CN103631012A - 具有玻璃非球面的变焦目镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有玻璃非球面的变焦目镜,解决了现有变焦目镜畸变较大、观察视角比较小的问题，其特征在于：从目方至物方依次包括正光焦度固定接目非球面第一透镜，正光焦度像面移动补偿透镜组，负光焦度变焦移动透镜组；所述非球面为至少二次方或二次方以上的非球面表面，非球面透镜采用光学玻璃制成，且满足：变焦比3倍、短焦视角≥60°、出瞳距离≥16毫米。全焦距范围畸变小、长出瞳距、平场、成像清晰，短焦广角的变焦目镜；镜片口径及变焦目镜长度得到更好的控制；易清理、耐磨，具有抵抗恶劣环境变化的能力。

Description

具有玻璃非球面的变焦目镜

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种具有玻璃非球面的变焦目镜。

背景技术

现有技术中，变焦目镜一般采用4片至9片镜片组成，不采用非球面的目镜，都有比较大的畸变，观察视角也比较小。如专利公开号为CN1092180A，提供的一种目视光学仪器的带分划连续变焦目镜，它是在已有的具有虚焦面正焦距连续变焦目镜的轴向导筒内，在正、负变焦镜组间设置一个带分划导螺的分划组，由变焦曲线导筒的增设分划曲线槽控制其轴向移动，在整个变焦范围内其分划与接目镜和正变焦镜组的合成实焦面重合，并与目镜系统的虚焦面共轭。而采用非球面结构透镜也只限于胶合镜片方面，如专利公开号为CN102289053A的一种具有非球面胶合镜片的广角镜头，从物方至像方依次包括有：具有负光焦度的第一透镜和第二透镜，有正光焦度的第三透镜，有负光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，第四透镜和第五透镜胶合而形成具有正光焦度的胶合透镜，胶合透镜的接合面至少为二次方或以上的非球面表面，并且满足BFL/EFL≥3.0，其中空气中的距离BFL为广角镜头的第五透镜元件像方侧最外点至成像面的距离，EFL为广角镜头的焦距值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有变焦目镜畸变较大、观察视角比较小的问题，提供一种结构设计合理，变焦比不小于3倍，全焦距范围畸变小的具有玻璃非球面的变焦目镜。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于：从目方至物方依次包括正光焦度固定接目非球面第一透镜，正光焦度像面移动补偿透镜组，负光焦度变焦移动透镜组；所述非球面为至少二次方或二次方以上的非球面表面，非球面透镜采用光学玻璃制成，且满足：变焦比3倍、短焦视角≥60°、出瞳距离≥16毫米。由于目镜的焦距较短，视场大，孔径光栏在目镜光学系统的外部，这样要矫正轴外非对称像差，如彗差、倍率色差、畸变是非常困难的，其中，广角目镜的畸变就更显得突出，本技术方案在目方第一透镜上采用非球面型结构，通过试验以获得消除畸变的最佳方法，且非球面透镜采用光学玻璃，适用环境温度恶劣的野外使用。

作为优选，所述的正光焦度像面移动补偿透镜组由四透镜组成，分别是单片正光焦度透镜的第二透镜，由第三和第四透镜组合的正光焦度胶合透镜，以及单片正光焦度透镜的第五透镜。由正光焦度像面移动补偿透镜组对变焦时的焦点偏差进行补偿。

作为优选，所述的正光焦度像面移动补偿透镜组为一个移动组件。在设定距离内移动调整获取最佳焦点偏差补偿值。由四透镜分别按不同曲线移动，实现目镜焦距变化，且成像面保持稳定。

作为优选，所述的第一透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥56；第二、第四、第五透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥55；第三透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30。Nd表示透镜材料d光折射率，Vd表示透镜材料d光阿贝常数。

作为优选，所述的负光焦度变焦移动透镜组包括三透镜，分别为单片负光焦度透镜的第六透镜，由第七、第八透镜组合的负光焦度胶合透镜。第六透镜、第七、第八透镜组合的负光焦度胶合透镜按不同曲线移动，实现目镜焦距变化。

作为优选，所述的负光焦度变焦移动透镜组为一个移动组件。结构紧凑，减小整体目镜体积。

作为优选，所述的第六透镜满足：Nd≥1.712，Vd≥25，第七透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30，第八透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥55。

作为优选，所述的正光焦度像面移动补偿透镜组和负光焦度变焦移动透镜组之间设置视场光阑，视场光阑随像面位置移动。在实际光学系统中，不仅物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束宽度是有限的，而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。视场光阑的设计保持变焦过程始终有清晰的视场边缘。

本发明的有效效果是：全焦距范围畸变小、长出瞳距、平场、成像清晰，短焦广角的变焦目镜；镜片口径及变焦目镜长度得到更好的控制，变焦比3倍、出瞳距离≥16毫米、畸变≤2％、具有优良的光学品质，短焦时视角62°(ApparentFOV67°)；采用光学玻璃制作的非球面透镜，易清理、耐磨，具有抵抗恶劣环境变化的能力。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的两个透镜组移动曲线结构示意图。

图3是本发明的变焦目镜长焦距时传递函数MTF示意图。

图4是本发明的变焦目镜长焦距时场曲、畸变(％)示意图。

图5是本发明的变焦目镜中焦距时传递函数MTF示意图。

图6是本发明的变焦目镜中焦距时场曲、畸变(％)示意图。

图7是本发明的变焦目镜短焦距时传递函数MTF示意图。

图8是本发明的变焦目镜短焦距时场曲、畸变(％)示意图。

图中：1.第一透镜，2.第二透镜，3.第三透镜，4.第四透镜，5.第五透镜，6.第六透镜，7.第七透镜，8.第八透镜，IMA.视场光阑。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

参见图1，本实施例的一种具有玻璃非球面的变焦目镜，其结构是：从目方至物方依次为接目非球面第一透镜1，正光焦度像面移动补偿透镜组和负光焦度变焦移动透镜组。其中非球面第一透镜1为二次方以上的非球面表面，非球面透镜采用光学玻璃制成，且变焦比3倍、短焦视角≥60°、出瞳距离为18毫米。第1透镜元件具有正光焦度，R1为球面，R2为非球面，第1透镜变焦过程中不移动，为固定透镜。

第1透镜元件偶次非球面R2的旋转偶次非球面表面的矢高z由下式方程得：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_4{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_5{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

其中：c为曲率(半径所对应的1/R)，r是以透镜长度单位为单位的径向坐标，k为圆锥系数(conic)。a1，a2，a3，a4….非球面系数。

表面R2非球面系数如下表：

正光焦度像面移动补偿透镜组是由四透镜组成的一个移动组件，其中包括第二透镜，由第三和第四透镜组合的正光焦度胶合透镜，以及单片正光焦度透镜的第五透镜。这组透镜的材料d光折射率Nd、透镜材料d光阿贝常数Vd分别如下：第一透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥56；第二、第四、第五透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥55；第三透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30。这里的第2透镜元件为单片透镜，具有正光焦度；第3透镜元件具有负光焦度，第4透镜元件具有正光焦度；第5透镜元件具有正光焦度。

负光焦度变焦移动透镜组是由三透镜组成的一个移动组件，即：第六透镜，由第七、第八透镜组合的负光焦度胶合透镜。这组透镜的材料d光折射率Nd、透镜材料d光阿贝常数Vd分别如下：第六透镜满足：Nd≥1.712，Vd≥25，第七透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30，第八透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥55。这组中，第6透镜元件为单片负光焦度透镜；第7透镜元件具有正光焦度，第8透镜元件具有负光焦度。

在正光焦度像面移动补偿透镜组和负光焦度变焦移动透镜组之间设置视场光阑，即视场光阑位于第5、第6透镜之间，视场光阑可随像面位置移动。如图2所示，是正光焦度像面移动补偿透镜组和负光焦度变焦移动透镜组两个透镜组移动曲线结构示意图。负光焦度变焦移动透镜组件、正光焦度像面移动补偿透镜组件分别按图示曲线移动，实现目镜焦距变化，且成像面保持稳定。

本技术方案的MTF曲线如图3、图5、图7所示，分别是变焦目镜长、中、短焦距时传递函数MTF的示意图。MTF曲线图表示了一个光学系统的综合解像水平，畸变(％)表示了物体经过光学系统后的变形比例，人眼不能明显的感受到2％以内的畸变变形。

图4、图6、图8分别是本发明的变焦目镜长、中、短焦距时场曲、畸变(％)示意图。其中左图表示每一个波长细光束子午、孤矢场曲，单位为mm，右图为归一化百分比畸变，畸变属于主光线像差，反映物象的相似程度，从图中可看出，物像完全相似。

附表二是本发明涉及的一种变焦目镜半径间隔材料参数表。

附表三是本发明涉及的一种变焦目镜光学性能表。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、工艺均属于本发明的保护范围。

表二本发明涉及的一种具有玻璃非球面的变焦目镜的各项参数表(即变焦目镜半径间隔材料参数表)：

附表三本发明涉及的一种具有玻璃非球面的变焦目镜的各项光学性能表(即变焦目镜光学性能表)：

Claims (8)

1.一种具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于：从目方至物方依次包括正光焦度固定接目非球面第一透镜（1），正光焦度像面移动补偿透镜组，负光焦度变焦移动透镜组；所述非球面为至少二次方或二次方以上的非球面表面，非球面透镜采用光学玻璃制成，且满足：变焦比3倍、 短焦视角≥60°、出瞳距离≥16毫米。

2.根据权利要求1所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于所述的正光焦度像面移动补偿透镜组由四透镜组成，分别是单片正光焦度透镜的第二透镜，由第三和第四透镜组合的正光焦度胶合透镜，以及单片正光焦度透镜的第五透镜。

3.根据权利要求1或2所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于所述的正光焦度像面移动补偿透镜组为一个移动组件。

4.根据权利要求1或2所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于所述的第一透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥56；第二、第四、第五透镜满足：Nd≥1.5163，  Vd≥55；第三透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30。

5.根据权利要求1或2所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于所述的负光焦度变焦移动透镜组包括三透镜，分别为单片负光焦度透镜的第六透镜，由第七、第八透镜组合的负光焦度胶合透镜。

6.根据权利要求5所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于所述的负光焦度变焦移动透镜组为一个移动组件。

7.根据权利要求5所述的具有玻璃非球面的变焦目镜，其特征在于，第六透镜满足：Nd≥1.712，Vd≥25，第七透镜满足：Nd≥1.712，Vd≤30，第八透镜满足：Nd≥1.5163，Vd≥55。

8.根据权利要求1或2所述的具有玻璃非球面的变焦目镜构，其特征在于，所述的正光焦度像面移动补偿透镜组和负光焦度变焦移动透镜组之间设置视场光阑，视场光阑随像面位置移动。

Images