CN102902058B - 连续变倍目镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续变倍目镜，涉及光学元件技术领域，包括有从观察侧沿光轴依次排列的正光焦度的固定组、正光焦度的变倍组和负光焦度的补偿组，所述变倍组和所述补偿组为活动的组元，所述固定组和所述变倍组设置于孔径光栏和视场光栏之间，所述变倍组由两个相同的正透镜构成，所述补偿组为一个负透镜，并且满足条件：37mm<fI<42mm、28mm<fII<33mm、-51mm<fIII<-47mm，其中，fI为所述固定组的焦距，fII为所述变倍组的焦距，fIII为所述补偿组的焦距。本发明相比较于现有技术，其清晰度高，光学像质优异，像差校正佳，倍数真实工艺性能好。

Description

连续变倍目镜
技术领域
本发明涉及光学元件技术领域，尤其是一种用来观察前方光学系统所成图像的目视光学器件。 
背景技术
目镜是光学目视仪器的一个组成部分，其作用是把物镜形成的像通过它成像在无限远(或明视距离)，在观察者的视网膜上成一放大的像。传统的目镜是固定倍数的，也就是说焦距是一个定值，如10倍、20倍目镜，它们的焦距分别是25mm、12.5mm。在使用这类安装了定倍目镜的目视光学仪器进行观察时，想要获得不同的放大倍数则需要更换不同倍数的目镜来实现，这给操作上带来相对的不方便。变焦目镜的焦距是可以连续变化的，这样能获得连续变化的倍数，当然在变焦过程中像面是基本稳定的，也就是说当目镜变焦时不需要重新调焦都可以观察到较为清晰的像，这给操作上带来了极大的便利，也为操作者提供了更多的倍率选择。变焦目镜的出现为操作者带来了便利，这种目镜可在一定范围内可以变换焦距。变焦目镜的光学系统具有以下一些特点：(1)相对孔径较小，用于显微系统的目镜，最大相对孔径小于1/12.5。(2)视场角较大。常用目镜的视场角在40°左右，而广角目镜视场角在60°左右，有些超广角目镜的视场角甚至达到了100°。(3)入瞳和出瞳远离目镜。由于出瞳位于目镜外使轴外像差，尤其是畸变难以校正。因此，目镜是典型的大视场小孔径光学系统。现有的变焦目镜一般包括镜筒和由多个不同的透镜沿光轴排列组成的光学系统，镜筒具有固定筒和调节筒，调节筒套设于固定筒外，调节筒上螺纹连接有若干调焦环，固定筒上沿轴线方向开设有直线槽，调节筒上涉及有变焦曲线，其中一个透镜固定于固定筒上，其它的透镜分别安装于固定筒内的移动套体上，套体外壁固定有导杆，导杆穿过直线槽和曲线槽与相应的调焦环相连接。使用时，转动调节环通过导杆带动套体移动，从而移动透镜的位置，以改变透镜间的相对距离，来实现连续变化放大倍率。但是变焦目镜的像质一直以来都不如定倍目镜的好。现有的10倍至20倍的变焦目镜大多存在像差校正不佳，清晰度仍不够理想以及出瞳距离较短的问题。 
发明内容
本发明的目的是提供一种连续变倍目镜，这种连续变倍目镜可以解决现有的10倍至20倍的变焦目镜存在像差校正不佳，清晰度不够理想以及出瞳距离较短的问题。 
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种连续变倍目镜包括有从观察侧沿光轴依次排列的正光焦度的固定组、正光焦度的变倍组和负光焦度的补偿组，所述变倍组和所述补偿组为活动的组元，所述固定组和所述变倍组设置于孔径光栏和视场光栏之间，所述变倍组由两个相同的正透镜构成，所述补偿组为一个负透镜，并且满足条件：37mm< fI<42mm、28mm<fII<33mm、-51mm<fIII<-47mm，其中，fI为所述固定组的焦距，fII为所述变倍组的焦距，fIII为所述补偿组的焦距。 
上述连续变倍目镜的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述固定组与所述变倍组在光轴方向的间距为6.8～22.64mm。 
进一步的，系统短焦时，所述变倍组与所述补偿组在光轴方向的间距为40mm< d<45mm。 
进一步的，所述补偿组与所述视场光栏在光轴方向的间距为2.76～33.6mm。 
进一步的，所述固定组、所述变倍组和所述补偿组的透镜选用冕玻璃、火石玻璃、重冕玻璃、重火石玻璃中的任一种光学玻璃。 
所述正光焦度的固定组焦距满足条件37mm< fI<42mm，结构上采用一个胶合组即可满像差校正要求。 
焦距小于37mm时，它所提供的像太过于靠近自己，限制了变倍组的移动范围，从而制约较大的变倍比取值，另外它也需要将结构复杂化才能较好地校正像差。焦距大于42mm时，体系的结构将变得太庞大，影响使用。 
所述变倍组焦距满足条件28mm<fII<33mm，由两片相同的单正透镜组成，提高生产工艺性，同时可以较好地平衡整个系统的像差。所述补偿组焦距满足条件-51mm<fIII<-47mm，采用一片单负透镜构成，并且凹面向光栏方向，可以很好地平衡整个系统的场曲，且能将物方主面向左移，保证整个系统的出瞳距离大于15mm，获得舒适的目视观察效果。 
所述变倍组与所述补偿组在系统处于短焦时，它们之间光轴方向间距为40～45mm，可以保证系统处于长焦状态时变倍组与补偿组不会碰撞，同时可以给变倍组、补偿组在短焦时分配合适的初始倍率，保证它们变焦时的移动距离处于一个合理的范围内，确保整个系统结构的合理性。 
所述补偿组与所述视场光栏在光轴方向的间距为2.76～33.6mm，一方面它由上述的条件确定了所述补偿组的变焦移动范围。另一方面，由于结构上的限制，无法将视场光栏固定在一个位置上，为了减少视场光栏位置不同时带来的边缘渐晕响，将所述补偿组与所述视场光栏在光轴方向的间距取值为2.76～33.6mm，可确保视场边缘的最佳成像效果。 
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 
1、光学像质优异；具有高清晰度。
2、变倍组为两个相同透镜，有利于像差校正及提高工艺性。 
3、倍数真实；无论在放大率大还是小的时候都能有效地校正象差。 
4、出瞳距离大于15mm，目视观察舒适。 
5、选用的镜片材料的物理、化学性能稳定，有利于加工的工艺性。 
附图说明
图1是本发明的光学系统示意图。 
图2本发明实施例10倍状态下的场曲图。 
图3本发明实施例10倍状态下的畸变图。 
图4本发明实施例10倍状态下的光学传递函数图。 
图5本发明实施例20倍状态下的场曲图。 
图6本发明实施例20倍状态下的畸变图。 
图7本发明实施例20倍状态下的光学传递函数图。 
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详述： 
图1所示的连续变倍目镜的变焦范围12.5～25mm，可实现的倍率连续变倍范围为20倍～10倍，变焦比为2：1；它包括固定于镜筒一端的固定组I和能在镜筒内移动的两个活动组元，两个活动组元分为变倍组II和补偿组III，固定组I、变倍组II和补偿组III从观察侧沿光轴依次排列，固定组I和变倍组II设置于孔径光栏1和视场光栏2之间，两个活动组元沿着光轴做轴向移动实现变焦。补偿组Ⅲ的光焦度为负值，属负组补偿变焦系统。固定组Ⅰ取正光焦度，对无穷远处的物体成像，它的焦距值影响到变倍组Ⅱ与它的间距d3及变倍组Ⅱ的倍率取值，根据整个系统的结构及像差校正的要求，固定组Ⅰ的焦距fI取值为37mm<fI<42mm。变倍组Ⅱ光焦度为正，沿轴向移动使像的倍率发生变化，其结构由两个相同的正透镜组成，有利于像差校正及提高工艺性，考虑到整个系统的几何尺寸和结构要求，变倍组Ⅱ的焦距fII取值为28mm<fII<33mm。对于变倍组Ⅱ活动引的像面3移动，由补偿组Ⅲ通过轴向移进行补偿从而保证整个系统像面的稳定。补偿组Ⅲ的光焦度为负值，结构为一个单独的负透镜，变倍组II与补偿组III在光轴方向的间距d7+d8的取值随着补偿组Ⅲ的焦距fIII增加而增大，而整个系统的物方焦平面则会向固定组Ⅰ靠近，这会导致整个系统的出瞳靠近固定组Ⅰ，对于目视观察而言显然是不利的。经反复验算，取40mm< d7+d8<45mm(系统短焦时)，-51mm<fIII<-47mm，对整个系统而言是比较合理的。固定组I与所述变倍组II在光轴方向的间距d3为6.8～22.64mm；补偿组III与视场光栏2在光轴方向的间距d8为2.76～33.6mm。
本实施例中的连续变倍目镜从左到右的光学参数和特征数据如表1所示。 
表1 
由上述表格可以看出，没有超过R120毫米的球面，各个球面的R值很合理，镜片的面型能很好地得到保证，有利提高精度的控制。同时各个镜片所用的材料均为冕玻璃、火石玻璃、重冕玻璃、重火石玻璃的常规光学玻璃，而且重冕玻璃、重火石玻璃都是小牌号的，物理、化学性能很稳定，有利于加工的工艺性。整个光学系统的性能曲线如图2～图7所示。图2为10X状态下的三种不同色光的场曲曲线图，弧矢场曲线(S线)、子午场曲线(T线)基本完全重合，表明系统像散消除得很好。边缘视场的场曲控制在0.9左右，因为眼睛有一定的调节能力，所以它已经能满足观察要求。图3为10X状态下的畸变曲线图，最大的畸变出现在边缘视场，数值为1.2%左右，对目镜而言相当好。图4是10X状态下的光学传递函数图，轴上点已经基本达到理论值了。图5是20X状态场曲曲线图，表明像散与场曲都得到了较好的校正。图6是20X状态下的畸变曲线图，它表明畸变得到了较好的控制。图7是20X状态下的光学传递函数图，它表明整个光学系统的性能很好。

Claims (2)

1.一种连续变倍目镜，其特征在于：包括有从观察侧沿光轴依次排列的正光焦度的固定组、正光焦度的变倍组和负光焦度的补偿组，所述变倍组和所述补偿组为活动的组元，所述固定组和所述变倍组设置于孔径光栏和视场光栏之间，所述变倍组由两个相同的正透镜构成，所述补偿组为一个负透镜，并且满足条件：37mm< fI<42mm，28mm<fII<33mm，-51mm<fIII<-47mm，其中，fI为所述固定组的焦距，fII为所述变倍组的焦距，fIII为所述补偿组的焦距；所述固定组与所述变倍组在光轴方向的间距为6.8～22.64mm；系统短焦时，所述变倍组与所述补偿组在光轴方向的间距为40～45mm；所述补偿组与所述视场光栏在光轴方向的间距为2.76～33.6mm；所述补偿组与所述视场光栏在光轴方向的间距为2.76～33.6mm。
2.根据权利要求1所述的连续变倍目镜，其特征在于：所述固定组、所述变倍组和所述补偿组的镜片选用冕玻璃、火石玻璃、重冕玻璃、重火石玻璃中的任一种光学玻璃。
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