CN117991497A - 一种高变倍比成像的目镜镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高变倍比成像的目镜镜头，涉及光学技术领域，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中，所述第一透镜组包括具有正屈折力的第一透镜；所述第二透镜组包括具有正屈折力的第二透镜和具有负屈折力的第三透镜，所述第二透镜和所述第三透镜位于同一光轴；所述目镜镜头满足以下条件式：0.97<|F/F1|+|F/F2|<1.00；其中，F1表示所述第一透镜组的焦距，F2表示所述第二透镜组的焦距，F表示所述目镜镜头的有效焦距。本发明有助于实现目镜镜头小体量的同时提升目镜镜头的像差校正效果。

Description

一种高变倍比成像的目镜镜头

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种高变倍比成像的目镜镜头。

背景技术

目镜作为一种典型的大像差目镜镜头，通常与物镜搭配使用，主要应用于显微镜、望远镜等产品中，具有光阑外置和低畸变的特征，随着技术的发展，其像质有明显提升。

公开号为CN111258053A的中国专利公开了一种目镜镜头及近眼显示系统，该目镜镜头包括从像侧到物侧之间共光轴依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和平板玻璃，其中，除第三透镜具有负光焦度外，其他透镜具有正光焦度，除第四透镜为双凸透镜外，其他透镜为凸凹透镜。但是上述方案提供的目镜镜头的光学结构较为复杂并且对目镜镜头的像差校正效果较差，因此，提供一种高变倍比成像的目镜镜头，能够在实现目镜镜头小体量的同时提升目镜镜头的像差校正效果，是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高变倍比成像的目镜镜头，能够在实现目镜镜头小体量的同时，提升目镜镜头的像差校正效果。

本发明提供了一种高变倍比成像的目镜镜头，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中，

所述第一透镜组包括具有正屈折力的第一透镜；

所述第二透镜组包括具有正屈折力的第二透镜和具有负屈折力的第三透镜，所述第二透镜和所述第三透镜位于同一光轴；

所述目镜镜头满足以下条件式：

0.97<|F/F1|+|F/F2|<1.00；

其中，F1表示所述第一透镜组的焦距，F2表示所述第二透镜组的焦距，F表示所述目镜镜头的有效焦距。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一透镜的物侧面近光轴处为凸面，所述第一透镜的像侧面近光轴处为凸面，所述第一透镜中物侧面的曲率半径等于所述第一透镜中像侧面的曲率半径。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第二透镜的物侧面近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面近光轴处为凸面，所述第二透镜中物侧面的曲率半径小于所述第二透镜中像侧面的曲率半径。

更进一步优选的，所述第三透镜的物侧面近光轴处为凹面，所述第三透镜的像侧面近光轴处为凹面，所述第三透镜中物侧面的曲率半径等于所述第三透镜中像侧面的曲率半径。

更进一步优选的，所述第三透镜满足以下条件：

-0.74≤(R31+R32)/(R31-R32)≤-0.73；

其中，R31为所述第三透镜中物侧面的曲率半径，R32为所述第三透镜中像侧面的曲率半径。

更进一步优选的，所述目镜镜头的有效焦距与所述第一透镜组的焦距满足以下条件：

0.68＜F/F1＜0.74

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，F1表示所述第一透镜组的焦距。

更进一步优选的，所述目镜镜头的有效焦距与所述第二透镜组的焦距满足以下条件：

0.26＜F/F2＜0.28

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，F2表示所述第二透镜组的焦距。

更进一步优选的，所述目镜镜头的光学总长与所述目镜镜头的有效焦距满足以下条件：

3.07＜TTL/F＜3.11

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，TTL表示所述目镜镜头的光学总长。

更进一步优选的，所述目镜镜头的入瞳距离大于或等于84mm，所述目镜镜头的入瞳直径为8mm。

更进一步优选的，所述第二透镜和所述第三透镜相互胶合组成胶合透镜。

本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头相对于现有技术具有以下有益效果：

（1）通过对高变倍比成像的目镜镜头中三片透镜的屈折力进行合理的配置使得目镜镜头具有优良的放大倍数和像差校正效果，即将第一透镜设置为具有正屈折力，有利于使大角度的入射光线进入到目镜镜头中，具有正屈折力的第二透镜能够使得经由第一透镜的入射光线更加平缓地进入目镜镜头中，当光线进入具有负屈折力的第三透镜时，平衡光线经第一透镜和第二透镜时产生的像差，从而校正边缘像差，同时具有正屈折力的第二透镜能够与具有负屈折力的第三透镜的相配合，有利于平衡第二透镜产生的球差，并且第一扩束透镜组与第二扩束透镜组满足0.97<|F/F1|+|F/F2|<1.00，有利于缩短目镜镜头的总长实现小型化设计；

（2）当光线通过光阑进入具有正屈折力的第一透镜时，由于第一透镜的物侧面、像侧面于近光轴处均为凸面的设计，可以对进入第一透镜的光线进行压缩，使得入射光线平缓过渡，并使得中心和边缘视场光线均得到有效会聚，从而校正边缘像差，再结合第二透镜的物侧面、像侧面于近光轴处均为凸面的设置，能够有效校正目镜镜头产生的像差，减小畸变，从而提高目镜镜头的成像清晰度，提高目镜镜头的成像质量，第二透镜配合具有负屈折力的第三透镜，能够平衡光线经第一透镜和第二透镜时产生的像差，并修正色差，以提高目镜镜头的成像质量；

（3）当高变倍比成像的目镜镜头中的第三透镜满足-0.73≤(R31+R32)/(R31-R32)≤-0.74时，能够合理配置第三透镜的物侧面与像侧面于光轴处的曲率半径之间的关系，有利于合理配置第三透镜的形状，从而合理分配和第三透镜在高变倍比成像的目镜镜头中承担的光学偏折角，使得光线能够在第三透镜平缓过渡，降低高变倍比成像的目镜镜头的像差敏感度，同时也有利于第三透镜有效改善像散和像差，进而有利于提升高变倍比成像的目镜镜头的成像质量。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头的结构示意图；

图2为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头的像散畸变曲线图；

图3为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头的传递函数曲线示意图；

图4为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头的镜头点阵图；

图5为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头在0视场、0.3视场以及0.5视场的横向像差曲线图；

图6为本发明提供的高变倍比成像的目镜镜头在0.7视场、0.85视场以及1.0视场的横向像差曲线图。

附图标记说明：1、第一透镜组；11、第一透镜；2、第二透镜组；21、第二透镜；22、第三透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术用语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

请参阅图1，本申请实施例公开一种高变倍比成像的目镜镜头，包括第一透镜组1和第二透镜组2，其中，

第一透镜组1包括具有正屈折力的第一透镜11，第一透镜11的物侧面近光轴处为凸面，第一透镜11的像侧面近光轴处为凸面，第一透镜11中物侧面的曲率半径等于第一透镜11中像侧面的曲率半径。通过设置目镜镜头的第一透镜11具有正屈折力，第一透镜11的物侧面于近光轴处为凸面，有利于增强轴上视场光线的会聚，从而有利于缩短目镜镜头的总长，实现小型化设计。

第二透镜组2包括具有正屈折力的第二透镜21和具有负屈折力的第三透镜22，第二透镜21和第三透镜22位于同一光轴。

第二透镜21的物侧面近光轴处为凸面，第二透镜21的像侧面近光轴处为凸面，第二透镜21中物侧面的曲率半径等于第二透镜21中像侧面的曲率半径。第二透镜21可配合第一透镜11的正屈折力有效展现望远性质，缩短目镜镜头的总长度。

第三透镜22的物侧面近光轴处为凹面，第三透镜22的像侧面近光轴处为凹面，第三透镜22中物侧面的曲率半径小于第三透镜22中像侧面的曲率半径。

在一个示例中，第一透镜11、第二透镜21以及第三透镜22均为球面透镜。

在本实施例中，第二透镜21和第三透镜22相互胶合组成胶合透镜，可以有效矫正目镜镜头的色差、降低目镜镜头的偏心敏感度，还可以平衡目镜镜头的像差，提升目镜镜头的成像品质，还可以降低目镜镜头的组装敏感度，进而降低目镜镜头的加工工艺难度，提高目镜镜头的组装良率。

在本实施例中，高变倍比成像的目镜镜头中共有三片具有屈折力的透镜，高变倍比成像的目镜镜头沿光轴由物侧至像侧依次为光阑、第一透镜11、第二透镜21、第三透镜22以及成像面，成像时，光线由第一透镜11的物侧依次进入第一透镜11、第二透镜21以及第三透镜22，并最终成像于高变倍比成像的目镜镜头的成像面上。

通过对高变倍比成像的目镜镜头中三片透镜的屈折力进行合理的配置使得目镜镜头具有优良的放大倍数和球差校正效果，当光线通过光阑进入具有正屈折力的第一透镜11时，由于第一透镜11的物侧面、像侧面于近光轴处均为凸面的设计，可以对进入第一透镜11的光线进行压缩，使得入射光线平缓过渡，以提高目镜镜头的相对照度，并使得中心和边缘视场光线均得到有效会聚，从而校正边缘像差；再结合第二透镜21的物侧面、像侧面于近光轴处均为凸面的设置，能够使得入射光线的过渡更加平缓，在提高目镜镜头的相对照度的同时，能够有效校正目镜镜头产生的像差，减小畸变，从而提高目镜镜头的成像清晰度，提高目镜镜头的成像质量，第二透镜21配合具有负屈折力的第三透镜22，能够平衡光线经第一透镜11和第二透镜21时产生的像差，并修正色差，以提高目镜镜头的成像质量，同时第三透镜22的像侧面于近光轴处为凹面，有利于修正目镜镜头的场曲，以提高目镜镜头的成像质量。

在本发明实施例中，高变倍比成像的目镜镜头满足以下条件：

-0.74≤(R31+R32)/(R31-R32)≤-0.73

0.68＜F/F1＜0.74

0.26＜F/F2＜0.28

3.07＜TTL/F＜3.11

其中，R31为第三透镜22中物侧面的曲率半径，R32为第三透镜22中像侧面的曲率半径，F表示目镜镜头的有效焦距，F1表示第一透镜组1的焦距，F2表示第二透镜组2的焦距，TTL表示目镜镜头的光学总长。

当第一透镜组1的焦距、第二透镜组2的焦距以及目镜镜头的有效焦距满足0.97<|F/F1|+|F/F2|<1.00时，有利于缩短目镜镜头的总长实现小型化设计，同时第一透镜组1及第二透镜组2的屈折力较为合适，可使目镜镜头展现其望远效果，并有助于缩短目镜镜头的总长，当目镜镜头满足0.68＜F/F1＜0.74和0.26＜F/F2＜0.28时，可避免第一透镜组1正屈折力太弱而丧失与第二透镜组2正屈折力配合的功能，提升各透镜的匹配能力。

当高变倍比成像的目镜镜头中的第三透镜22满足上述关系等式时，能够合理配置第三透镜22的物侧面与像侧面于光轴处的曲率半径之间的关系，有利于合理配置第三透镜22的形状，从而合理分配和第三透镜22在高变倍比成像的目镜镜头中承担的光学偏折角，使得光线能够在第三透镜22平缓过渡，降低高变倍比成像的目镜镜头的像差敏感度，同时也有利于第三透镜22有效改善像散和像差，进而有利于提升高变倍比成像的目镜镜头的成像质量。

在本实施例中，目镜镜头的入瞳距离大于或等于84mm，目镜镜头的入瞳直径为8mm。

在本发明的一个实施例中，各个镜片具体参数如表1所示。表1示出了高变倍比瞄准镜目镜镜头的各透镜的曲率半径R、厚度T以及镜片材料，其中，曲率半径R、厚度T以及焦距F的单位均为毫米(mm)。

表1

其中，面号1对应的透镜面和面号2对应的透镜面分别为第一透镜11的物侧面和像侧面，面号3对应的透镜面为第二透镜21的物侧面，面号4对应的透镜面为第二透镜21和第三透镜22的结合面，面号5对应的透镜面为第三透镜22的像侧面。

与表1匹配的高变倍比成像的目镜镜头总体参数如下：

目镜镜头的光学总长TTL=137.8154mm；

目镜镜头的入瞳距离EP=84.33mm；

目镜镜头的直径D=8mm；

第一透镜组1的焦距F1=63.7361mm；

第二透镜组2的焦距F2=164.2727mm；

高变倍比成像的目镜镜头的有效焦距为F=44.3996mm；

第一透镜组1的焦距、第二透镜组2的焦距以及目镜镜头的有效焦距满足|F/F1|+|F/F2|=0.9669；

第三透镜22的曲率半径满足(R31+R32)/(R31-R32)=-0.7405；

目镜镜头的有效焦距与第一透镜组1的焦距满足F/F1=0.6966；

目镜镜头的有效焦距与第二透镜组2的焦距满足F/F2=0.2702；

目镜镜头的光学总长与目镜镜头的有效焦距满足TTL/F=3.1039。

请参阅图2，图2为高变倍比成像的目镜镜头的像散畸变曲线图，图2左侧为高变倍比成像的目镜镜头的场曲图，右侧为高变倍比成像的目镜镜头的畸变图。畸变图中光学透镜组畸变小于2％，对成像质量影响较小。

请参阅图3，图3示出了高变倍比成像的目镜镜头的MTF（调制传递函数）曲线图，其表示各视场下不同空间频率的镜头成像调制度，横轴表示空间频率(单位：lp/mm)，纵轴表示MTF值。从图中可以看出，本实施例的MTF值在全视场内均在0.03以上，在0～30lp/mm的范围内，从中心至边缘视场的过程中MTF曲线均匀平滑下降，在低频和高频情况下都具有较好的成像品质和较好的细节分辨能力。

请参阅图4，图中为高变倍比成像的目镜镜头的镜头点阵图，表示成像画面上不同视场条件下的光斑spot点，图中示意为在归一化的不同视场条件前提下，三种不同波长光线(0.4861um、0.5892um、0.6563um)分别在某一视场条件下屏幕上的点光斑成像示意图。

请参阅图5和图6，图中为高变倍比成像的目镜镜头的0视场、0.3视场、0.5视场、0.7视场、0.85视场以及1.0视场的横向像差曲线图，波长范围为0.48～0.65nm。从图中可以看到，高变倍比成像的目镜镜头在整个视场内的横向像差得到充分校正，同时垂轴色差校正良好，成像性能优异，表明该光学系统在获得宽视场的同时也保证了优异的成像性能。

在本发明的另一个实施例中，各个镜片具体参数如表2所示。表2示出了高变倍比瞄准镜目镜镜头的各透镜的曲率半径R、厚度T以及镜片材料，其中，曲率半径R、厚度T以及焦距F的单位均为毫米(mm)。

表2

其中，面号1对应的透镜面和面号2对应的透镜面分别为第一透镜11的物侧面和像侧面，面号3对应的透镜面为第二透镜21的物侧面，面号4对应的透镜面为第二透镜21和第三透镜22的结合面，面号5对应的透镜面为第三透镜22的像侧面。

与表1匹配的高变倍比成像的目镜镜头总体参数如下：

目镜镜头的光学总长TTL=138.4592mm；

目镜镜头的入瞳距离EP=85.12mm；

目镜镜头的直径D=8.1mm；

第一透镜组1的焦距F1=61.5672mm；

第二透镜组2的焦距F2=166.4857mm；

高变倍比成像的目镜镜头的有效焦距为F=44.9640mm；

第一透镜组1的焦距、第二透镜组2的焦距以及目镜镜头的有效焦距满足|F/F1|+|F/F2|=1.0004；

第三透镜22的曲率半径满足(R31+R32)/(R31-R32)=-0.7328；

目镜镜头的有效焦距与第一透镜组1的焦距满足F/F1=0.7303；

目镜镜头的有效焦距与第二透镜组2的焦距满足F/F2=0.2700；

目镜镜头的光学总长与目镜镜头的有效焦距满足TTL/F=3.0793。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (10)

1.一种高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜组(1)和第二透镜组(2)，其中，

所述第一透镜组(1)包括具有正屈折力的第一透镜(11)；

所述第二透镜组(2)包括具有正屈折力的第二透镜(21)和具有负屈折力的第三透镜(22)，所述第二透镜(21)和所述第三透镜(22)位于同一光轴；

所述目镜镜头满足以下条件式：

0.97<|F/F1|+|F/F2|<1.00

其中，F1表示所述第一透镜组(1)的焦距，F2表示所述第二透镜组(2)的焦距，F表示所述目镜镜头的有效焦距。

2.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述第一透镜(11)的物侧面近光轴处为凸面，所述第一透镜(11)的像侧面近光轴处为凸面，所述第一透镜(11)中物侧面的曲率半径等于所述第一透镜(11)中像侧面的曲率半径。

3.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述第二透镜(21)的物侧面近光轴处为凸面，所述第二透镜(21)的像侧面近光轴处为凸面，所述第二透镜(21)中物侧面的曲率半径等于所述第二透镜(21)中像侧面的曲率半径。

4.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述第三透镜(22)的物侧面近光轴处为凹面，所述第三透镜(22)的像侧面近光轴处为凹面，所述第三透镜(22)中物侧面的曲率半径小于所述第三透镜(22)中像侧面的曲率半径。

5.如权利要求4所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述第三透镜(22)满足以下条件：

-0.74≤(R31+R32)/(R31-R32)≤-0.73

其中，R31为所述第三透镜(22)中物侧面的曲率半径，R32为所述第三透镜(22)中像侧面的曲率半径。

6.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述目镜镜头的有效焦距与所述第一透镜组(1)的焦距满足以下条件：

0.68＜F/F1＜0.74

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，F1表示所述第一透镜组(1)的焦距。

7.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述目镜镜头的有效焦距与所述第二透镜组(2)的焦距满足以下条件：

0.26＜F/F2＜0.28

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，F2表示所述第二透镜组(2)的焦距。

8.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述目镜镜头的光学总长与所述目镜镜头的有效焦距满足以下条件：

3.07＜TTL/F＜3.11

其中，F表示所述目镜镜头的有效焦距，TTL表示所述目镜镜头的光学总长。

9.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述目镜镜头的入瞳距离大于或等于84mm，所述目镜镜头的入瞳直径为8mm。

10.如权利要求1所述的高变倍比成像的目镜镜头，其特征在于，所述第二透镜(21)和所述第三透镜(22)相互胶合组成胶合透镜。