专利名称：光学系统和具有该光学系统的光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统和具有该光学系统的光学设备，并且更特别地涉及能够被应用于例如静物照相机、视频照相机、投影仪、用于广播的TV照相机、监视照相机等的光学系统以及具有该光学系统的光学设备。
背景技术：
近来，在用于图像拾取设备(诸如视频照相机)的照相光学系统和用于图像投影设备(诸如投影仪)的投影光学系统中，随着像素的数量增大(实现大量的像素)，或者随着像素的密度增大(实现高密度的像素)，需要对应的具有高质量的图像和高性能的光学系统。
为了应付大量的像素和高密度的像素，重要的是在光学系统的各种像差之中特别地使得能够较好地校正倍率色差。日本专利申请公开No. 2004-020765讨论了，总共包括五个透镜单元(其中具有负折光力的透镜单元被布置在最接近物侧处)的负先导(lead)型变焦透镜作为用于投影仪的光学系统。该变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、被移动以用于改变倍率和用于校正由倍率变化所引起的像平面的变化的具有正折光力的第二到第四透镜单元以及在倍率变化期间不动的具有正折光力的第五透镜单元。在该变焦透镜中，为了允许在整个变焦范围之上较好地校正倍率色差，具有相对高的部分色散比的玻璃材料 被用于第一透镜单元的负透镜。日本专利申请公开No. 2002-131640讨论了，应付大量像素和高密度像素的正先导型的变焦透镜作为用于图像拾取设备的光学系统，该变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元以及具有正折光力的第三透镜单元。在该变焦透镜中，为了允许在整个范围之上校正倍率色差，具有相对高的部分色散比的玻璃材料被用于第二透镜单元的负透镜。另外，日本专利申请公开No. 2008-129403和2003-307672讨论了反焦(retro-focus)类型单焦点透镜,其中为了允许在整个物距范围之上较好地校正倍率色差，与阿贝数相比其部分色散比Θ gF相对较高的玻璃材料被用于比孔径光阑更接近物侧的负透镜。随着像素的数量进一步增大和像素的密度高度地增大，在用于要求例如8000X4000像素作为像素的数量的超高清的光学系统中，对于各种像差，要求非常小量的像差。特别地，对于倍率色差，要求相对于作为基准的d线在C线和F线之间的倍率色差的量以及在g线和F线之间的倍率色差的量非常小。为了减小g线和F线之间的倍率色差的量，需要考虑使用的玻璃材料的异常色散特性(阿贝数与部分色散比(QgF值)之间的关系)。在上述光学系统中，为了校正倍率色差，具有负折光力的透镜单元被布置为比确定最大轴向光束直径的孔径部分SP更接近于物侧，并且校正透镜单元中的倍率色差。在这里，“确定最大轴向光束直径的孔径部分”表示确定在物距处于无穷远距离时轴向光束(其主光线沿着光轴传播的光束)中的F数的孔径部分。通常，在很多情况下，孔径光阑用作孔径部分SP。然而，在变焦透镜没有机械的孔径光阑的情况下，最大轴向光束直径可以由透镜镜筒的一部分或者特定的透镜的外直径确定。在该情况下，透镜镜筒的该部分或者透镜的外直径用作确定最大轴向光束直径的孔径部分SP。然而，上述的文献没有讨论使用的玻璃材料的部分色散比(Θ gF)。因此，如果对应于折射率和阿贝数的材料被应用于一般的玻璃材料，可以推导下面的结果。在日本专利申请公开No. 2004-020765中，具有负折光力的第一透镜单元的负透镜的材料通过使用具有低色散的玻璃材料和具有高色散的材料来构成，使得可以在校正C线和F线之间的倍率色差的同时减小具有高色散特性的g线和F线之间的倍率色差。虽然 没有讨论使用的玻璃材料的部分色散比，但是就折射率和阿贝数而言，与由OHARA，INC.制造的S-FPL51(商品名)对应的玻璃材料可以被用于示例3中的第一透镜单元的第一负透镜，并且与由OHARA，INC.制造的S-NPH1(商品名)对应的玻璃材料可以被用于第二负透镜。这些材料与其它玻璃材料相比具有大的异常色散特性。根据该配置，倍率色差不一定被充分地校正。在日本专利申请公开No. 2002-131640中，具有负折光力的第二透镜单元的负透镜的材料通过使用具有低色散的玻璃材料和具有高色散的材料来构成，使得可以在校正C线和F线之间的倍率色差的同时减小具有高色散特性的g线和F线之间的倍率色差。虽然没有讨论使用的玻璃材料的部分色散比，但是就折射率和阿贝数而言，与由HOYA CO.，LTD.制造的E-FDSl (商品名)对应的玻璃材料可以被用于示例I中的第二透镜单元的第一负透镜，并且与由OHARA，INC.制造的S-FSL5 (商品名)对应的玻璃材料可以被用于其第二负透镜。虽然E-FDSl (商品名)是与其它玻璃材料相比具有较大的异常色散特性的玻璃材料，但是S-FSL5(商品名)是具有较低的异常色散特性的玻璃材料。因此，倍率色差的校正的问题不一定被充分地解决。在日本专利申请公开No. 2008-129403中，具有负折光力的第一透镜单元的负透镜的材料通过主要使用具有低色散和正方向上的大的部分色散比差Λ 0gF的玻璃材料来构成。因此，可以在校正C线和F线之间的倍率色差的同时减小g线和F线之间的倍率色差。虽然没有讨论使用的玻璃材料的部分色散比，但是就折射率和阿贝数而言，与由0HARA，INC.制造的S-FPL53(商品名)对应的玻璃材料可以被用于示例5中的第一透镜单元的第一到第四负透镜，并且与由OHARA，INC.制造的S-NPH2对应的玻璃材料可以被用于其第五负透镜。这些玻璃材料与其它玻璃材料相比具有高的部分色散比和异常色散特性。通过使用具有高色散的材料形成的负透镜被布置为邻近孔径部分SP，使得g线和F线之间的倍率色差残留。因此，倍率色差不一定被充分地校正。在日本专利申请公开No. 2003-307672中，具有低色散的材料和具有高色散的材料被用于比孔径光阑更接近于物侧的负透镜。然而，倍率色差不一定被充分地校正。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种光学系统包括透镜单元GLN，该透镜单元GLN包括被布置为比孔径部分SP更接近于物侧的至少一个具有负折光力的透镜单元，其中，当透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差和阿贝数分别由Λ 0LN和V LN表示时，满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNlow表示O. 006 < Δ Θ LN60 < V LN,负透镜LNlow的数量由SUM(LNIow)表示，满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNhigh 表示 O. 006 < Δ Θ LNV LN <25，负透镜LNhigh的数量由SUM(LNhigh)表示，透镜单元GLN中包括的透镜的数量由SUM(L)表示,透镜单元GLN中包括的负透镜的数量由SUM(LN)表示,透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差的和由SUM(A Θ LN)表示，在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最小阿贝数的负透镜由负透镜LNmin表示，所述负透镜LNmin的阿贝数由v LNmin表示，在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最大阿贝数的负透镜由负透镜LNmax表示，所述负透镜LNmax的阿贝数由v LNmax表示,在负透镜LNhigh的物侧表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dNS表示，并且在最物侧的透镜表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dlS表示，满足以下的条件式O. 60 < SUM(LN)/SUM(L) < I. 00O. 70 < (SUM (LNlow) +SUM (LNhigh)) /SUM (LN)3. 50 < V LNmax/ v LNmin < 6. 500. 30 < dNS/dlS ( I. 000. 065 < SUM( Λ Θ LN) < 0. 250，并且其中，当该光学系统是变焦透镜时，孔径部分SP的位置是在该变焦透镜处于广角端时定义的位置。根据以下参考附图的示例性实施例的详细描述，本发明更多的特征和方面将变得清晰。
被加入说明书且构成说明书一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与描述一起用来解释本发明的原理。图I是根据本发明的第一示例性实施例的光学系统的透镜截面图。图2是根据第一示例性实施例的光学系统的像差图。图3是根据本发明的第二示例性实施例的光学系统在广角端处的透镜截面图。图4Α是根据第二示例性实施例的光学系统在广角端处的像差图。图4Β是根据第二示例性实施例的光学系统在望远端处的像差图。
图5是根据本发明的第三示例性实施例的光学系统在广角端处的透镜截面图。图6A是根据第三示例性实施例的光学系统在广角端处的像差图。图6B是根据第三示例性实施例的光学系统在望远端处的像差图。图7是根据本发明的第四示例性实施例的光学系统的透镜截面图。图8是根据第四示例性实施例的光学系统的像差图。图9是示出了根据各个波长的以d线作为基准的一般的玻璃材料的折射率变化的示图。图10是示出了以vd为横轴且Θ gF为纵轴而绘制的曲线图中的标准线和玻璃图(glass map)的示图。
图11是示出了根据本发明示例性实施例的光学设备的主要组件的示意图。
具体实施例方式下面将参考附图来详细描述本发明的各个示例性实施例、特征以及方面。根据本发明示例性实施例的光学系统是具有至少一个具有负折光力的透镜单元GLN的单一焦距透镜、变焦透镜等，该透镜单元GLN被布置为比确定最大轴向光束直径的孔径部分SP (在光学系统是变焦透镜时在广角端处的变焦位置处)更接近于物侧。通过适当地设定包括在透镜单元GNL内的所有透镜的数量、负透镜的数量、负透镜的材料(阿贝数、部分色散比差和折射率差)等，较好地校正了倍率色差。在各个透镜截面图中，附图标记“L0”代表光学系统。附图标记“SP”代表孔径光阑。附图标记“L1”、“L2”、“L3”、“L4”和“L5”分别代表第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元。附图标记“G”代表棱镜。附图标记“SP”代表确定最大轴向光束直径的孔径部分(孔径光阑)并且对应于确定F数的孔径光阑。附图标记“GNL”代表被布置为比孔径光阑SP更接近于物侧的具有负折光力的透镜单元。附图标记“IP”代表像平面。当使变焦透镜适用于视频照相机或数字照相机时，像平面对应于接收光的固态图像传感器(光电转换元件)(诸如CCD传感器或CMOS传感器)的成像表面。如果使变焦透镜适用于卤化银胶片照相机，则像平面对应于胶片表面。另外，如果使变焦透镜适用于图像投影设备(诸如投影仪)，像平面对应于图像显示器件(诸如液晶面板)。在各个像差图中，附图标记“d”、“g”、“C”和“F”分别代表d线、g线、C线和F线。附图标记“M”和“S，，分别代表子午像平面和弧矢像平面。附图标记“Fno”代表F数，并且“ ω”代表半视角。图2的第一示例性实施例的像差图和图8的第四示例性实施例的像差图以其中球面像差为O. 03mm，像散为O. 03mm，畸变为2%和倍率色差为O. 004mm的刻度(scale)被绘制。另外，图4A和图4B的第二示例性实施例的像差图以其中球面像差为O. 02mm，像散为O. 02mm,畸变为5%和倍率色差为O. 004mm的刻度被绘制。另外，图6A和图6B的第三示例性实施例的像差图以其中球面像差为O. 02mm，像散为O. 02mm,畸变为2%和倍率色差为O. 002mm的刻度被绘制。
在下文中，在根据各个示例性实施例的光学系统中，在光学系统是变焦透镜时，广角端和望远端表示在移动的透镜单元被机械地放置在沿着光轴的可移动范围的两端处时的变焦位置。在现有技术中，存在用于照相或者图像投影的许多已知类型的光学系统。在大多数光学系统中，至少一个具有负折光力的透镜单元被布置为比确定最大轴向光束直径的孔径部分SP更接近物侧。在具有这种透镜配置的光学系统中，为了获得高质量的图像，重要的是允许较好地校正倍率色差。在现有技术中，在倍率色差的校正中，虽然以d线作为基准地校正了 C线和F线之间的倍率色差，但是在具有高像高的位置(具有大视角的位置)处g线和F线之间的倍率色差残留。为此，例如，在考虑超高清质量的图像时，难以维持整个像平面之上的分辨率高达高空间频率。作为g线和F线之间的倍率色差残留的主要原因，考虑下面的机制。通常，对于用于透镜的光学材料，在以d线作为基准观察波长处的折射率变化时，与d线相比,更短波长侧的折射率变化大于更长波长处的折射率变化。在图9的不例中，不出的玻璃材料S-NPHl、S-LAH59、S-FSL5和S-FPL53由OHARA INC.制造，并且可以从OHARAINC.买到。如果材料是具有高色散的材料(具有小的阿贝数V的材料)，则折射率变化的比率变得显著增大。根据该光学特性，虽然以d线作为基准地简单地校正C线和F线之间的倍率色差，但是g线和F线之间的倍率色差残留。特别地，随着像高变为较高的位置，g线和F线之间的倍率色差的差距增大。为此，在现有技术中的反焦类型光学系统中或者变焦透镜的广角端的变焦位置处，从光轴附近位置到最高的像高，g线的倍率色差被朝向正方向弯曲。为了减小g线和F线之间的倍率色差的量(短波长处的倍率色差的弯曲量)，可以考虑玻璃材料的异常色散特性(异常部分色散比)(材料之间的阿贝数与部分色散比(Θ gF值)之间的关系)。在这里,材料的阿贝数V如下。材料对于F线(486. lnm)、d线(587. 6nm)和C线(656. 3nm)的折射率分别由NF、Nd和NC表示。在该情况下，阿贝数v由以下公式表示V = (Nd-I)/(NF-NC)另外，异常色散特性指的是材料的部分色散比ΘgF的值与图10中示出的玻璃图上绘制的“标准线”的9gF值之间的差。异常色散特性由Λ 0gF(被称为部分色散比差)表示。如果部分色散比差△ 9gF的绝对值大，它代表“材料的异常色散特性大”。“标准线”是由下面的公式(a)定义的直线，并且部分色散比差△ 0gF是由下面的公式(b)定义的值Θ gF =-I. 61783 X KT3X V+0. 64146(a)AegF= Θ gF-(-l. 61783X IO^3X V+0. 64146) (b)例如，在其中随着像高增大g线的倍率色差朝向正方向弯曲的光学系统中，下面的方法可以被用来减小g线和F线之间的倍率色差的差距。在光学系统中，在正方向上具有大的部分色散比差Λ 0gF的材料可以被用于包括在具有负折光力的透镜单元(其被布置为比确定最大轴向光束直径的孔径部分SP (在变、焦透镜的情况下在广角端处的变焦位置处)更接近于物侧)内的负透镜。根据该配置，与位于标准线附近的一般的玻璃材料相比，g线可以在像平面的中心(光轴)方向上被极大地曲折，使得可以校正由其它透镜引起的短波长侧的倍率色差。在上文中，已经描述了通过对于负透镜使用在正方向上具有大的部分色散比差Δ Θ gF的材料来减小g线和F线之间的倍率色差的差距的机制。然而，即使在部分色散比差Λ QgF为相同值时，也存在在阿贝数方面具有高色散的材料和具有低色散的材料。因此，考虑在使用具有高色散的材料的情况与使用具有低色散的材料的情况之间的差别。例如，考虑其中仅仅将具有在正方向上大的部分色散比差Λ 0gF和具有高色散的材料用于负透镜的情况。如果仅仅将具有高色散的材料用于负透镜，则由于高色散特性，通过使用相对弱的光焦度可以减小g线和F线之间的倍率色差的差距。然而，C线和F线之间的倍率色差的校正被不利地影响，使得不能执行校正。另外，如上所述，由于利用相对弱的光焦度校正g线和F线之间的倍率色差而完成了校正，因此要求大量的透镜来满足由 透镜规格(specification)限定的光焦度。因此，具有高色散和在正方向上大的部分色散比差Λ0gF的玻璃材料被用于在比孔径部分SP更接近于物侧的具有负折光力的透镜单元中的负透镜中的一些。另外，具有低色散和在正方向上大的部分色散比差△ GgF的玻璃材料可以被用于一些透镜(或者所有剩余的透镜)。根据该配置，由于由具有高色散的材料制成的负透镜以及由具有低色散的材料制成的负透镜具有在正方向上大的部分色散比差Λ 0gF，因此可以减小g线和F线之间的倍率色差的差距。另外，可以通过使用由具有低色散的材料制成的负透镜来校正C线和F线之间的倍率色差。然而，在各种类型的光学系统中，为了校正在具有高像高的位置处的倍率色差，具有在正方向上更大的部分色散比差△ GgF的材料被用于其中轴外主光束通过透镜的边缘部分的负透镜。例如，在邻近孔径部分SP的透镜中，轴外主光束也通过透镜的中心部分。为此，虽然布置了通过使用具有在正方向上大的部分色散比差Λ Θ gF的材料构成的负透镜，但是难以允许较好地校正倍率色差。即使可以执行校正，相对于轴向色差的平衡也失去，使得可分辨的空间频率被降低。因此，难以获得在整个像平面之上高分辨率的光学系统。因此，在与孔径部分SP分开某一距离的位置处，具有在正方向上大的部分色散比差Λ Θ gF的负透镜被布置在使得轴外主光束通过透镜的边缘部分的位置处。另外，与由具有低色散的材料制成的负透镜相比，由具有高色散的材料制成的负透镜可以有效地校正g线和F线之间的倍率色差的差距。为此，为了有效地校正g线和F线之间的倍率色差，特别地由具有高色散的材料制成的负透镜被布置在远离孔径部分SP的位置处。虽然为校正倍率色差所需的异常色散特性的大小的精确值根据透镜的类型而不同，但是为了达到目的需要非常大的异常色散特性。为此，虽然包括在被布置为比孔径部分SP更接近于物侧的具有负折光力的透镜单元内的负透镜的20%到30%用上述的具有在正方向上大的部分色散比差Λ QgF的负透镜代替，但是该目的不能被实现。在根据示例性实施例的光学系统中，为了通过使用当前状态中的材料实现该目的，可以理解，有用的是包括在被布置为比孔径部分SP更接近于物侧的具有负折光力的透镜单元内的负透镜的70%或更多用具有在正方向上大的部分色散比差Λ 0gF的负透镜代替。根据该配置，整个具有负折光力的透镜单元的异常色散特性增大，使得可以校正由其它透镜单元引起的倍率色差。因此，在根据示例性实施例的光学系统中，通过适当地设定被布置为比孔径部分SP更接近物侧的具有负折光力的透镜单元的负透镜的位置和数量及其色散特性，可以允许在相对于其它像差维持平衡的同时较好地校正倍率色差。接下来，将描述根据示例性实施例的光学系统的配置。根据各个示例性实施例的光学系统LO包括至少一个具有负折光力的透镜单元GLN,该透镜单元GLN比孔径部分SP (当光学系统为变焦透镜时在广角端的变焦位置处)更接近于物侧，该孔径部分SP确定最大轴向光束直径。透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差和阿贝数分别由Λ Θ LN和
VLN表示。在该情况下，满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNlow表示O. 006 < Δ Θ LN60 < V LN负透镜LNlow的数量由SUM(LNIow)表示。满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNhigh 表示。O. 006 < Δ Θ LNV LN < 25负透镜LNhigh的数量由SUM(LNhigh)表示。透镜单元GLN中包括的透镜的数量由SUM(L)表示。透镜单元GLN中包括的负透镜的数量由SUM(LN)表示。透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差的和由SUM(A Θ LN)表示。在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最小阿贝数的负透镜由负透镜LNmin表示，并且其阿贝数由V LNmin表示。在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最大阿贝数的负透镜由负透镜LNmax表示，并且其阿贝数由V LNmax表示。在负透镜LNhigh的物侧表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dNS表示。在最物侧的透镜表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dlS表示。在该情况下，满足以下的条件式。O. 60 < SUM(LN)/SUM(L) < I. 00(I)O. 70 < (SUM(LNlow) +SUM(LNhigh)) /SUM(LN) (2)3. 50 < V LNmax/ v LNmin < 6. 50(3)0. 30 < dNS/dlS ^ I. 00(4)0. 065 < SUM(A Θ LN) < 0. 250(5)因此，可以在允许较好地校正g线和F线之间的倍率色差以及C线和F线之间的倍率色差的同时在整个像平面之上获得良好的光学性能。接下来，将描述上述条件式中的每一个的技术意义。条件式(I)涉及在被布置为比孔径部分SP更接近于物侧的具有负折光力的透镜单元GLN中的负透镜的数量与透镜的数量的比例。如上所述，至少一个正透镜被包括在整个具有负折光力的透镜单元内，以便在透镜单元中形成像差抵消关系。然而，随着正透镜的数量的比例增大，维持像差抵消关系的解决方案中的灵活性增大。然而，与灵活性成比例地，需要加强负透镜的焦度。短语“加强负透镜的焦度”意味着与该加强成比例地出现像差的附加量。为了防止这个问题，在正透镜与负透镜之间适当地维持焦度平衡和像差平衡。因此，整个具有负折光力的透镜单元中的负透镜的数量具有一定的比例或更多。如果负透镜的数量的比例比条件式(I)的下限值小，则正透镜的数量的比例增大。为此，需要加强负透镜的焦度，使得像差量的绝对值也增大。因此，难以校正透镜单元中的像差。因此，执行透镜单元之间的像差的校正。因此，难以作为整个透镜获得用于实现目的的像差量，这不是期望的。否则，具有弱的焦度的多个正透镜被用来防止负透镜的焦度被加强。在该情况下，整个透镜的长度增大，这不是有用的。另一方面，如果条件式(I)的值变为1，则具有负折光力的透镜单元中的所有透镜变为负透镜。因此，不能产生透镜单元中的像差的校正的关系，这不是有用的。更有用地，条件式(I)可以被设定如下O. 62 < SUM(LN)/SUM(L) < I. 00(Ia)条件式(2)涉及在具有负折光力的透镜单元GLN中的负透镜之中的具有在正方向上大的部分色散比差Λ 0gF的负透镜的比例。如上所述，虽然为校正倍率色差所需的异常色散特性的大小的精确值根据透镜的类型而不同，但是为了实现目的需要非常大的异常色散特性。因此，如果值比条件式(2)的下限值小，则整个具有负折光力的透镜单元的异常色散特性变得不足，使得难以实现目的。更有用地，条件式(2)可以被设定如下O. 75 < (SUM (LNlow) +SUM (LNhigh)) /SUM (LN) (2a)条件式(3)涉及在具有负折光力的透镜单元GLN中的负透镜的材料的最大阿贝数和最小阿贝数的阿贝数比例。如果负透镜的材料的阿贝数比例大于条件式(3)的上限值，则为通过使用低色散侧处的负透镜有效地执行g线和F线之间的倍率色差所需的焦度变得过度地加强。另外，在高色散侧处的焦度也被减弱。因此，难以兼容地校正色差和除色差以外的球面像差等。另一方面，如果值比条件式(3)的下限值小，则在负透镜的低色散侧和高色散侧中的任何一个处的负透镜的部分色散比差Λ 0gF降低。在该情况下，为了有效地校正g线和F线之间的倍率色差，需要加强具有较小的部分色散比差Λ QgF的负透镜的焦度，使得难以校正除色差以外的球面像差等。更有用地，条件式(3)可以被设定如下3. 75 < V LNmax/ v LNmin < 6. 50(3a)另外，更有用地，条件式(3a)可以被设定如下。4. 00 < V LNmax/ v LNmin < 6. 50(3b)条件式(4)涉及在具有负折光力的透镜单元GLN中具有最小阿贝数的负透镜的布
置位置。、
如上所述，为了有效地校正g线和F线之间的倍率色差，在具有负折光力的透镜单元中的具有高色散和作为正值的大的部分色散比差△ GgF的负透镜可以被布置在使得轴外主光束通过透镜的边缘位置的位置处。因此，如果值比条件式(4)的下限值小，则由具有高色散的材料制成的负透镜被布置为邻近孔径部分SP，并且轴外主光束几乎不通过透镜的边缘位置。如果透镜被布置在该位置处，为了校正g线和F线之间的倍率色差，通过由具有高色散的材料制成的负透镜提供强大的焦度，使得难以校正球面像差。由于条件式(4)的上限值表示由具有高色散的材料制成的负透镜被布置在最接近物侧处，因此不存在超过上限值的情况。另外，在作为根据本发明的光学系统的变焦透镜的示例中，用于“表I”中的计算的dNS值代表广角端处的数值，以便有效地校正广角端处的倍率色差。、
更有用地，条件式(4)可以被设定如下O. 35 < dNS/dlS ^ I. 00(4a)条件式(5)涉及在具有负折光力的透镜单元GLN中的负透镜的部分色散比差Δ Θ gF的值。如果负透镜的部分色散比差Λ Θ gF的总和大于条件式(5)的上限值，则可以通过使用较弱的焦度来校正g线和F线之间的倍率色差，但是具有负折光力的透镜单元的总焦度也被减弱。因此，需要较大量的透镜来获得良好的光学性能，使得光学系统本身的尺寸增大，这不是有用的。另一方面，如果值比条件式(5)的下限值小，则需要负透镜的强大的焦度来有效地校正g线和F线之间的倍率色差。在该情况下，难以校正彗形像差或者像场弯曲。更有用地，条件式(5)可以被设定如下O. 075 < SUM(A Θ LN) < O. 250 (5a)更有用地，条件式(5a)可以被设定如下O. 080 < SUM(A Θ LN) < O. 200 (5b)另外，更有用地，条件式(5b)可以被设定如下O. 090 < SUM(A Θ LN) < O. 200 (5c)根据该配置，实现了根据示例性实施例的光学系统，并且更有用地，可以满足下面描述的条件式中的至少一个。因此，可以获得更高的光学性能。有用的是，在具有负折光力的透镜单元中包括至少一个正透镜LP以及负透镜。由于包括正透镜，因此可以通过使用正透镜和负透镜的组合来校正具有负折光力的透镜单元中的像差。在这里提及的像差的校正包括诸如球面像差或彗形像差之类的其它基本像差的校正以及上述的倍率色差的校正。在具有负折光力的透镜单元中的透镜配置中，在焦度关系方面占主导地位地配置负透镜。然而，如果通过仅仅使用负透镜来形成具有负折光力的透镜单元中的透镜配置，则由其它透镜单元完全地执行抵消由负透镜引起的像差的功能。虽然可以通过透镜单元之间的抵消功能最终减小像平面上的像差，但是有用的是，为了获得具有更高质量的图像，如果可能的话执行透镜单元内的像差的校正。因此，为了校正透镜单元中的像差，有用的是，在具有负折光力的透镜单元中包括至少一个正透镜LP以及负透镜。
正透镜LP的材料的阿贝数由V LP表示。负透镜LNmin的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmin表示，并且负透镜LNmin的焦度由(pLNmin表示。负透镜LNmax的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmax表示，并且负透镜LNmax的焦度由CpLNmax表示。正透镜LP的材料的部分色散比差的和由SUM(A Θ LP)表示(然而，在存在一个正透镜LP时，其为正透镜LP的材料的部分色散比差)。负透镜LNmin的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmin表示。负透镜LNmax的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmax表示。当存在多个负透镜LNmin时，其焦度的和由SUM(CpLNmin)表示，而当存在一个负透镜LNmin时，其焦度由SUM(CpLNmin)表
示。当存在多个负透镜LNmax时，其焦度的和由SUM((pLNmax)表示，而当存在一个负 透镜LNmax时，其焦度由SUM((pLNmax)表示。在该情况下，有用的是，满足以下条件式中的至少一个V LNmin < v LP < v LNmax (6)
-5.OxlO'3 < ABLNmin χ (φLNmin/(vLNminχφ)) < -5.0xl0'5(7)
-5.OxlO'4 < ABLNmax x ((pLNmax/(vLNmaxxq))) < -5.0xl0'5(8)-0. 050 < SUM(A Θ LP) < 0. 040 (9)
t AAMmmi rTr_ rf, ΑΛΝπ r” . /; IiLNmax I ^,
—1.00 χ 10 厦 < <-χ SC'.V(pLNmax)+-- x SI MUpLSmm J 卜 x -- χ _ < -SM χ 10(10)条件式(6)涉及在具有负折光力的透镜单元GLN中包括的正透镜LP的材料的阿贝数。正透镜LP具有根据由具有低色散的材料制成的负透镜与由具有高色散的材料制成的负透镜之间的关系校正透镜单元中的C线和F线之间的倍率色差的功能。如果正透镜LP的材料的阿贝数超过条件式(6)的上限值或下限值，则具有负折光力的透镜单元中的正透镜的材料具有过高的色散或过低的色散。因此，对于当前状态中可获得的玻璃材料，难以在校正具有负折光力的透镜单元中的C线和F线之间的倍率色差的同时结合校正g线和F线之间的倍率色差的正透镜和负透镜，这不是有用的。条件式(7)涉及用于负透镜LNmin的材料的色差的校正能力。如果值大于条件式
(7)的上限值，则高色散侧的负透镜LNmin的色差的校正能力减弱，主要残留g线和F线之间的倍率色差。另一方面，如果值小于条件式(7)的下限值，则高色散侧的负透镜LNmin的色差的校正能力太过加强。因此，g线和F线之间的倍率色差被过校正，并且C线和F线之间的倍率色差被不足地校正，这不是有用的。更有用地，条件式(7)可以被设定如下
权利要求
1.一种包括透镜单元GLN的光学系统，所述透镜单元GLN包括被布置为比孔径部分SP更接近于物侧的至少一个具有负折光力的透镜单元， 其中，当透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差和阿贝数分别由Λ 0LN和V LN表示时，满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNlow表示 O. 006 < Δ Θ LN 以及 60 < V LN, 负透镜LNlow的数量由SUM (LNlow)表示，满足以下的条件式的负透镜由负透镜LNhi gh表不: O.006 < Δ Θ LN 以及 vLN < 25， 负透镜LNhigh的数量由SUM(LNhigh)表示，透镜单元GLN中包括的透镜的数量由SUM(L)表示,透镜单元GLN中包括的负透镜的数量由SUM(LN)表示,透镜单元GLN中包括的负透镜的材料的部分色散比差的和由SUM(A Θ LN)表示，在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最小阿贝数的负透镜由负透镜LNmin表示，所述负透镜LNmin的阿贝数由v LNmin表示，在透镜单元GLN中包括的负透镜之中具有最大阿贝数的负透镜由负透镜LNmax表示，所述负透镜LNmax的阿贝数由v LNmax表示,在负透镜LNhigh的物侧表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dNS表示，并且在最物侧的透镜表面顶点与孔径部分SP之间的距离由dlS表示，满足以下的条件式O. 60 < SUM(LN)/SUM(L) < I. 00，O.70 < (SUM (LNlow)+SUM (LNhigh))/SUM (LN)，3. 50 < V LNmax/ v LNmin < 6. 50,0. 30 < dNS/dlS ( I. 00，以及0. 065 < SUM(A Θ LN) < 0. 250，并且 其中，当所述光学系统是变焦透镜时，孔径部分SP的位置是在所述变焦透镜处于广角端时定义的位置。
2.根据权利要求I所述的光学系统， 其中透镜单元GLN包括正透镜LP，并且 其中，当正透镜LP的材料的阿贝数由V LP表示时，满足以下的条件式VLNmin < v LP < v LNmax0
3.根据权利要求I所述的光学系统， 其中，当负透镜LNmin的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmin表示，负透镜LNmin的焦度由 cpLNmin 表不，并且所述光学系统的焦度由(P表示时，对于至少一个负透镜LNmin满足以下的条件式-5.OxlO'3 < A0LNminx(9LNmm/(vLNminx9)) < -5.0xl0'5 ,并且 其中，当所述光学系统是变焦透镜时，在所述变焦透镜处于广角端时定义所述光学系统的焦度φ。
4.根据权利要求I所述的光学系统， 其中，当负透镜LNmax的材料的部分色散比差由Λ Θ LNmax表示，负透镜LNmax的焦度由(pLNmax表示，并且所述光学系统的焦度由φ表示时，对于至少一个负透镜LNmax满足以下的条件式-5.OxlO'4 < A0LNmaxx((pLNmax/(vLNmaxxq))) < -5.0xl0'5 ，并且 其中，当所述光学系统是变焦透镜时，在所述变焦透镜处于广角端时定义所述光学系统的焦度φ。
5.根据权利要求2所述的光学系统，其中，当正透镜LP的材料的部分色散比差的和由SUM(Δ Θ LP)表示时，满足以下的条件式-O. 050 < SUM ( Λ Θ LP) < O. 040，并且 其中，当在透镜单元GLN中仅仅包括一个正透镜LP时，正透镜LP的材料的部分色散比差由SUM(A Θ LP)表示。
6.根据权利要求I所述的光学系统，其中，当负透镜LNmin的材料的部分色散比差由Δ Θ LNmin表示,负透镜LNmax的材料的部分色散比差由Δ Θ LNmax表示,负透镜LNmin的焦度的和由SUM(CpLNmin)表示，并且负透镜LNmax的焦度的和由SUM(CpLNmax)表示时，满足以下的条件式—1.00XICT2 < |Aa3taiaX X SUMi釋腿μ- ha^ai- XS￡,￥(fLNmm)l xx A < —3.00xIV LNmaxv LNmiiiJ v L Λ- min φ， 并且 其中，当在透镜单元GLN中仅仅包括一个负透镜LNmin时，负透镜LNmin的焦度由SUM(CpLNmin)表示，并且当在透镜单元GLN中仅仅包括一个负透镜LNmax时，负透镜LNmax 的焦度由SUM(CpLNmax)表示。
7.根据权利要求2所述的光学系统，其中正透镜LP与负透镜LNlow或负透镜LNhigh一起被包括在同一个透镜单元中。
8.根据权利要求I所述的光学系统，其中所述光学系统从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元和在聚焦期间移动的具有正折光力的第二透镜单元。
9.根据权利要求I所述的光学系统，其中所述光学系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元、具有负折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元，并且其中第二到第四透镜单元在变焦期间被独立地移动。
10.根据权利要求I所述的光学系统，其中所述光学系统从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元、具有正折光力的第三透镜单元、具有正折光力的第四透镜单元和具有正折光力的第五透镜单元，并且其中第二到第四透镜单元在变焦期间被独立地移动。
11.根据权利要求I所述的光学系统，其中所述光学系统从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、在聚焦期间移动的具有正折光力的第二透镜单元、和具有正折光力的第三透镜单元。
12.—种光学设备,包括根据权利要求I所述的光学系统。
全文摘要
本发明涉及光学系统和具有该光学系统的光学设备。该光学系统包括布置为比孔径部分更接近于物侧的至少一个具有负折光力的透镜单元。具有负折光力的透镜单元包括至少一个正透镜和一个负透镜。包括在具有负折光力的透镜单元内的正透镜和负透镜的数量之间的比例被适当地设定。具有负折光力的透镜单元包括多个负透镜以及具有适当的阿贝数的正透镜，所述多个负透镜中的每个负透镜具有适当的阿贝数和部分色散比。在负透镜之中具有最高色散的负透镜位于适当的位置。
文档编号G02B15/177GK102736231SQ20121008850
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月29日 优先权日2011年4月4日
发明者日浅法人, 江口薫 申请人:佳能株式会社