CN102360118B - 一种超广角目镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高倍率的天文望远镜的超广角目镜光学系统。本发明所述的目镜由8组12片玻璃镜片组成，从人眼观察侧至目镜像平面侧，沿光轴方向共轴依次排列着眼点、第一透镜、第二透镜、第一胶合透镜、第五透镜、视场光阑、第二胶合透镜、第八透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜。本发明所述目镜在第五透镜和第二胶合透镜之间存在中间实像面。本发明所述目镜的成像面为虚像面。本发明所述目镜的视角特别大，可达120°，特别适合作为高倍率的天文望远镜的超广角目镜之用。

Description

一种超广角目镜光学系统

技术领域

本发明涉及光学目镜，特别是一种主要用于天文观察的超广角目镜光学系统。 

背景技术

众所周知，天文望远镜由物镜和目镜组成，物镜和目镜分别做成可互换的标准部件，用不同的物镜组和目镜组的组合，即可组成不同倍率的满足不同观察目的的天文望远镜；天文望远镜的视放大率等于物镜组和目镜组的焦距之比，整个望远镜的物方视场角等于目镜的像方视场角除以望远镜的视放大率；一般天文望远镜的视放大率为几十倍至几百倍，最常用的倍率为50～100倍。对望远物镜来说，视场角做到2°是很容易的，如果我们假定望远物镜的视场角为2°、整个望远镜的视放大率为50倍，那么，目镜的视场角就要做到100°，但目镜的视场角做到100°并非易事。常用的目镜的类型主要有：惠更斯目镜（H目镜）、冉斯登目镜（R目镜）、普罗素目镜（PL目镜或者叫对称式目镜）、凯尔纳目镜（K目镜）、阿贝目镜（Or目镜或者叫无畸变目镜）、艾尔弗目镜（Er目镜）等，这些目镜的视场角在35°～70°之间；由此，我们看到制约高倍率天文望远镜观察视场的主要是目镜。因此，为了扩大高倍率天文望远镜的观察视场，各天文观察器材制造商竞相推出大角度的超广角目镜。美国的Televue Optics是世界上顶级的以制造天文观察目镜为主的天文器材制造商，它于2003年推出了视场角为82°的由四组七片玻璃镜片组成的自己命名为“Nagler”的超广角目镜，2006年推出了视场角为100°的由六组九片玻璃镜片组成的自己命名为“Ethos”的超广角目镜，2010年夏季刚刚发布了第一款视场角为110°、焦距为3.7毫米的Ethos超广角目镜。

发明内容

为了尽可能地获得大的观察范围，本发明提供了一种新型的超广角目镜光学系统，该目镜具有高达120°的超广视角。

本发明的光学系统由８组１２片光学镜片组成，从人眼观察侧至像平面侧，依次为第一透镜、第二透镜、第一胶合透镜、第五透镜、视场光阑、第二胶合透镜、第八透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜。

本发明所述目镜存在中间实像面（即视场光阑所在位置），实像面位于第五透镜和第二胶合透镜之间，且实像面前、后的透镜系统的组合光焦度Ф_Z1、Ф_Z2与目镜的总光焦度Ф之间存在以下关系式（1）～（2）：

（1）0.15≤Ф_Z1/Ф≤0.45；

（2）-0.2≤Ф_Z2/Ф≤-0.05。

本发明所述目镜光学系统所成的像为虚像，也就是说，所述目镜的成像面位于第四胶合透镜的最后一个球面顶点之前。

本发明所述目镜光学系统的第一透镜、第二透镜、第一胶合透镜、第五透镜、第二胶合透镜、第八透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜的光焦度Ф₁、Ф₂、Ф_J1、Ф₅、Ф_J2、Ф₈、Ф_J3、Ф_J4与目镜的总光焦度Ф之间存在以下关系式（1）～（8）：

（1）0.10≤Ф₁/Ф≤0.25；

（2）0.05≤Ф₂/Ф≤0.15；

（3）0.01≤Ф_J1/Ф≤0.05；

（4）0.05≤Ф₅/Ф≤0.20；

（5）0.07≤Ф_J2/Ф≤0.25；

（6）-0.50≤Ф₈/Ф≤-0.10；

（7）-0.35≤Ф_J3/Ф≤-0.001；

（8）-0.20≤Ф_J4/Ф≤-0.05。

本发明所述目镜光学系统的第一透镜至第十二透镜所用材料的折射率n_d1～n_d12和阿贝数ν_d1～ν_d12满足以下关系式（1）～（12）：

（1）n_d1≥1.6000，ν_d1≥45；

（2）n_d2≥1.6000，ν_d2≥45；

（3）n_d3≤1.7500，ν_d3≥55；

（4）n_d4≥1.7000，ν_d4≤40；

（5）n_d5≥1.7000，ν_d5≤40；

（6）n_d6≥1.7000，ν_d6≥40；

（7）n_d7≥1.7000，ν_d7≤35；

（8）n_d8≥1.7000，ν_d8≤50；

（9）n_d9≥1.6500，ν_d9≤65；

（10）n_d10≥1.7000，ν_d10≤40；

（11）n_d11≤1.7500，ν_d11≤45；

（12）n_d12≥1.7000，ν_d12≤60。

　　本发明的特别有益处：从已实现的实例来看，本发明可达到120°的超广视角，这在某些需要特大视场的场合（比如高倍率的天文观察望远镜）是非常有用的。

附图说明

图１为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统示意图。

图２为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统光线追迹示意图。

图３为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统的像散、场曲曲线。

图４为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统的垂轴色差曲线。

图５为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统的垂轴像差曲线。

图６为本发明（９毫米120°）超广角目镜的光学系统的MTF曲线。

图７为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统示意图。

图８为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统的光线追迹示意图。

图９为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统的像散、场曲曲线。

图10为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统的垂轴色差曲线。

图11为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统的垂轴像差曲线。

图12为本发明（14毫米120°）超广角目镜的光学系统的MTF曲线。

图１中，ER为眼点，L1～L12依次为第一透镜至第十二透镜，J1～J4依次为第一胶合透镜至第四胶合透镜，Z1～Z2分别为中间实像面（即视场光阑）前、后透镜的组合透镜，Stop为视场光阑。

图７中，ER为眼点，L1～L12依次为第一透镜至第十二透镜，J1～J4依次为第一胶合透镜至第四胶合透镜，Z1～Z2分别为中间实像面（即视场光阑）前、后透镜的组合透镜，Stop为视场光阑。

具体实施方式

实施例1：

焦距f=9mm，光圈数F=5，全视场角=120°，瞳孔距=13.28,像距=-32.987073；具体光学参数见下表：

序  号	球面半径	中心厚度	折射率nd	阿贝数νd
					1	-77.62	12.03	1.754477	52.35
2	-28.97	0.20
					3	-263.00	9.35	1.754129	52.36
4	-60.95	0.20
					5	160.69	22.16	1.502500	76.34
6	-39.81	2.20	1.838099	36.38
					7	-119.95	5.04
8	97.05	13.00	1.922859	20.88
					9	-639.70	4.00
10	∞	8.49
					11	37.07	13.00	1.815999	46.57
12	21.58	17.14	1.899105	21.52
					13	52.97	4.93
14	-143.88	13.00	1.922859	20.88
					15	28.05	4.74
16	-52.12	4.78	1.750497	52.54
					17	15.596	13.00	1.767654	25.33
18	-69.50	5.50
					19	-23.07	5.04	1.636884	34.23
20	-16.788	2.20	1.815999	46.57
					21	-37.58

表中的序号1～21表示目镜光学系统中的镜片面，L1、L2、L5、L8有两个面，J1、J2、J3、J4均为三个面。

实施例2

焦距f=14mm，光圈数F=5，全视场角=120°，瞳孔距=14.58,像距=-50；具体光学参数见下表：

序  号	球面半径	中心厚度	折射率nd	阿贝数νd
					1	-109.14	13.53	1.640099	59.74
2	-35.81	0.20
					3	-178.24	9.47	1.754085	52.37
4	-74.30	0.20
					5	1056.80	23.43	1.532539	73.57
6	-49.43	17.90	1.895236	23.60
					7	-114.02	14.94
8	167.49	20.70	1.922859	20.88
					9	-302.00	4.00
10	∞	4.00
					11	58.48	3.50	1.803512	46.65
12	41.40	31.04	1.922859	20.88
					13	114.55	6.95
14	-2228.00	18.00	1.788772	48.17
					15	69.82	7.43
16	-141.91	4.34	1.755000	52.32
					17	23.99	13.05	1.859197	28.50
18	55.59	26.39
					19	-26.92	7.43	1.695985	29.13
20	-21.53	3.50	1.756110	52.17
					21	-43.35

表中的序号1～21表示目镜光学系统中的镜片面，L1、L2、L5、L8有两个面，J1、J2、J3、J4均为三个面。

实施例１与实施例２的各零部件的焦距f_n与总焦距f之间的关系如下表：

实施例１与实施例２的各零部件的光焦度Ф_n与总光焦度Ф之间的关系如下表：

实施例１与实施例２的各个单透镜所用材料的折射率n_d和阿贝数ν_d如下表：

　　上面列举了两个实例，但本领域内的技术人员可做某些修改与变换而达到同样的目的，这仍属于本发明的保护范围。 

Claims (1)

1.一种超广角目镜光学系统，其特征在于：所述目镜光学系统由8组12片光学玻璃镜片组成；所述目镜从人眼观察侧至目镜像平面侧，沿光轴方向共轴依次排列着眼点、第一透镜、第二透镜、第一胶合透镜、第五透镜、视场光阑、第二胶合透镜、第八透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜；

所述目镜存在中间实像面，实像面位于第五透镜和第二胶合透镜之间，即视场光阑所在位置，且实像面前、后的透镜系统的组合光焦度Ф_Z1、Ф_Z2与目镜的总光焦度Ф之间存在以下关系式：

  （1）0.15≤Ф_Z1/Ф≤0.45；

  （2）-0.2≤Ф_Z2/Ф≤-0.05；

所述目镜的成像面为虚像；

第一透镜、第二透镜、第一胶合透镜、第五透镜、第二胶合透镜、第八透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜的光焦度Ф₁、Ф₂、Ф_J1、Ф₅、Ф_J2、Ф₈、Ф_J3、Ф_J4与目镜的总光焦度Ф之间存在以下关系式：

  （1）0.10≤Ф₁/Ф≤0.25；

（2）0.05≤Ф₂/Ф≤0.15；

（3）0.01≤Ф_J1/Ф≤0.05；

（4）0.05≤Ф₅/Ф≤0.20；

（5）0.07≤Ф_J2/Ф≤0.25；

（6）-0.50≤Ф₈/Ф≤-0.10；

（7）-0.35≤Ф_J3/Ф≤-0.001；

（8）-0.20≤Ф_J4/Ф≤-0.05。

第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜所用材料的折射率n_d1～n_d12和阿贝数ν_d1～ν_d12满足以下关系式：

  （1）n_d1≥1.6000，ν_d1≥45；

（2）n_d2≥1.6000，ν_d2≥45；

（3）n_d3≤1.7500，ν_d3≥55；

（4）n_d4≥1.7000，ν_d4≤40；

（5）n_d5≥1.7000，ν_d5≤40；

（6）n_d6≥1.7000，ν_d6≥40；

（7）n_d7≥1.7000，ν_d7≤35；

（8）n_d8≥1.7000，ν_d8≤50；

（9）n_d9≥1.6500，ν_d9≤65；

（10）n_d10≥1.7000，ν_d10≤40；

（11）n_d11≤1.7500，ν_d11≤45；

（12）n_d12≥1.7000，ν_d12≤60。

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