CN115291383A - 目镜镜头 - Google Patents

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黄慧
梁伟朝
应永茂
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    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract

本发明涉及一种目镜镜头,沿光轴从目侧至显示侧的方向,依次包括光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和平板玻璃,所述第一透镜是具有正光焦度的近轴区凸凸透镜,所述第二透镜是具有正光焦度的近轴区凸凹透镜或近轴区凹凸透镜,所述第三透镜是具有负光焦度的近轴区凹凸透镜。通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。

Description

目镜镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头领域,具体涉及一种目镜镜头。
背景技术
人眼是一种高精度的光学系统,但是人眼的光谱敏感范围不大,分辨能力也有限。随着光强不断减弱,人眼的识别能力也逐渐变差,最终无法辨识物体。在夜间,光谱范围和光强两个因素限制了人眼的分辨能力,微光夜视仪突破上述限制,帮助人在夜间微光条件下观察物体。
现今微光夜视技术已经是成熟的高新技术,微光夜视仪是发达国家生产量、装备量最大的夜视设备。随着微光夜视的需求不断增加,相应的需要不断加强。为了满足器件整体小型化、轻量化的要求,最优方案是增大目镜的观察倍率。而目镜的观察倍率与透镜组的焦距直接相关,增大目镜的观察倍率要求目镜有较高的光焦度。只使用标准的球面正透镜构成目镜,校正像差困难。
此外,带着眼镜的人,需要比较长的目视间隙,才能透过目镜看见完整的视野,通常15mm以上比较合适;许多军用目视光学仪器要求长出瞳距。对于军用的瞄准、望远系统,为防止射击时的撞击头部,需要配备眼罩、护额以保证射击手的人身安全;为避免炮弹烟雾、有毒气体等对射击手造成伤害,须佩戴防毒面具,上述这些需求都需要目镜具备长出瞳距才能保证,现有的目镜出瞳距离一般在15mm左右。
现有技术中提出的目镜系统难以在较大视场角的同时矫正像差,也难以在长出瞳距的情况下具备更高的灵敏度、分辨率。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例旨在提出一种目镜镜头,可校正光学系统色差,可实现更高像质。
本发明实施例提供一种目镜镜头,沿光轴从目侧至显示侧的方向,依次包括光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜,所述第一透镜是具有正光焦度的近轴区凸凸透镜,所述第二透镜是具有正光焦度的近轴区凸凹透镜或近轴区凹凸透镜,所述第三透镜是具有负光焦度的近轴区凹凸透镜。
优选地,所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为塑胶非球面透镜。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第一透镜的有效焦距f1满足:0.61≤f1/f≤0.97。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第二透镜的有效焦距f2满足:0.00≤f2/f≤3.68。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第三透镜的有效焦距f3满足:-0.99≤f3/f≤-0.46。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距f12满足:1.68≤f/f12≤2.43。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第二透镜和所述第三透镜的合成焦距f23满足:-0.93≤f/f23≤0.00。
优选地,所述第一透镜的有效焦距f1和所述第二透镜的有效焦距f2满足:0.00≤f1/f2≤1.77。
优选地,所述第一透镜的有效焦距f1和所述第三透镜的有效焦距f3满足:-1.82≤f1/f3≤-0.51。
优选地,所述第一透镜在光轴上的厚度CT1和所述第三透镜在光轴上的厚度CT3满足:1.02≤CT1/CT3≤4.58。
优选地,所述目镜镜头的有效焦距f和所述第一透镜的物侧面至像侧面距离TTL满足:1.08≤TTL/f≤1.29。
本发明实施例通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的目镜镜头的光学结构示意图;
图2为本发明实施例二的目镜镜头的光学结构示意图;
图3为本发明实施例三的目镜镜头的光学结构示意图。
具体实施方式
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合,附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中,实施例的形状或是厚度可扩大,并以简化或是方便标示。再者,附图中各结构的部分将以分别描述进行说明,值得注意的是,图中未示出或未通过文字进行说明的元件,为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
此处实施例的描述,有关方向和方位的任何参考,均仅是为了便于描述,而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合,这些特征可能独立存在或者组合存在,本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
如图1-图3所示,是本发明实施例的目镜镜头的光学结构示意图。所述目镜镜头用于使成像光线从显示画面经目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像,朝向眼睛的方向为目侧,朝向显示画面的方向为显示侧,沿光轴从目侧至显示侧的方向,依次包括光阑STO、第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3,第一透镜L1是具有正光焦度的近轴区凸凸透镜,第二透镜L2是具有正光焦度的近轴区凸凹透镜或近轴区凹凸透镜,第三透镜L3是具有负光焦度的近轴区凹凸透镜。通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。
在一些实施例中,沿光轴从目侧至显示侧的方向,第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3为塑胶非球面透镜。塑胶材料可降低光学系统成本,非球面有利于校正光学系统各种像差,有利于改善光学系统像质。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f与第一透镜L1的有效焦距f1满足:0.61≤f1/f≤0.97。通过合理分配单镜片焦距与系统焦距的比值,使经过单镜片的光线平缓渡过,使得单部品及组装公差较好,有良好的制造性,有利于提高光学系统解像力。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f与第二透镜L2的有效焦距f2满足:0.00≤f2/f≤3.68。通过合理分配单镜片焦距与系统焦距的比值,使经过单镜片的光线平缓渡过,使得单部品及组装公差较好,有良好的制造性,有利于提高光学系统解像力。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f与第三透镜L3的有效焦距f3满足:-0.99≤f3/f≤-0.46。通过合理分配单镜片焦距与系统焦距的比值,使经过单镜片的光线平缓渡过,使得单部品及组装公差较好,有良好的制造性,有利于提高光学系统解像力。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f与第一透镜L1和第二透镜L2的合成焦距f12满足:1.68≤f/f12≤2.43。由此,有利于平衡光学系统各种像差,有利于解像能力显著提升。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f与第二透镜L2和第三透镜L3的合成焦距f23满足:-0.93≤f/f23≤0.00。由此,有利于平衡光学系统各种像差,有利于解像能力显著提升。
在一些实施例中,第一透镜L1的有效焦距f1和第二透镜L2的有效焦距f2满足:0.00≤f1/f2≤1.77。由此,第一透镜L1和第二透镜L2的屈折力配置较为合适,可有利于减少系统像差的过度增大。
在一些实施例中,第一透镜L1的有效焦距f1和第三透镜L3的有效焦距f3满足:-1.82≤f1/f3≤-0.51。由此,第一透镜L1与第三透镜L3的屈折力配置较为合适,可降低单镜片组装敏感度。
在一些实施例中,第一透镜L1在光轴上的厚度CT1和第三透镜L3在光轴上的厚度CT3满足:1.02≤CT1/CT3≤4.58。由此,有助于透镜的成型性及均质性。
在一些实施例中,所述目镜镜头的有效焦距f和第一透镜L1的物侧面至像侧面距离TTL满足:1.08≤TTL/f≤1.29。由此,有利于实现更高像质的同时保证更小体积。
本发明实施例通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。本发明实施例的具有长出瞳距的轻量化目镜的有效焦距为18mm、出瞳距离(光阑至第一透镜物侧面距离)为20mm,因此该目镜属于长出瞳距目镜,长出瞳距目镜适用于佩戴眼镜的观察者,许多军用目视光学仪器也要求长出瞳距。本发明实施例的目镜具有出瞳距长、尺寸小、质量轻、结构简单且成本较低的特点。
下面以三个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的变焦镜头。在下面的各个实施例中,本发明实施例将光阑STO记为一面,将像面IMAGE记为一面。
具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示:
条件式 实施例一 实施例二 实施例三
0.61≤f1/f≤0.97 0.684 0.891 0.824
0.00≤f2/f≤3.68 2.903 0.708 0.595
-0.99≤f3/f≤-0.46 -0.882 -0.572 -0.646
1.68≤f/f12≤2.43 1.830 2.078 2.277
-0.93≤f/f23≤0.00 -0.718 -0.264 -0.085
0.00≤f1/f2≤1.77 0.236 1.258 1.386
-1.82≤f1/f3≤-0.51 -0.775 -1.558 -1.275
1.02≤CT1/CT3≤4.58 2.194 3.862 1.735
1.08≤TTL/f≤1.29 1.124 1.136 1.247
表1在本发明的实施例中,该变焦镜头的非球面透镜满足下列公式:
Figure BDA0003828724810000051
在上述公式中,z为沿光轴方向,垂直于光轴的高度为y的位置处曲面到顶点的轴向距离;c表示非球面曲面顶点处的曲率;k为圆锥系数;A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。
实施例一
如图1所示,在实施例一中,变焦镜头的各面的曲率半径R、厚度d、折射率Nd以及阿贝数Vd参见下表(表2):
面序号 表面类型 曲率半径R 厚度d 折射率Nd 阿贝数Vd
S0(OBJ) STANDARD Infinity Infinity
S1(STO) STANDARD Infinity 20.00
S2 EVENASPH 36.61 3.40 1.54 56
S3 EVENASPH -7.87 0.07
S4 EVENASPH 18.49 3.53 1.54 56
S5 EVENASPH 49.97 1.82
S6 EVENASPH -2.93 1.55 1.66 20.4
S7 EVENASPH -4.90 4.26
S8 STANDARD Infinity 0.70 1.52 64.2
S9 STANDARD Infinity 4.96
S10(IMA) STANDARD Infinity
表2
在实施例一中,变焦镜头的K值与非球面系数参见下表(表3):
面序号 K值 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A18 A20
S2 -8.38 -1.50E-04 3.53E-05 -9.43E-07 6.22E-09 1.42E-10 -2.64E-12 -2.53E-15 4.70E-16 -4.88E-18
S3 -8.96 8.44E-04 -8.86E-06 2.90E-08 -5.74E-09 6.49E-11 2.09E-12 -1.59E-14 -7.09E-16 7.32E-18
S4 5.55 2.64E-03 -7.57E-05 9.43E-07 6.29E-09 -2.01E-10 -1.27E-11 2.90E-13 1.68E-16 -2.58E-17
S5 54.92 1.56E-03 -1.83E-05 -8.60E-07 -2.39E-09 6.06E-10 -5.86E-12 3.73E-15 -3.12E-16 -1.24E-18
S6 -3.68 4.53E-03 -1.93E-04 4.61E-06 -1.84E-08 -1.54E-09 2.38E-11 -2.59E-14 2.50E-15 -6.96E-17
S7 -5.21 4.52E-03 -1.16E-04 1.38E-06 -3.52E-08 7.31E-09 -2.43E-10 2.68E-14 9.25E-14 -1.14E-15
表3
结合图1以及上述表1-3所示,本实施例通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。
实施例二
如图2所示,在实施例二中,变焦镜头的各面的曲率半径R、厚度d、折射率Nd以及阿贝数Vd参见下表(表4):
面序号 表面类型 曲率半径R 厚度d 折射率Nd 阿贝数Vd
S0(OBJ) STANDARD Infinity Infinity
S1(STO) STANDARD Infinity 20.00
S2 EVENASPH 9.90 4.48 1.54 55.7
S3 EVENASPH -57.19 0.07
S4 EVENASPH -68.77 3.65 1.54 55.7
S5 EVENASPH -6.36 1.83
S6 EVENASPH -2.39 1.16 1.64 23.5
S7 EVENASPH -4.44 0.23
S8 STANDARD Infinity 0.70 1.52 64.2
S9 STANDARD Infinity 8.37
S10(IMA) STANDARD Infinity
表4
在实施例二中,变焦镜头的K值与非球面系数参见下表(表5):
面序号 K值 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S2 -0.89 -4.93E-04 -4.17E-06 1.79E-07 -1.77E-09 1.66E-11 -4.54E-14 -1.11E-15
S3 32.18 -4.53E-04 -9.12E-08 2.88E-08 1.22E-09 -1.47E-12 -6.25E-14 -1.28E-15
S4 41.34 1.61E-03 -1.50E-05 7.88E-08 1.49E-09 4.92E-12 -1.37E-13 -1.37E-14
S5 -6.04 1.37E-03 4.83E-06 -3.82E-08 -7.44E-09 -1.01E-12 -1.91E-13 1.71E-14
S6 -2.77 1.51E-03 -1.86E-05 3.50E-07 -3.12E-09 -1.64E-11 1.53E-13 1.79E-15
S7 -6.16 2.19E-03 -3.65E-05 1.08E-06 -4.19E-09 -2.43E-10 1.58E-12 2.27E-13
表5
结合图2以及上述表1、4-5所示,本实施例通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。
实施例三
如图3所示,在实施例三中,变焦镜头的各面的曲率半径R、厚度d、折射率Nd以及阿贝数Vd参见下表(表6):
面序号 表面类型 曲率半径R 厚度d 折射率Nd 阿贝数Vd
S0(OBJ) STANDARD Infinity Infinity
S1(STO) STANDARD Infinity 20.00
S2 EVENASPH 9.97 4.25 1.54 55.7
S3 EVENASPH -34.27 0.18
S4 EVENASPH -13.60 3.62 1.54 55.7
S5 EVENASPH -4.42 1.88
S6 EVENASPH -2.28 2.45 1.64 23.5
S7 EVENASPH -4.65 0.28
S8 STANDARD Infinity 0.70 1.52 64.2
S9 STANDARD Infinity 9.14
S10(IMA) STANDARD Infinity
表6
在实施例三中,变焦镜头的K值与非球面系数参见下表(表7):
面序号 K值 A4 A6 A8 A10 A12
S2 -0.07 -4.09E-04 -6.43E-06 1.79E-07 -2.58E-09 1.87E-11
S3 13.37 -9.40E-05 1.50E-06 -4.90E-08 5.25E-10 6.86E-12
S4 -3.24 1.47E-03 -1.38E-05 9.80E-08 -5.18E-11 -8.70E-12
S5 -3.51 1.16E-03 -6.28E-06 4.28E-08 -1.69E-09 7.50E-13
S6 -2.33 1.14E-03 -2.20E-05 4.04E-07 -2.29E-09 -1.35E-11
S7 -3.40 8.80E-04 -1.21E-06 -1.72E-07 6.02E-09 -2.76E-11
表7
结合图3以及上述表1、6-7所示,本实施例通过合理分配镜片光焦度和形状,使经过光学系统的光线平缓进入像面,有利于光学系统校正色差,有利于实现更高像质,并减少所需光学元件的数量,减小光学系统的外形尺寸,减轻光学系统的重量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种目镜镜头,沿光轴从目侧至显示侧的方向,依次包括光阑(STO)、第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)和平板玻璃(CG),其特征在于,
所述第一透镜(L1)是具有正光焦度的近轴区凸凸透镜,所述第二透镜(L2)是具有正光焦度的近轴区凸凹透镜或近轴区凹凸透镜,所述第三透镜(L3)是具有负光焦度的近轴区凹凸透镜。
2.根据权利要求1所述的目镜镜头,其特征在于,所述第一透镜(L1)、所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)均为塑胶非球面透镜。
3.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第一透镜(L1)的有效焦距f1满足:0.61≤f1/f≤0.97。
4.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第二透镜(L2)的有效焦距f2满足:0.00≤f2/f≤3.68。
5.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第三透镜(L3)的有效焦距f3满足:-0.99≤f3/f≤-0.46。
6.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)的合成焦距f12满足:1.68≤f/f12≤2.43。
7.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)的合成焦距f23满足:-0.93≤f/f23≤0.00。
8.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述第一透镜(L1)的有效焦距f1与所述第二透镜(L2)的有效焦距f2满足:0.00≤f1/f2≤1.77。
9.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述第一透镜(L1)的有效焦距f1与所述第三透镜(L3)的有效焦距f3满足:-1.82≤f1/f3≤-0.51。
10.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述第一透镜(L1)在光轴上的厚度CT1与所述第三透镜(L3)在光轴上的厚度CT3满足:1.02≤CT1/CT3≤4.58。
11.根据权利要求1或2所述的目镜镜头,其特征在于,所述目镜镜头的有效焦距f与所述第一透镜(L1)的物侧面至像侧面距离TTL满足:1.08≤TTL/f≤1.29。
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Citations (9)

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