CN1125852A - 与光增强器配合使用的中继透镜 - Google Patents

与光增强器配合使用的中继透镜 Download PDF

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Abstract

一种用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜。包括有具有一个朝向影像的凸面和正折射率的第一和第五透镜组、具有两个凸面和正折射率的第二透镜组、具有一个朝向实物的凸面和正折射率的第三和第六透镜组、包括具有两个凸面和正折射率的第一透镜和具有负折射率并与第一透镜相连的第二透镜的第四透镜组和一个设置在第四透镜组和第五透镜组之间的光圈，第一、第二、第三、第五和第六透镜组从实物起按顺序排列。

Description

与光增强器配合使 用的中继透镜
本发明涉及用于带有光增强器的可换镜头的一种中继透镜。中继透镜改善了可换镜头的性能，具有良好的象差补偿效果和不对称的结构。该中继透镜可用于带有用在单镜头相机上的光增强器的可换镜头。
在单镜头反光照相机中，惯用的带有大孔径的标准可换镜头，作为成象的光学系统，具有以光圈为中心的对称结构，这通常被称做高斯型镜头。
当使用者用高斯型镜头在弱光下为一实物拍照时，需要使用闪光灯照亮实物。然而，如果实物周围的背景光极弱，即使使用了闪光灯也不可能正确地成象。
当周围的亮度极弱时，可以使用带有光增强器的可换镜头以增强入射光。这种带有光增强器的可换镜头，主要用于军事上的用途，如监视相机，防护镜，或是用于直升机的枪炮瞄准镜的远距离镜头。
一个带有光增强器的可换镜头示于图1。主透镜1形成实物的光学影象。一个光增强器2安装在主透镜之后用以增强影象光线。一个中继透镜3安装在光增强器2之后，并利用由光增强器2产生的光线在相机胶片表面上成象。光增强器2系由象亮化器管，即，II-管构成。
由所拍实物及射出的光入射到主透镜1，实物的影象在光增强器2的输入面上形成。在光增强器2的输入面上形成影象的光线，通过电子倍增管(未示出)增强，被增强了的光线在光增强器2的输出面上形成影象。
如上所述，入射到主透镜1上的少量光线通过光增强器2予以增强；光线的影象在光增强器2的输出面上形成；影象通过中继透镜3透射到相机主体4的胶片表面上，从而实物被拍摄成象。
由于中继透镜3具有不对称的结构，必须使用多个透镜以补偿象差，而完满地补偿象差是困难的。当使用非球面透镜以克服这一缺陷时，可以用较少的透镜进行象差的补偿，但基本的造价增加了。
本发明通过给带有光增强器的可换镜头配置中继透镜而克服了现有技术存在的问题和缺陷，中继透镜具有一个负折射率的透镜单元和具有正折射率的多个透镜，这些正折射率的透镜彼此间是不对称的。中继透镜有效地补偿了象差，甚至在光线微弱的条件下所拍摄的照片也可以和标准的相机相匹敌。
为达到此目的，并根据本发明的意图，如本文所体现和广泛描述的，本发明的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜，包括至少一个具有负折射率的透镜单元和多个具有正折射率，彼此不对称的透镜。
根据本发明的另一个方面，中继透镜包括一个第一透镜组，该透镜组具有一个朝向成象面的凸面和正的折射率；一个具有两个凸面和正折射率的第二透镜组；一个具有一个朝向实物的凸面和正折射率的第三透镜组；一个第四透镜组，该透镜组包括具有两个凸面和正折射率的第一透镜和具有负折射率的第二透镜，第一和第二透镜彼此相连；一个具有一个朝向成象面的凸面和正折射率的第五透镜组。在第四透镜组和第五透镜组之间设置有一个光圈。
本发明的其它的目的和优点，一部分将在下面的叙述中陈述，一部分可在叙述中明显看出，或在实践本发明的过程中了解到。本发明的目的和优点，可借助于所附权利要求所特别指出的元件及其组合得以实现。
包括在本说明中并构成本说明一部分的附图与说明书一起，说明了本发明的一个实施例，并用于解释本发明的原则。附图中，
图1为带有一个用于带光增强器的可换镜头的惯用中继透镜的照相机的示意图；
图2为本发明第一个优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜的示意说明；
图3A～3C各图表示了本发明第一优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜的COMA象差的程度；
图4为说明本发明第一优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜中象散和畸变程度的图形；
图5为本发明第二个优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜的示意图；
图6A～6C各图表示了本发明第二优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜的COMA象差的程度；
图7为说明本发明第二优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜中象散和畸变程度的图形。
现在就本发明的第一和第二优选实施例进行详细的说明，其中的例子示于附图中，在所有的图中，涉及相同或相似的部件，无论在那里，将使用相同的参考数字。
在图2和图5中表示了用于带有光增强器的可换镜头的一个中继透镜，包括有一个第一透镜组I，一个第二透镜组II，一个第三透镜组III，一个第四透镜组IV，一个第五透镜组V，和一个第六透镜组VI，这些透镜组从实物0依次顺序排列。在图2和5中，Vx指的是面x，dx表示面x和面x＋1之间的距离。
第一透镜组I具有一个朝向成象面P的凸面和正折射率。第二透镜组II具有两个凸面和正折射率。第三透镜组III具有一个朝向实物0的凸面和正折射率。第四透镜组IV包括一个具有两个凸面和正折射率的第一透镜和一个与第一透镜相连具有负折射率的第二透镜。第五透镜组V具有一个朝向成象面P的凸面和正折射率。第六透镜组VI具有一个朝向实物0的凸面和正折射率。
由于用于带有光增强器的可镜头的中继透镜包括有一个安装在第四透镜组IV和第五透镜组V之间的光圈10(又称作“光阑”)，所以它具有不对称结构。
由于惯用的带有光增强器的可换镜头的光增强器的一个输出面为一曲面，鉴于此，按照本发明的一个优选实施例的中继透镜用来对象差进行补偿。
用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜优选地满足以下关系：
关系(1)：0.23×r6＜|r7|＜r6
关系(2)：|r13|＞f
关系(3)：|f10|＞f
关系(4)：0.24×r8＜|r9|＜r8
关系(5)：|r11|＞0.54×f
关系(6)：0.93×f＜|A|＜f
关系(7)：f＜fB＜2×f
关系(8)：|r11|＜1.1×fB
其中rx(x＝1，2，3，......)为以Vx示出的透镜表面x的曲率半径，A为从实物到第一透镜组的第一表面的距离，f为整个透镜系统的组合焦距，而fB为后焦距。
关系(1)到(8)涉及曲率半径和距离，而本发明优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜满足关系(1)到(8)。
另外，本发明第一和第二优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜满足以下关系：
关系(9)：0.4×r9＜r7＜|r8|
上述关系(9)描述了补偿球面象差和彗形(COMA)象差。如果r7的值小于关系(9)中所界定的下限，即，0.4×r9＞r7，则象差的补偿是不充分的。如果r7的值超过了关系(9)中所界定的上限，即r7＞|r8|，则将出现COMA象差。
另外，本发明第一和第二优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜满足以下关系：
关系10：0.57×r6＜r7＜fB
上述关系(10)涉及通过缩短后焦距制造小型照相机。
中继透镜还可满足以下的关系(11)和(12)：
关系(11)：r13＞0.7×fB
关系(12)：0.35×fB＜r3＜r4
上述的关系(11)和(12)涉及透镜的制造。当关系(11)和(12)不能满足时，将发生场曲象差。
另外，本发明第一和第二优选实施例的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜满足以下关系：
关系(13)：0.18×r12＜4T＜r13其中，4T为第四透镜组IV的厚度。
上述关系(13)涉及当一个离开光轴的点的影象以直线或椭圆形状形成在对COMA和球形象差进行补偿的透镜上时的象散的补偿。如果4T的值小于关系(13)所界定范围的下限，是可以对象散进行补偿的。但是如果4T的值超过关系(13)所界定范围的上限，则不可能补偿象散。
中继透镜还可满足如下的关系(14)。
关系(14)：d2＋d4＋d6＜d1其中，d1为第一透镜组的厚度，d2为第一透镜组和第二透镜组之间的距离，d4为第二透镜组和第三透镜组之间的距离，而d6为第三透镜组和第四透镜组之间的距离。关系(14)描述了各透镜组之间的距离。
本发明第一实施例的中继透镜的一组典型的参数值在表1中给出。
                      表1表面号    曲率半径    距离    折射率    色散系数    玻璃1        -72.917     3.63    1.716     59.6        LACB2        -25.981     0.16    1.0                   AIR3        106.492     2.51    1.776     54.8        TAF14       -131.814     0.1     1.0                   AIR5         20.095     3.57    1.776     54.8        TAF16         80.333     0.1     1.0                   AIR7         18.367     4.53    1.625     64.3       BACD158        -45.639     3.2     1.812     27.8        FD609         10.734     7.74    1.0                   AIR10        光圈       2.15    1.0                   AIR11         ∞        2.4     1.716     59.6        LAC812       -39.965     2.74    1.0                   AIR13        51.719     2.34    1.776     54.8        TAF114         ∞       42.1272  1.0                   AIR15         0.0000    0.0000  1.0                   AIR其中列入“玻璃”一栏中的各项表示玻璃的类型而距离是以毫米给出的。
后焦距(BFL)fB为42.13，有效焦距(EFL)为21.01，透镜的总放大率为2.34，而根据本发明的第一优选实施例光圈的值(亦称“F数即光圈数”)为3.69。
根据第一实施例的中继透镜的COMA像差的范围示于图3A～3C。图4给出了第一实施例的中继透镜的象散和畸变的程度。
本发明第二实施例的中继透镜的一组典型的参数值在表2中给出。
                       表2表面号    曲率半径    距离    折射率    色散系数     玻璃1        -89.892     3.6     1.716     59.6         LACB2        -25.584     0.1     1.0                    AIR3        132.000     2.8     1.776     54.8         TAF14       -132.000     0.1     1.0                    AIR5        19.451      4.0     1.776     54.8         TAF16        76.213      0.1     1.0                    AIR7        17.672      4.8     1.625     64.3        BACD158       -42.629      2.39    1.812     27.8         FD609        10.453      3.06    1.0                    AIR10        光圈        7.22    1.0                    AIR11       346.304      2.5     1.716     59.6         LAC812       -65.396      0.1     1.0                    AIR13       79.228       3.0     1.776     54.8         TAF114       -79.228    41.58065  1.0                    AIR15        0.0000     0.0000   1.0                    AIR
后焦距(BFL)fB为41.59，有效焦距(FEL)为21.01，透镜的总放大率为2.31，而本发明第二优选实施例的光圈的值(即，F数)为3.39。
如上所述，在本发明的优选实施例中，用于带有光增强器的可换镜头的透镜的象差补偿作用改善了，因此，使用者用带有光增强器的可换镜头即使在光线黑暗的条件下所拍摄的照片也可以和标准相机相匹敌。
图6A～6C示出了根据第二实施例的中继透镜的COMA象差的程度。图7给出了按照第二实施例的中继透镜的象散的程度。
另外，根据本发明的用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜包括一个具有负折射率的透镜单元和具有正折射率的多个透镜，且具有不对称的结构，因此，球面象差和象散可以有效地得到补偿，使透镜系统具有高性能。
对于熟悉此技术的人来讲，依照在这里公开的本发明所说明的原理和实践，本发明的其它实施例将是很明显的。所作的说明和例子是仅作为示例性的，本发明的真正的目的和精神将由下面的权利要求指明。

Claims (17)

1、一种用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜，可换镜头形成实物的影象，中继透镜包括：
一个第一透镜组，它具有一个朝向影象的凸面和正的折射率；
一个第二透镜组，它具有两个凸面和正的折射率；
一个第三透镜组，它具有一个朝向实物的凸面和正的折射率；
一个第四透镜组，它包括具有两个凸面和正折射率的第一透镜和具有负折射率的第二透镜，第一透镜与第二透镜相邻接；
一个第五透镜组，它具有一个朝向影象的凸面和正的折射率；
一个第六透镜组，它具有一个朝向实物的凸面和正的折射率；以及
一个设置在第四透镜组和第五透镜组之间的光圈；
其中，第一、第二、第三、第五和第六透镜组从实物起按顺序排列。
2、根据权利要求1的中继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
           0.23×r6＜|r7|＜r6
           |r13|＞f
           |f10|＞f
           0.24×r8＜|r9|＜r8
           |r11|＞0.54×f
           0.93×f＜|A|＜f
              f＜fB＜2×f
             |r11|＜1.1×fB
其中ri(i＝1，2，3，......)：第i个透镜组的曲率半径，
A：实物到第一透镜组的第一表面的距离，
B：整个透镜系统的组合焦距，以及
fB：后焦距。
3、根据权利要求1的中继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
               0.4×r9＜r7＜|r8|
4、根据权利要求1的中继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
               0.57×r6＜r7＜fB
5、根据权利要求1中的继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
               r13＞0.7×fB
               0.35×fB＜r3＜r4
6、根据权利要求1的中继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
               0.18×r12＜4T＜r13其中4T为第四透镜组的厚度。
7、根据权利要求1的中继透镜，其特征在于中继透镜具有下述特性：
        d2＋d4＋d6＜d1其中，d1：第一透镜组的厚度，
d2：第一透镜组和第二透镜组之间的距离，
d4：第二透镜组和第三透镜组之间的距离，以及
d6：第三透镜组和第四透镜组之间的距离，
fB：后焦距。
8、一种可换镜头，包括：
用于形成实物第一影象的第一装置；
用于增强第一影象的亮度的第二装置；以及
利用来自第二装置的光线形成第二影象的第三装置；
其中，第三装置包括：
一个第一透镜组，它具有一个朝向第二影象的凸面和正折射率；
一个第二透镜组，它具有两个凸面和正的折射率；
一个第三透镜组，它具有一个朝向实物的凸面和正的折射率；
一个第四透镜组，它包括具有两个凸面和正折射率的第一透镜和具有负折射率的第二透镜，第一透镜与第二透镜相邻接；
一个第五透镜组，它具有一个朝向第二影象的凸面和正的折射率；和
一个第六透镜组，它具有一个朝向实物的凸面和正的折射率；
其中，第一、第二、第三、第五和第六透镜组从实物起按顺序排列。
9、根据权利要求8的镜头，其特征在于第三装置具有下述特性：
           0.4×r9＜r7＜|r8|
10、根据权利要求8的镜头，其特征在于第三装置具有下述特性：
           0.57×r6＜r7＜fB
11、根据权利要求8的镜头，其特征在于第三装置具有下述特性：
           r13＞0.7×fB
           0.35×fB＜r3＜r4
12、根据权利要求8的镜头，其特征在于第三装置具有下述特性：
           0.18×r12＜4T＜r13其中4T为第四透镜组的厚度。
13、根据权利要求8的镜头，其特征在于第三装置具有下述特性：
          d2＋d4＋d6＜d1其中，d1：第一透镜组的厚度，
  d2：第一透镜组和第二透镜组之间的距离，
  d4：第二透镜组和第三透镜组之间的距离，和
  d6：第三透镜组和第四透镜组之间的距离，
  fB：后焦距。
14、一种用于带有光增强器的可换镜头的中继透镜，可换镜头形成实物的影象，中继透镜包括：
至少一个具有负折射率的透镜单元；和
多个具有正折射率且彼此间不对称的透镜。
15、根据权利要求14的中继透镜，其特征在于所述的多个透镜包括：
一个第一透镜组，它具有一个朝向影象的凸面和正的折射率；
一个第二透镜组，它具有两个凸面和正的折射率；
一个第三透镜组，它具有一个朝向实物的凸面和正的折射率；和
一个第四透镜组，它包括具有两个凸面和正折射率的第一透镜和具有负折射率的第二透镜，第一透镜和第二透镜相邻接。
16、根据权利要求14的中继透镜，其特征在于所述的至少一个透镜单元包括具有一个朝向影象的凸面和正折射率的第五透镜组，和具有一个朝向实物的凸面和正折射率的第六透镜组。
17、根据权利要求15的中继透镜，其特征在于所述的至少一个透镜单元包括具有一个朝向影象的凸面和正折射率的第五透镜组，和具有一个朝向实物的凸面和正折射率的第六透镜组；还包括一个设置在第四透镜组和第五透镜组之间的光圈；而其中的第一、第二、第三、第五和第六透镜组从实物起按顺序排列。
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