且邻接部6c和邻接部8c相互紧靠。在接触区域B中，第四透镜保持镜筒6和第三外镜筒7通过连接镜筒5相互接触。在接触区域C中，外螺纹6a和内螺纹8a相互拧紧并结合。

在本说明书中，“接触”不仅指两个构件相互紧靠的情况，而且还指两个构件通过另一个构件相互结合的情况。在两个构件被设置为在它们之间有空气间隙地分离的情况下，这两个构件被视为不是相互接触。在两个构件相互接触的情况下，便于从一个构件到另一个构件的热传导。两个构件之间的热传导可以通过在这两个构件之间提供空气间隙来大大地减小。

接下来将描述由温度变化引起的透镜的光学特性变化。假定n是折射率、T是温度，则折射率的温度系数τ用τ＝dn/dT表达。在本示例性实施例中，将描述基于温度为25度时的折射率的温度系数τ。

透镜中所使用的许多材料具有温度系数τ的正值。换句话说，随着温度变得越高，折射率变得越高。然而，具有低分散度(dispersion)的一些材料已知具有温度系数τ的负值。换句话说，随着温度变得越高，折射率变得越低。此外，在温度系数τ为负的材料中，典型地，温度系数的绝对值大，使得温度变化时的折射率的变化量大。在设置有多个透镜的光学系统中，需要以综合的方式考虑透镜的光学特性相对于温度变化的变化。

例如，在超摄远(super-telephoto)透镜的情况下，为了有利地校正色差，典型地，由具有低分散度的材料形成的正透镜和由具有高分散度的材料形成的负透镜被设置在具有正折射率的透镜单元中。在这种情况下，温度系数τ为负的材料被用作正透镜的材料，温度系数τ为正的材料被用作负透镜的材料。

典型地，在温度系数τ为正的材料被用作正透镜和负透镜的材料的情况下，正透镜产生的球面像差和负透镜产生的球面像差相互抵消。然而，当温度系数τ为负的材料被用作正透镜的材料时，当温度变化时在正透镜中产生的球面像差的量和在负透镜中产生的球面像差的量被加在一起，并且容易产生大的球面像差。

因此，本示例性实施例的透镜装置被配置为使得由具有低分散度的、温度系数τ为负的材料形成的正透镜Gp的温度变化减小。参照图3，将描述减小正透镜Gp的温度变化的配置。稍后将描述使用具有低分散度的材料作为正透镜Gp的材料的光学原因。

图3是例示了使透镜保持镜筒和外镜筒相互结合的机构的放大视图。图3中的区域V是在光轴方向上其中设置有第一透镜单元L1的区域。区域W是在光轴方向上第一透镜单元L1和接触区域A之间的区域，并且区域X是在光轴方向上第二透镜单元L2的最靠近物体的透镜表面和接触区域A之间的区域。区域Y是在光轴方向上其中设置有第二透镜单元L2的区域。区域Z是在光轴方向上第二透镜单元L2的最靠近图像的透镜表面和接触区域B之间的区域。

具体地说，区域W是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在第一透镜单元L1的最靠近图像的透镜表面上的点的平面，以及垂直于光轴并且穿过接触区域A中的接触点之中的位于最靠近图像的点的平面。区域X是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过接触区域A的接触点之中的位于最靠近图像的点的平面，以及垂直于光轴并且穿过正透镜Gp的物体侧透镜表面和光轴之间的交点P的平面。

区域Y是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近物体并且在第二透镜单元L2的最靠近物体的透镜表面上的点的平面，以及垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在第二透镜单元L2的最靠近图像的透镜表面上的点的平面。区域Z是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在第二透镜单元L2的最靠近图像的透镜表面上的点的平面，以及垂直于光轴并且穿过接触区域B中的接触点之中的位于最靠近物体的点的平面。

区域Y1是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近物体并且在正透镜Gp的物体侧透镜表面上的点的平面(第一平面)，以及垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在正透镜Gp的图像侧透镜表面上的点的平面(第二平面)。区域Y2是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近物体并且在负透镜Gn的物体侧透镜表面上的点的平面(第三平面)，以及垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在负透镜Gn的图像侧透镜表面上的点的平面(第四平面)。区域Y3是在光轴方向上在以下两个平面之间的区域，即，垂直于光轴并且穿过位于最靠近物体并且在正透镜Gp2的物体侧透镜表面上的点的平面(第五平面)，以及垂直于光轴并且穿过位于最靠近图像并且在正透镜Gp2的图像侧透镜表面上的点的平面(第六平面)。在透镜表面为突出的情况下，该透镜表面上的最靠近物体或位于最靠近图像的点是透镜表面和图像拾取光学系统的光轴之间的交点。在透镜表面为凹陷的情况下，该透镜表面上的最靠近物体或位于最靠近图像的点是该透镜表面上的位于离图像拾取光学系统的光轴最远的点。

在本示例性实施例的透镜装置中，透镜保持镜筒和外镜筒在它们之间有空气间隙的情况下被设置在区域Y1中，区域Y1是设置正透镜Gp的区域。通过上述，可以有效地减小正透镜Gp的温度变化，并且结果，可以使温度变化时整个光学系统的光学特性变化减小。具体地说，可以使温度变化时所产生的球面像差量有效地减小。

虽然为了实现透镜装置的尺寸缩小，希望的是将透镜保持镜筒和外镜筒设置为在它们之间没有任何空气间隙，但是在本示例性实施例中，为减小正透镜Gp的温度变化给予优先级，以使得在透镜保持镜筒和外镜筒之间提供空气间隙。考虑透镜装置在径向方向上的尺寸和传导到正透镜Gp的热量值来设置空气间隙的尺寸。具体地说，假定正透镜Gp的物体侧透镜表面的有效直径是EDp，则第一平面和第二平面之间的区域中的、透镜保持镜筒和外镜筒之间的空气间隙的最大值小于0.2×EDp。通过上述，可以在避免透镜装置在径向方向上的尺寸增大的同时有效地减少传导到正透镜Gp的热量值。

此外，为了有利地校正色差，与正透镜Gp相邻地设置的负透镜Gn的材料典型地为具有低分散度的材料。在这种情况下，如上所述，当温度变化时在正透镜中产生的球面像差量和在负透镜中产生的球面像差量被加在一起；因此，容易产生球面像差。因此，希望的是，在区域Y2中透镜保持镜筒和外镜筒也被设置为在它们之间有空气间隙，区域Y2是设置负透镜Gn的区域。假定负透镜Gn的物体侧透镜表面的有效直径是EDn，则第一平面和第四平面之间的区域中的、透镜保持镜筒和外镜筒之间的空气间隙的最大值小于0.2×EDn。通过上述，可以在避免透镜装置在径向方向上的尺寸增大的同时有效地减少传导到负透镜Gn的热量值。

另外，为了有利地校正色差，希望的是，由具有低分散度的材料形成的正透镜Gp2被设置为与负透镜Gn相邻并且在负透镜Gn的图像侧。因为具有低分散度的材料包括温度系数τ为负的材料，所以希望的是，在区域Y3中透镜保持镜筒和外镜筒也被设置为在它们之间有空气间隙，区域Y3是设置正透镜Gp2的区域。假定正透镜Gp2的物体侧透镜表面的有效直径是EDp2，则第一平面和第六平面之间的区域中的、透镜保持镜筒和外镜筒之间的空气间隙的最大值小于0.2×EDp2。通过上述，可以在避免透镜装置在径向方向上的尺寸增大的同时有效地减少传导到正透镜Gp2的热量值。

注意，希望的是，在光轴方向上第一接触区域和第一平面之间的距离大于在光轴方向上第二接触区域和第二平面之间的距离。注意，第一接触区域是指相对于正透镜Gp位于物体侧的接触区域A和C，第二接触区域是指相对于正透镜Gp位于图像侧的接触区域B。因为设置在物体侧的透镜的有效直径更大，所以透镜容易接收透镜装置100外部的热量。因此，可以通过增大在光轴方向上第一接触区域和第一平面之间的距离来有效地减少传导到正透镜Gp的热量值。

图3示意性地例示了当从该图中的上部接收太阳光时在透镜装置100中产生的照射热量的传输路径。透镜装置中所包括的透镜保持镜筒和外镜筒典型地由强度高且重量轻的金属材料(诸如镁合金)形成；因此，透镜保持镜筒和外镜筒容易接收透镜装置外部的热量，诸如太阳光。照射热量D主要被划分为被外镜筒反射的分量、辐射到大气的分量、被外镜筒吸收的分量以及通过接触区域A、接触区域B和接触区域C流到透镜镜筒内部的分量。在以上分量之中，流到透镜镜筒内部的分量大大地促进透镜的温度升高。换句话说，通过使透镜保持镜筒和外镜筒的接触区域远离正透镜Gp，可以有效地减小正透镜Gp的温度变化。

将描述接触区域A中的照射热量的传输路径。如图中箭头A1和A2所示，通过接触区域A传导到透镜保持镜筒的热量朝向物体侧和图像侧传导。虽然在区域X中使光在外部扩散，但是传导通过路径A2的热量被传导到正透镜Gp。

在接触区域B中，第四透镜保持镜筒6通过连接镜筒5而与第三外镜筒7接触。如图中箭头B1、B2和B3所示，通过接触区域B传导到第四透镜保持镜筒6和连接镜筒5的热量朝向物体侧和图像侧传导。传导到连接镜筒5的热量通过路径B3，并且朝向图像侧传导。传导到第四透镜保持镜筒6的热量通过路径B1和B2，并且朝向物体侧和图像侧传导。虽然在区域Y2和Z中使光在外部扩散，但是传导通过路径B1的热量被传导到正透镜Gp。如图中箭头C1和C2所示，通过接触区域C传导到第四透镜保持镜筒6的热量朝向物体侧和图像侧传导。然而，因为接触区域C远离正透镜Gp，所以通过路径C2并传导到正透镜Gp的热量的热量值变得相对较小。

接下来，将描述每个示例性实施例的透镜装置100中所包括的图像拾取光学系统的配置。每个示例性实施例的图像拾取光学系统包括透镜G1和正透镜Gp，透镜G1被设置为最靠近物体，正透镜Gp被设置在相对于透镜G1的图像侧并且由具有低分散度的材料形成。此外，负透镜Gn被设置为与正透镜Gp相邻并且在正透镜Gp的图像侧，正透镜Gp2被设置为与负透镜Gn相邻并且在负透镜Gn的图像侧。另外，在聚焦期间移动的聚焦单元被设置在正透镜Gp2的图像侧。本示例性实施例的图像拾取光学系统是所谓的摄远光学系统，在该摄远光学系统中，沿着光轴从透镜的被设置为最靠近物体的透镜表面到图像平面的距离短于整个系统的焦距。

图4是第一示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。图5是第一示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。图6是第二示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。图7是第二示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。图8是第三示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。图9是第三示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。图10是第四示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。图11是第四示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。图12是第五示例性实施例的光学系统的透镜的截面图。图13是第五示例性实施例的光学系统聚焦到无限远处时的像差图。

图14是例示了包括示例性实施例之一的光学系统的图像拾取装置的基本部分的示意图。每个示例性实施例的光学系统是被用在诸如摄像机、数字相机、卤化银胶片相机和电视摄像机之类的图像拾取装置中的成像透镜系统。在透镜的截面图中，左侧是物体侧(前侧)，右侧是图像侧(后侧)。

在每个示例性实施例中，IP表示图像平面，并且在光学系统被用作摄像机或数字相机的图像拾取光学系统的情况下，图像平面IP对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电换能器)。在示例性实施例之一的光学系统被用作卤化银胶片相机的图像拾取光学系统的情况下，图像平面IP对应于胶片的表面。附图标记SP表示孔径光阑。

在球面像差图中，Fno表示F数并且描绘关于d线(波长为587.6nm)和关于g线(波长为435.8nm)的球面像差。在像散图中，ΔS描绘弧矢图像平面中的像散量，ΔM描绘子午图像平面中的像散量。畸变像差图各自描绘d线。色差图各自描绘关于g线的色差。附图标记ω是指成像半场角。

在每个示例性实施例的透镜装置中，关注于具有大有效直径的透镜容易受温度变化影响的事实，适当地设置透镜G1和正透镜Gp的材料以及保持图像拾取光学系统的保持机构的构造。具体地说，正透镜Gp的保持构件和容纳该保持构件的外部构件被设置为在它们之间具有空气间隙以使得外部热量不容易传导到正透镜Gp。

此外，假定每个示例性实施例的透镜装置包括摄远图像拾取光学系统；因此，重要的是减小由温度变化引起的图像拾取光学系统的光学特性变化，并且减小图像拾取光学系统的色差。

注意，在光学系统中阿贝常数vd和部分分散比θgF已知是与色差的校正相关的参数。假定Ng、NF、NC和Nd分别是相对于g线(波长为435.8nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)和d线(587.6nm)的材料的折射率，那么阿贝常数vd和部分分散比θgF各自被如下表达。

vd＝(Nd-1)/(NF-NC)

θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)

在整体具有正折光力的光学系统中，可以通过使用具有大阿贝常数的材料(具有低分散度的材料)作为正透镜的材料来减小所产生的一次色差(primary chromaticaberration)的量。在示例性实施例中，通过设置由具有低分散度的材料形成的正透镜Gp，来有效地减小一次色差。

接下来将描述透镜中所用材料的异常分散度。

在以下条件成立的情况下：

ΔθgF＝θgF-(0.6438-0.001682×vd)...(A)

在许多材料中，方程(A)的数值是接近零的值。随着方程(A)的数值变得越远离零，材料的异常分散度变得越高。

在整体具有正折光力的光学系统中，可以通过使用其中方程(A)的值大的材料作为正透镜的材料来减小色差的二次谱。

如上所述，通过将由其中方程(A)的值大并且具有低分散度的材料形成的正透镜设置在物体附近，可以有效地减小一次色差和二次谱。以上是因为在被设置在物体侧的透镜中，有效直径大，并且离轴射线和轴上射线的入射高度大。

一般来说，其中方程(A)的值大并且具有低分散度的材料的温度系数具有负值，并且如上所述，在图像拾取光学系统中，容易产生大的球面像差。因此，在示例性实施例中，正透镜Gp的保持机构被适当地配置为使得由具有低分散度的材料形成的正透镜Gp的温度变化减小。

假定vdp是正透镜Gp的材料的阿贝常数，则每个示例性实施例的透镜装置满足以下条件表达式(1)。

80.0＜vdp...(1)

通过适当地设定正透镜Gp的材料使得满足条件表达式(1)，可以有效地减小一次色差。不希望的是使用低于条件表达式(1)的下限的材料作为正透镜Gp的材料，因为将难以有效地减小一次色差。

注意，在每个示例性实施例中，优选地，如下设置条件表达式(1)的数值范围：

85.0＜vdp...(1a)

此外，更优选地，如下设置条件表达式(1)的数值范围：

90.0＜vdp...(1b)

此外，更优选地，每个示例性实施例满足以下条件表达式中的一个或多个:

-2.0×10^-5＜τp＜0...(2)

0.15＜fp/f＜0.60...(3)

其中，τp是正透镜Gp的材料的温度系数，f是整个光学系统的焦距，fp是正透镜Gp的焦距。

条件表达式(2)是限定正透镜Gp的材料的温度系数τp的条件表达式。条件表达式(2)指示温度系数τp具有负值。当低于条件表达式(2)的下限时，正透镜Gp的材料的温度系数的绝对值变得过大，并且在温度变化时正透镜Gp的折射率的变化量变大。这是不希望的，因为作为以上的结果，产生大的球面像差，并且将难以减小整个光学系统的球面像差。

条件表达式(3)是限定正透镜Gp的焦距fp和整个光学系统的焦距f之比的条件表达式。当透镜Gp的焦距fp变短而低于条件表达式(3)的下限时，正透镜Gp的折光力变得太强。这是不希望的，因为作为以上的结果，在温度变化时正透镜Gp的光学特性变化变大，并且光学系统整体在温度变化时球面像差的变化量变大。当正透镜Gp的焦距fp变长而超过条件表达式(3)的上限时，正透镜Gp的折光力变得太弱。这是不希望的，因为作为以上的结果，校正一次色差的正透镜和负透镜之间的平衡被打乱，并且将难以减小光学系统整体的一次色差。

注意，条件表达式(2)和(3)中的每个的数值范围优选地按以下方式设置：

-1.5×10^-5＜τp＜0...(2a)

0.20＜fp/f＜0.55...(3a)

条件表达式(2)和(3)中的每个的数值的范围更优选地按以下方式设置：

-1.2×10^-5＜τp＜0...(2b)

0.25＜fp/f＜0.50...(3b)

此外，当光学系统整体的色差的校正被纳入考虑时，希望的是，负透镜Gn被设置在正透镜Gp附近。通过用正透镜Gp和负透镜Gn以良好平衡的方式对色差进行校正，可以使光学系统整体的色差减小。注意，从色差校正的角度来讲，希望的是，负透镜Gn被设置在与正透镜Gp相邻的位置处。

更优选地，每个示例性实施例满足以下条件表达式中的一个或多个：

0＜τn＜1.0×10^-6...(4)

20.0＜vdn＜45.0...(5)

0.07＜-fn/f＜0.30...(6)

其中，τn是负透镜Gn的材料的温度系数，vdn是阿贝常数，fn是负透镜Gn的焦距。

条件表达式(4)是限定负透镜Gn的材料的温度系数τn的条件表达式。条件表达式(4)指示温度系数τn具有正值。通过使用温度系数的绝对值小的材料作为负透镜Gn的材料，可以使在温度变化时负透镜Gn的折射率的变化量减小。不希望的是使用超过条件表达式(4)的上限的材料作为负透镜Gn的材料，因为温度变化时负透镜Gn的折射率的变化量变大，并且将难以减小光学系统整体的球面像差。

条件表达式(5)是限定负透镜Gn的材料的阿贝常数vdn的条件表达式。通过适当地设置负透镜Gn的材料以使得满足条件表达式(5)，可以有效地校正一次色差。不希望的是使用低于条件表达式(5)的下限的材料作为负透镜Gn的材料，因为一次色差将被过度校正。不希望的是使用超过条件表达式(5)的上限的材料作为负透镜Gn的材料，因为将难以充分地校正一次色差。

条件表达式(6)是限定负透镜Gn的焦距fn和整个光学系统的焦距f之比的条件表达式。当透镜Gn的焦距fn变短而低于条件表达式(6)的下限时，负透镜Gn的折光力变得太强。这是不希望的，因为作为以上的结果，温度变化时负透镜Gn的光学特性变化变大，并且在温度变化时光学系统整体的球面像差的变化量变大。当负透镜Gn的焦距fn变长而超过条件表达式(6)的上限时，负透镜Gn的折光力变得太弱。这是不希望的，因为作为以上的结果，校正一次色差的正透镜和负透镜之间的平衡被打乱，并且将难以减小光学系统整体的一次色差。

注意，条件表达式(4)至(6)中的每个的数值范围优选地按以下方式设置：

0＜τn＜0.9×10^-6...(4a)

22.0＜vdn＜46.0...(5a)

0.08＜-fn/f＜0.25...(6a)

条件表达式(4)至(6)中的每个的数值范围更优选地按以下方式设置：

0＜τn＜0.8×10^-6...(4b)

24.0＜vdn＜28.0...(5b)

0.10＜-fn/f＜0.22...(6b)

另外，假定τp2是与被设置为与负透镜Gn相邻并且在负透镜Gn的图像侧的正透镜Gp2的材料的折射率相关的温度系数，则希望满足以下条件表达式。

-2.0×10^-5＜τp2＜0...(7)

条件表达式(7)是限定正透镜Gp2的材料的温度系数τp2的条件表达式。条件表达式(7)指示温度系数τp2具有负值。当低于条件表达式(7)的下限时，正透镜Gp2的材料的温度系数的绝对值变得过大，并且在温度变化时正透镜Gp2的折射率的变化量变大。这是不希望的，因为作为以上的结果，产生大的球面像差，并且将难以减小整个光学系统的球面像差。

注意，条件表达式(7)的数值范围优选地按以下方式设置：

-1.5×10^-5＜τp2＜0...(7a)

条件表达式(7)的数值范围更优选地按以下方式设置：

-1.2×10^-5＜τp2＜0...(7b)

此外，优选满足以下条件表达式：

-1.0×10^-6＜τ1＜1.0×10^-6...(8)

0.30＜|f1/f|＜1.00...(9)

0.17＜D1p/LD＜0.50...(10)

其中，τ1是被设置为最靠近物体的透镜G1的材料的温度系数，f1是透镜G1的焦距，D1p是沿着光轴在透镜G1和正透镜Gp之间的距离，LD是沿着光轴从光学系统的最靠近物体的透镜表面到图像平面的距离。

条件表达式(8)是限定透镜G1的材料的温度系数τ1的条件表达式。透镜G1是光学系统中被设置为最靠近物体的透镜，并且透镜G1的有效直径容易变大。因此，透镜G1容易接收透镜装置外部的热量，并且透镜G1的温度大大地变化。通过使用温度系数的绝对值小的材料作为透镜G1的材料，可以减小透镜G1的温度变化，并且可以使光学特性变化小。不希望的是使用超过条件表达式(8)的上限的材料和低于条件表达式(8)的下限的材料作为透镜G1的材料，因为透镜G1的温度变化变大，并且将难以减小光学系统整体的球面像差。

条件表达式(9)是限定透镜G1的焦距f1和整个光学系统的焦距f之比的条件表达式。当透镜G1的焦距f1变短而低于条件表达式(9)的下限时，透镜G1的折光力变得太强。这是不希望的，因为作为以上的结果，在温度变化时透镜G1的光学特性变化变大，并且在温度变化时光学系统整体的球面像差的变化量变大。当透镜G1的焦距f1变长而超过条件表达式(9)的上限时，透镜G1的折光力变得太弱。这是不希望的，因为作为以上的结果，校正一次色差的正透镜和负透镜之间的平衡被打乱，并且将难以减小整体光学系统的一次色差。

条件表达式(10)是限定沿着光轴从透镜G1到正透镜Gp的距离D1p和沿着光轴从光学系统的最靠近物体的透镜表面到图像平面的距离LD之比的条件表达式。当距离D1p变短而低于条件表达式(10)的下限时，正透镜Gp的有效直径变大，并且正透镜Gp的保持构件和外部构件之间的距离变小。这是不希望的，因为作为以上的结果，加到正透镜Gp的热量值变大，正透镜Gp的温度变化变大，并且正透镜Gp的光学特性的变化量变大。当距离D1p变长而超过条件表达式(10)的上限时，进入正透镜Gp的轴上射线的高度变低。这是不希望的，因为作为以上的结果，校正一次色差的正透镜和负透镜之间的平衡被打乱，并且将难以减小光学系统整体的一次色差。

注意，条件表达式(8)至(10)中的每个的数值范围优选地按以下方式设置：

-0.9×10^-6＜τ1＜0.9×10^-6...(8a)

0.40＜|f1/f|＜0.90...(9a)

0.20＜D1p/LD＜0.45...(10a)

条件表达式(8)至(10)中的每个的数值范围更优选地按以下方式设置：

-0.8×10^-6＜τ1＜0.8×10^-6...(8b)

0.45＜|f1/f|＜0.88...(9b)

0.22＜D1p/LD＜0.40...(10b)

接下来将阐述分别与本公开的第一示例性实施例至第五示例性实施例相对应的第一数值实施例至第五数值实施例。在每个数值实施例中，i表示从物体侧起的光学表面的次序，使得ri表示第i光学表面(第i表面)的曲率半径，di表示第i表面和第i+1表面之间的距离，ndi和vdi表示对于d线关于第i光学构件的材料的折射率和阿贝常数。

在每个数值实施例中，后焦距(BF)指示从光学系统的最靠近像的表面到图像平面的按空气换算长度的距离。此外，在表中示出了数值实施例和上述条件表达式之间的对应关系。在表中，ΔθgFi表示θgFi-(0.6438-0.001682×vdi)的数值。

第一数值实施例

单个透镜的数据

第二数值实施例

单个透镜的数据

第三数值实施例

单个透镜的数据

第四数值实施例

单个透镜的数据

第五数值实施例

单个透镜的数据

表

参照图14，接下来将描述使用本公开的光学系统作为图像拾取光学系统的数字静态相机(图像拾取装置)的示例性实施例。在图14中，附图标记10是相机主体，附图标记11是由第一示例性实施例至第五示例性实施例中所描述的光学系统中的任一个构成的图像拾取光学系统。附图标记12是固态图像拾取元件(光电换能器)，诸如CCD传感器或CMOS传感器，其被内置在相机主体内部，并且照片接收图像拾取光学系统11形成的被摄体图像。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。

Claims (17)

1.一种包括光学系统的透镜装置，所述光学系统包括透镜G1、正透镜Gp和负透镜Gn，透镜G1被设置为最靠近该光学系统的物体侧，正透镜Gp被设置在透镜G1的图像侧，负透镜Gn被设置为与正透镜Gp相邻并在正透镜Gp的图像侧，所述透镜装置包括：

保持构件，被布置为保持正透镜Gp和负透镜Gn；以及

外部构件，被布置为与保持构件结合并且容纳保持构件，

其中，在被设置在透镜G1的图像侧的由具有折射率的负温度系数的材料制成的每个透镜当中，正透镜Gp被布置为最靠近物体侧，

其中，在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第一平面是穿过正透镜Gp的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第二平面是穿过正透镜Gp的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，

其中，在第三平面和第四平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第三平面是穿过负透镜Gn的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第四平面是穿过负透镜Gn的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，并且

其中，保持构件和外部构件在透镜G1和正透镜Gp之间的第一接触区域中相互接触。

2.一种包括光学系统的透镜装置，所述光学系统包括透镜G1、正透镜Gp和负透镜Gn，透镜G1被设置为最靠近该光学系统的物体侧，正透镜Gp被设置在透镜G1的图像侧，负透镜Gn被设置为与正透镜Gp相邻并在正透镜Gp的图像侧，所述透镜装置包括：

保持构件，被布置为保持正透镜Gp和负透镜Gn；以及

外部构件，被布置为与保持构件结合并且容纳保持构件，

其中，在被设置在透镜G1的图像侧的由具有大于80.0的阿贝数的材料制成的每个透镜当中，正透镜Gp被布置为最靠近物体侧，

其中，在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第一平面是穿过正透镜Gp的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第二平面是穿过正透镜Gp的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，

其中，在第三平面和第四平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第三平面是穿过负透镜Gn的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第四平面是穿过负透镜Gn的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，并且

其中，保持构件和外部构件在透镜G1和正透镜Gp之间的第一接触区域中相互接触。

3.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，当fp是正透镜Gp的焦距并且f是光学系统的焦距时，满足以下条件表达式：

0.15<fp/f<0.60。

4.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件之间的空气间隙的最大宽度小于0.2×EDp，其中，EDp是正透镜Gp的在物体侧的透镜表面的有效直径。

5.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，负透镜Gn的材料的折射率的温度系数为正值。

6.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，在第一平面和第四平面之间的区域中，保持构件和外部构件之间的空气间隙的最大宽度小于0.2×EDn，其中，EDn是负透镜Gn的在物体侧的透镜表面的有效直径。

7.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，当νdn是负透镜Gn的材料的阿贝常数时，满足以下条件表达式：

20.0<νdn<45.0。

8.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，当fn是负透镜Gn的焦距并且f是光学系统的焦距时，满足以下条件表达式：

0.07<-fn/f<0.30。

9.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，另一正透镜Gp2被设置在正透镜Gp的图像侧，并且所述另一正透镜Gp2的材料的折射率的温度系数为负值。

10.根据权利要求9所述的透镜装置，

其中，所述保持构件被布置为保持所述另一正透镜Gp2，并且

其中，在第五平面和第六平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第五平面是穿过正透镜Gp2的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第六平面是穿过正透镜Gp2的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴。

11.根据权利要求10所述的透镜装置，

其中，在第一平面和第六平面之间的区域中，保持构件和外部构件之间的空气间隙的最大宽度小于0.2×EDp2，其中，EDp2是所述另一正透镜Gp2的在所述另一正透镜Gp2的物体侧的透镜表面的有效直径。

12.根据权利要求1或2所述的透镜装置，

其中，当τ1是与透镜G1的材料的折射率相关的温度系数时，满足以下条件表达式：

-1.0×10^-6<τ1<1.0×10^-6。

13.根据权利要求12所述的透镜装置，

其中，当f1是透镜G1的焦距并且f是光学系统的焦距时，满足以下条件表达式：

0.30<|f1/f|<1.00。

14.根据权利要求12所述的透镜装置，

其中，当D1p是在透镜G1和正透镜Gp之间沿着光轴的距离并且LD是从光学系统的最靠近物体的透镜表面到图像平面的沿着光轴的距离时，满足以下条件表达式：

0.17<D1p/LD<0.50。

15.根据权利要求1所述的透镜装置，

其中，保持构件和外部构件在相对于第二平面的图像侧的第二接触区域中相互接触。

16.根据权利要求15所述的透镜装置，

其中，在光轴方向上第一接触区域和第一平面之间的距离大于在光轴方向上第二接触区域和第二平面之间的距离。

17.一种图像拾取装置，其特征在于，包括：

透镜装置；以及

图像拾取元件，

其中，所述透镜装置包括：

光学系统，包括透镜G1、正透镜Gp和负透镜Gn，透镜G1被设置为最靠近该光学系统的物体侧，正透镜Gp被设置在透镜G1的图像侧，负透镜Gn被设置为与正透镜Gp相邻并在正透镜Gp的图像侧；

保持构件，被布置为保持正透镜Gp和负透镜Gn；以及

外部构件，被布置为与保持构件结合并且容纳保持构件，

其中，在被设置在透镜G1的图像侧的由具有折射率的负温度系数的材料制成的每个透镜当中，正透镜Gp被布置为最靠近物体侧，

其中，在第一平面和第二平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第一平面是穿过正透镜Gp的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第二平面是穿过正透镜Gp的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，

其中，在第三平面和第四平面之间的区域中，保持构件和外部构件被设置为通过在它们之间有空气间隙而相互分离，第三平面是穿过负透镜Gn的物体侧表面上的位于最靠近物体的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，第四平面是穿过负透镜Gn的图像侧表面上的位于最靠近图像的点的平面并且垂直于光学系统的光轴，并且

其中，保持构件和外部构件在透镜G1和正透镜Gp之间的第一接触区域中相互接触。

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