CN102707428B - 用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜 - Google Patents

Abstract

用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜属于光学成像系统技术领域。现有折衍射混合式平像场目镜不适合观察弯曲像面，并且目镜结构还有进一步简化的余地。本发明是一个折衍射混合透镜，该折衍射混合透镜的基体是一个折射正透镜，在该折射正透镜两个表面中的任意一个表面上有衍射微结构，构成一个衍射元件，眼位到折衍射混合透镜的距离为出瞳距离a，折衍射混合透镜的光焦度折射正透镜的光焦度衍射元件的光焦度的关系满足下式要求： 并且，折射正透镜的折射率n_d>1.45、阿贝数V_d>20。本发明用于观察弯曲像面，能够在全视场范围内观察到清晰的像。

Description

用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜

技术领域

本发明涉及一种用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，结构简单、重量轻、体积小，主要像差要求均得到满足，分辨率高，属于光学成像系统技术领域。

背景技术

专利号为ZL200810051707.X、名称为“折衍射混合式平像场目镜”的一件中国发明专利公开了一项方案，见图1所示，折衍射混合透镜1和折射负透镜2同轴放置；折衍射混合透镜1的基体是一个折射正透镜，该折射正透镜的光焦度

在该折射正透镜两个表面中的任意一个表面上有衍射微结构5，作为一个光学衍射元件，该衍射元件的光焦度

折射负透镜2是一个场镜，该折射负透镜2的光焦度目镜中采用的折衍射混合透镜1将折射透镜与衍射元件合二为一，加上折射负透镜2，使得该目镜总共仅有两个光学元件，因此，取得了减小体积和减轻重量的技术效果。并且，折射负透镜2位于靠近像面3的位置，见图1所示，来自像面3的光经过折射负透镜2的折射，再经过折衍射混合透镜1的衍射和折射后，在眼位4处被眼睛接收。在这一过程中，折射负透镜2校正场曲，折衍射混合透镜1校正其他影响成像质量的像差。可见，该发明在保证成像质量如分辨率的提高、各种像差的校正的同时，实现了平像场成像。另外，该发明附带的技术效果是得到了较长的出瞳距离a，使得该目镜更适合要求具有长出瞳距离的场合。

然而，在有些情况中用目镜观察的像面是弯曲像面，所述折衍射混合式平像场目镜并不适用，且目镜结构还有进一步简化的余地。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于弯曲像面、结构更为简单，并且具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，为此，提出一种用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜的技术方案。

本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜是一个折衍射混合透镜1，该折衍射混合透镜1的基体是一个折射正透镜，在该折射正透镜两个表面中的任意一个表面上有衍射微结构5，构成一个衍射元件，眼位4到折衍射混合透镜1的距离为出瞳距离a，见图2所示，其特征在于，折衍射混合透镜1的光焦度折射正透镜的光焦度

衍射元件的光焦度的关系满足下式要求：

并且，折射正透镜的折射率n_d>1.45、阿贝数V_d>20。

来自弯曲像面6的光经过折衍射混合透镜1的衍射和折射之后，在眼位4处被眼睛接收，见图2所示，在这一过程中，折衍射混合透镜1校正了主要像差，成像分辨率高。此外，由于折衍射混合透镜1本身的场曲与弯曲像面6抵消，眼睛就能够在全视场范围内观察到比较清晰的像。本发明之折衍射混合式目镜是一个独立的光学元件，即折衍射混合透镜1，因此，结构更简单、重量更轻、体积更小，并且依然具有长出瞳距离的特点。

附图说明

图1是现有折衍射混合式平像场目镜结构及成像状态示意图。图2是本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜结构及成像状态示意图，该图同时作为摘要附图。图3是位于折衍射混合透镜一个表面上的衍射元件示意图。

具体实施方式

本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜是一个折衍射混合透镜1，其材料为光学塑料PMMA，这种材料易于加工，且可以在保证成像质量的同时减轻元件重量。该折衍射混合透镜1的基体是一个折射正透镜。折射正透镜的两个表面为球面或者非球面，相比于球面，非球面能够更好地校正单色像差，从而更容易地获得长出瞳距离a和高分辨率的成像。但是，单个非球面透镜是无法实现消色差，这就需要借助于衍射元件，因为衍射元件具有负色散特性，光焦度适当就能够平衡掉折射透镜的色差。在该折射正透镜两个表面中的任意一个表面上有衍射微结构5，如与弯曲像面6相邻的表面，由衍射微结构5构成一个衍射元件。之所以将衍射微结构5分布于折射正透镜与弯曲像面6相邻的表面上，是因为这样可以避免衍射微结构5与外界接触，进而防止污染。眼位4到折衍射混合透镜1的距离为出瞳距离a，见图2所示，折衍射混合透镜1的光焦度

折射正透镜的光焦度

衍射元件的光焦度

的关系满足下式要求：

并且，折射正透镜的折射率n_d>1.45、阿贝数V_d>20。

下面是本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜的一个实例。从人眼到像面依次为眼位4、折衍射混合透镜1、弯曲像面6。用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜的参数为：出瞳直径=5mm，有效焦距=25mm，视场（2ω）=40°，出瞳距离a=24mm；其他结构数据见下表，单位：毫米。

所述透镜面1、透镜面2是折射正透镜的两个表面，其面型均为高次非球面，其高次非球面方程如下：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_2{r}^2+a_4{r}^4+a_6{r}^6+a_8{r}^8+...,$

式中：z为透镜面1、透镜面2的矢高，c为近轴曲率，k为二次曲面系数，r是折射正透镜的径向坐标，a₂，a₄，a₆，…为各项系数，所述实例的非球面系数如下：

透镜面1：

二次项系数a₂：0，

四次项系数a₄：-1.155e-005，

六次项系数a₆：4.547e-008；

透镜面2：

二次项系数a₂：0，

四次项系数a₄：-8.134e-005，

六次项系数a₆：5.624e-008。

由衍射微结构5构成的衍射元件的位相方程如下：

Φ(R)=2π(A₁R²+A₂R⁴+A₃R⁶+...)，

式中：A₁，A₂，A₃，…为衍射位相系数，R是衍射元件的径向坐标，所述实例的二次项系数为：

二次项系数A₁：-1.936。

本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜的实例实现了对整体系统的消色差，并且出瞳距离长。

在本发明之用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜的实例中，必要的光学参数数值见下表：

Claims (6)

1.一种用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其是一个折衍射混合透镜（1），该折衍射混合透镜（1）的基体是一个折射正透镜，在该折射正透镜两个表面中的任意一个表面上有衍射微结构（5），构成一个衍射元件，眼位（4）到折衍射混合透镜（1）的距离为出瞳距离a，其特征在于，折衍射混合透镜（1）的光焦度折射正透镜的光焦度

衍射元件的光焦度

的关系满足下式要求：

并且，折射正透镜的折射率nd>1.45、阿贝数V_d>20。

2.根据权利要求1所述的用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其特征在于，折衍射混合透镜（1）的材料为光学塑料PMMA。

3.根据权利要求1所述的用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其特征在于，折射正透镜的两个表面为球面或者非球面。

4.根据权利要求3所述的用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其特征在于，当折射正透镜的两个表面为非球面时，该非球面均为高次非球面，其高次非球面方程如下：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_2{r}^2+a_4{r}^4+a_6{r}^6+a_8{r}^8+...,$

式中：z为折射正透镜的两个表面的矢高，c为近轴曲率，k为二次曲面系数，r是折射正透镜的径向坐标，a₂，a₄，a₆，…为各项系数。

5.根据权利要求1所述的用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其特征在于，衍射微结构（5）分布于折射正透镜与弯曲像面（6）相邻的表面上。

6.根据权利要求1所述的用于弯曲像面具有长出瞳距离的折衍射混合式目镜，其特征在于，衍射元件的位相方程如下：

Φ(R)＝2π(A₁R²+A₂R⁴+A₃R⁶+...)，

式中：A₁，A₂，A₃，…为衍射位相系数，R是衍射元件的径向坐标。

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