CN1244832C - 正象观测光学*** - Google Patents

正象观测光学*** Download PDF

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CN1244832C CNB021536872A CN02153687A CN1244832C CN 1244832 C CN1244832 C CN 1244832C CN B021536872 A CNB021536872 A CN B021536872A CN 02153687 A CN02153687 A CN 02153687A CN 1244832 C CN1244832 C CN 1244832C
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Abstract

一个正象观测光学***，自物体其依序包括：一个具有一个入射面和至少两个反射面的第一棱镜，一个物镜光学***的前透镜组，一个具有一个入射面和至少两个反射面的第二棱镜，一个物镜光学***的后透镜组，一个视场光阑，和一个目镜光学***。第一棱镜或者第二棱镜的一个反射面包括一个屋脊型反射镜面。并满足下列条件：sin(θ-ω’)＞1/n…(1)；6°＜ω＜16° …(2)；其中，θ表示第一棱镜的入射面和第一反射面之间的夹角；ω表示一个实视场ω(半值)；ω’表示第一棱镜内实视场ω(半值)的一条光线和光轴之间的夹角；n表示第一棱镜的折射率。

Description

正象观测光学***
技术领域
本发明涉及一种具有大的表观视角和低放大率的正象观测光学***。
背景技术
举例说，一个用在双筒镜或者单筒镜的正象观测光学***，通常自物体(object)起依序包括：一个物镜光学***，一个正象光学***，和一个目镜光学***。在一个具有低放大率、宽的实视场的正象光学***中，需要使目镜光学***的焦距比较短一些；然而，在一个物镜光学***被设置在正象光学***前面的光学装置中，必须通过正象光学***的光程长度使物镜***的焦距比较长一些。因此，目镜光学***的焦距也必须长一些，所以使全部光学***的小型化变得困难。
发明内容
本发明提供了一种具有特别宽的实视场和低放大率的、小型化的正象光学***。
做为本发明的一个方面，在此提供了一种正象观测光学***，自物体起依序包括：一个具有一个入射面和至少两个反射面的第一棱镜，一个物镜光学***的前透镜组，一个具有一个入射面和至少两个反射面的第二棱镜，一个物镜光学***的后透镜组，一个视场光阑，和一个目镜光学***。第一棱镜和第二棱镜之一的一个反射面包括一个屋脊型反射镜表面，并且满足下列条件：
sin(θ-ω’)＞1/n...(1)
6°＜ω＜16°    ...(2)
θ表示第一棱镜的入射面与第一反射面之间的夹角；
ω表示一个实视场ω(半值)；
ω’表示在第一棱镜内实视场ω(半值)的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示第一棱镜的折射率。
另一方面，在入射面和第一棱镜的反射面是同一个平面的情况下，第一棱镜满足下列情况：
sin(2α-ω’)＞1/n...(3)
6°＜ω＜16°     ...(2)
在其中
α表示第一棱镜的入射面和第一反射面之间的一个夹角；
ω表示一个实视场ω(半值)；
ω’表示在第一棱镜内实视场ω(半值)的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示第一棱镜的折射率。
在上述的光学装置中，调焦通过移动物镜光学***的后透镜组和目镜光学***中的至少一个来完成。
做为本发明的另一个方面，在此提供了一种正象观测光学***，自物体起依序包括：一个第一棱镜，一个物镜光学***的前透镜组，一个第二棱镜，一个物镜光学***的后透镜组，一个视场光阑，和一个目镜光学***。在物镜光学***的后透镜组是调焦透镜组的情况下，正象观测光学***满足下列条件：
0＜f0/f2＜0.5...(4)
在其中
f2表示物镜光学***的后透镜组的焦距；
f0表示整个物镜光学***的焦距。
本公开涉及包含于日本专利申请第2001-370584号(该申请于2001年12月4日提交)的主题内容，在此，该主题内容做为一个整体被清楚地结合在此。
附图说明
下面将参考附图来详细地讨论本发明，其中：
图1是依照本发明的第一个实施例的正象光学***的光学结构图；
图2是依照本发明的第二个实施例的正象光学***的光学结构图；
图3是依照本发明的第三个实施例的正象光学***的光学结构图；
图4是依照本发明的第四个实施例的正象光学***的光学结构图；
图5是依照本发明的第五个实施例的正象光学***的光学结构图；
图6是依照本发明的第六个实施例的正象光学***的光学结构图；
图7是沿着在图1、2、3、4、5和6中的箭头VII-VII的剖面视图；
图8是一个依照第一个数字实施例的正象光学***的透镜装置；
图9A、9B、9C和9D示出了在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图8所示的透镜装置上出现的象差；
图10A、10B、10C和10D示出了在1.2米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图8所示的透镜装置上出现的象差；
图11是一个依照第二个数字实施例的正象光学***的透镜装置；
图12A、12B、12C和12D示出了在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图11所示的透镜装置上出现的象差；
图13A，13B，13C和13D示出了在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图11所示的透镜装置上出现的象差；
图14是一个依照第三个数字实施例的正象光学***的透镜装置；
图15A、15B、15C和15D示出了在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图14所示的透镜装置上出现的象差；
图16A、16B、16C和16D示出了在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在图14所示的透镜装置上出现的象差。
具体实施方式
图1到图7示出了依照第一到第六个实施例的正象光学***的光学***。更明确地说，在第一个到第六个实施例中的每一个中，正象光学***自物体起依序包括：一个第一棱镜10(110，210，310，410，510)，一个物镜光学***20(120，220，320，420，520)的前透镜组21，一个第二棱镜30(130，230，330，430，530)，一个物镜光学***20(120，220，320，420，520)的后透镜组22，一个视场光阑40，和一个目镜光学***50。
在第一到第六个实施例中，第一棱镜10(110、210、310、410、510)或第二棱镜30(130、230、330、430、530)的反射面都是屋脊型反射镜表面，也就是，第一棱镜10或第二棱镜30都是屋脊型棱镜。此外，在第一到第六个实施例的每一个中，都总共有五个反射面在第一棱镜10(110、210、310、410、510)和第二棱镜30(130、230、330、430、530)中；而且这五个反射面中的每一个都是屋脊型反射镜表面。视场光阑40被设置在一个在无穷远处的物体通过物镜光学***20(120、220、320、420、520)成像的位置。
特别地，在图1所示的第一个实施例中，第一棱镜10包括一个入射面10i，一个第一反射面10-1r，一个第二反射面10-2r，和一个出射面10e。第二棱镜包括一个入射面30i，一个第一反射面30-1r，一个第二反射面30-2r(D)(屋脊型反射镜面)，一个第三反射面30-3r，和一个出射面30e。
出射面10e和第一反射面10-1r是同一个表面。入射面30i和第三反射面30-3r是同一个表面；而且同样地，第一反射面30-1r和出射面30e是同一个表面。
在图2所示的第二个实施例中，第一棱镜包括一个入射面110i，一个第一反射面110-1r，一个第二反射面(屋脊型反射镜面)110-2r(D)，一个第三反射面110-3r，和一个出射面110e。第二棱镜130包括一个入射面130i，一个第一反射面130-1r，一个第二反射面130-2r，和一个出射面130e。
入射面110i和第三反射面110-3r是同一个表面；出射面110e和第一反射面110-1r是同一个表面。同样地，入射面130i和第二反射面130-2r是同一个表面。
在图3所示的第三个实施例中，第一棱镜210包括一个入射面210i，一个第一反射面210-1r，一个第二反射面(屋脊型反射镜面)210-2r(D)，和一个出射面210e。第二棱镜包括一个入射面230i，一个第一反射面230-1r，一个第二反射面230-2r，一个第三反射面230-3r，和一个出射面230e。
第一反射面210-1r和出射面210e是同一个表面；入射面230i和和第二反射面230-2r是同一个表面。
在图4所示的第四个实施例中，第一棱镜310包括一个入射面310i，一个第一反射面310-1r，一个第二反射面(屋脊型反射镜面)310-2r(D)，一个第三反射面310-3r，和一个出射面310e。第二棱镜330包括一个入射面330i，一个第一反射面330-1r，一个第二反射面330-2r，和一个出射面330e。
入射面310i和第三反射面310-3r是同一个表面；第一反射面310-1r和出射面310e是同一个表面。
在图5所示的第五个实施例中，第一棱镜410包括一个入射面410i，一个第一反射面410-1r，一个第二反射面410-2r，和一个出射面410e。第二棱镜430包括一个入射面430i，一个第一反射面430-1r，一个第二反射面(屋脊型反射镜面)430-2r(D)，一个第三反射面430-3r，和一个出射面430e。
入射面410i和第二反射面410-2r是同一个表面。入射面430i和第三反射面430-3r是同一个表面。第一反射面430-1r和出射面430e是同一个表面。
在图6所示的第六个实施例中，第一棱镜510包括一个入射面510i，一个第一反射面(屋脊型反射镜面)510-1r(D)，一个第二反射面510-2r，和一个出射面510e。第二棱镜530包括一个入射面530i，一个第一反射面530-1r，一个第二反射面530-2r，一个第三反射面530-3r，和一个出射面530e。
入射面510i和和第二反射面510-2r是同一个表面。入射面530i和第二反射面530-2r是同一个表面。
在第一个到第六个实施例的每一个中，入射面和出射面向垂直于图1到图6所在的页面方向延伸；同样，除了屋脊型反射镜面之外，其他反射面也向垂直于图1到图6所在页面的方向延伸。
第一个到第六个实施例能够被分成两组，也就是，(i)第一组：图1到图4所示的第一个到第四个实施例；和(ii)第二组：图5和图6所示的第五个和第六个实施例。
第一组，也就是第一个到第四个实施例，满足下列条件：
sin(θ-ω’)＞1/n...(1)
6°＜ω＜16°    ...(2)
其中
θ表示第一棱镜的入射面和第一反射面之间的夹角；
ω表示一个实视场ω(半值)；
ω’表示在第一棱镜内实视场ω(半值)的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示第一棱镜的折射率。
通过满足条件(1)和条件(2)，光线不通过第一棱镜内的反射面，所以能够避免视场周边区域的周边照度的减弱和由透射光线引起的鬼像。
在第二组，也就是第五个和第六个实施例，入射面410i(510i)和第一棱镜410(510)的第二反射面410-2r(510-2r)是同一个表面，并且第一棱镜410(510)满足下列条件：
sin(2α-ω’)＞1/n...(3)
6°＜ω＜16°     ...(2)
在其中
α表示第一棱镜的入射面和第一反射面之间的一个夹角；
ω表示一个实视场ω(半值)；
ω’表示在第一棱镜内实视场ω(半值)的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示第一棱镜的折射率。
通过满足条件(3)和(2)，光线不通过第一棱镜内的反射面，所以能够避免视场周边区域的周边照度的减少和由透射光线引起的鬼像。
在上面描述的实施例中，调焦是通过沿着光轴方向前后移动物镜光学***20(120、220、320、420、520)的后透镜组22来实现的。作为一种选择，目镜光学***也能被用来做为调焦透镜组。
依照这样一种内调焦装置，没有可移动部件被暴露在外边，所以透镜框架结构的强度就能够很容易提高；并且包含有正象光学***的部件的体积不会改变，所以能够容易得到防水结构。
此外，在包括前透镜组21和后透镜组22的物镜光学***20(120、220、320、420、520)中，最好是后透镜组具有一个弱光学焦度用以减少象差的波动。
条件(4)规定了前透镜组21和后透镜组22的焦度。
如果f0/f2超出了条件4的下限，后透镜组22的调焦行程就会变得比较长，所以光学***的尺寸会增加以保证足够的空间来覆盖后透镜组22的行程。
如果f0/f2超出了条件4的上限，校正调焦时象差的变化将会变得困难，尤其是校正场曲率特别困难。
在下面将描述具体数字实施例的数字数据。在由球差表示的色差(同轴色差)的图表中，实线和两种类型的虚线分别表示与线d、g和c相应的球差。同样，在横向色象差的图表中，两种类型的虚线分别表示与线g和c相应的放大率；然而，做为基线的线d与纵轴相重合。此外，S表示弧矢象，M表示子午象；ER表示出射光瞳的直径，B表示表观视角(°)。在表中，r表示曲率半径，d表示透镜镜片的厚度或者透镜镜片之间的距离，ND表示线d的折射率，v表示色散系数。
除上述之外，一个相对于光轴对称的非球面定义如下：
x＝cy2/(1+[1-{1+k}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10......
在其中
c表示非球面顶点的曲率(1/r)；
y表示到光轴的距离；
x表示沿光轴方向相对于到光轴的距离“y”的变化数量；
k表示圆锥系数(conic coefficient)；
A4表示四阶非球面系数；
A6表示六阶非球面系数；
A8表示八阶非球面系数；
A10表示十阶非球面系数；
[数字实施例1]
图8到图10D示出依照本发明的第一个数字实施例的正象光学***。图8是第一个数字实施例的透镜装置。图9A到图9D示出了当一个在无穷远距离的物体在焦点对准的状态下，出现在图8所示的透镜装置中的象差。图10A到图10D示出了在1.2米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，出现在图8所示的透镜装置中的象差。表1示出了第一个数字实施例的数字数据。D7(14.94；26.89)表示在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，和在1.2米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在后透镜组22的最大物侧(most object-side)表面和第二棱镜30的出射面之间的距离d7(图8)。D9(24.80；12.85)表示在无穷远距离的一个物体在焦点对准的状态下，和在1.2米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，后透镜组22的最大象侧(mostimage-side)表面和目镜光学***50的最大物侧表面之间的距离d9(图8)。
[表1]
  表面号   r   d   Nd   v
  1   ∞   31.28   1.56883   56.3
  2   ∞   1.00   -   -
  3   59.264   3.87   1.51633   64.1
  4   -26.478   1.60   1.62004   36.3
  5   -67.614   3.00   -   -
  6   ∞   54.21   1.51633   64.1
  7   ∞   D7   -   -
  8   -14.300   8.00   1.78472   25.7
  9   -16.720   D9   -   -
  10*   -250.00   5.50   1.49176   57.4
  11   -27.363   0.50   -   -
  12   116.372   1.50   1.84666   23.8
  13   24.611   10.96   1.58913   61.2
  14   -24.611   0.50   -   -
  15   23.839   5.61   1.58913   61.2
  16   -150.000   -   -   -
*表示相对于光轴旋转对称的非球面。
非球面数据(没有指出的非球面的系数是零(0.00))：
  表面号   K   A4   A6   A8
  10   0.00   -0.81400×10-4   -0.25300×10--6   0.114000×10--8
ω＝8°
D7＝14.94    26.89
D9＝24.80    12.85
[数字实施例2]
图11到图13D示出依照本发明的第二个数字实施例的正象光学***。图11是一个第二个数字实施例的透镜装置。图12A到图12D示出在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，出现在图11所示的透镜装置中的象差。图13A到图13D示出在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，出现在图11所示的透镜装置中的象差。表2示出了第二个数字实施例的数字数据。D7(14.18；27.10)表示在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，和在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在后透镜组22的最大物侧的表面和第二棱镜30的出射面之间的距离d7(图8)。D9(20.95；8.03)表示当一个在无穷远距离的物体在焦点对准的状态下，和在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，后透镜组22的最大象侧表面和目镜光学***50的最大物侧表面之间的距离d9(图8)。
[表2]
  表面号   r   d   Nd   v
  1   ∞   31.28   1.56883   56.3
  2   ∞   1.00   -   -
  3   47.000   3.87   1.51633   64.1
  4   -29.750   1.60   1.62004   36.3
  5   -92.300   3.00   -   -
  6   ∞   54.21   1.51633   64.1
  7   ∞   D7   -   -
  8   -16.408   8.00   1.78472   25.7
  9   -18.244   D9   -   -
  10*   -60.00   5.50   1.49176   57.4
  11   -18.140   0.50   -   -
  12   ∞   1.50   1.84666   23.8
  13   24.140   10.70   1.58913   61.2
  14   -24.140   0.50   -   -
  15   20.388   6.25   1.58913   61.2
  16   -150.000   -   -   -
*表示相对于光轴旋转对称的非球面。
非球面数据(没有指出的非球面1的系数是零(0.00))：
  表面号   K   A4   A6
  10   0.00   -0.12800×10-4   -0.13000×10-6
ω＝8°
D7＝14.18    27.10
D9＝20.95    8.03
[数字实施例3]
图14到图16D示出依照本发明的一个正象光学***的第三个数字实施例。图14是一个第三个数字实施例的透镜装置。图15A到图15D示出在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，出现在图14所示的透镜装置中的象差。图16A到图16D示出在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，出现在图14所示的透镜装置中的象差。
表3示出了第三个数字实施例的数字数据。D7(13.89；27.21)表示在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，和在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，在后透镜组22的最大物侧的表面和第二棱镜30的出射面之间的距离d7(图8)。D9(19.48；6.16)表示在无穷远距离处的一个物体在焦点对准的状态下，和在1.5米距离处的一个物体在焦点对准的状态下，后透镜组22的最大象侧表面和目镜光学***50的最大物侧表面之间的距离d9(图8)。
[表3]
  表面号   r   d   Nd   v
  1   ∞   31.28   1.56883   56.3
  2   ∞   3.00   -   -
  3   48.796   3.87   1.51633   64.1
  4   -28.615   1.60   1.62004   36.3
  5   -84.842   4.00   -   -
  6   ∞   54.21   1.51633   64.1
  7   ∞   D7   -   -
  8   -17.193   8.00   1.78472   25.7
  9   -18.658   D9   -   -
  10*   -120.000   6.00   1.49176   57.4
  11   -19.212   0.96   -   -
  12   ∞   1.50   1.84666   23.8
  13   25.307   8.70   1.58913   61.2
  14   -25.307   1.04   -   -
  15   20.414   5.80   1.58913   61.2
  16   -100.000   -   -   -
*表示相对于光轴旋转对称的非球面。
非球面数据(没有指出的非球面的系数是零(0.00))：
  表面号   K   A4
  10   0.00   -0.94605×10-4
ω＝8°
D7＝13.89    27.21
D9＝19.48    6.16
表4示出了用于每个数字实施例的各条件的数字数值。
[表4]
 数字实施例1  数字实施例2  数字实施例3
  条件(1)   θ＝48   θ＝48  θ＝48(实施例1-4)
  条件(2)   ω＝8.0   ω＝8.0  ω＝8.0
  条件(3)   α＝24   α＝24  α＝24(实施例5-6)
  条件(4)   0.31   0.36  0.40
依照上面的描述，一种小型化的具有宽视场和低放大率的正象光学***能够被实现。

Claims (6)

1.一个正象观测光学***，自物体其依序包括：一个具有一个入射面和至少两个反射面的第一棱镜，一个物镜光学***的前透镜组，一个具有一个入射面和至少两个反射面的第二棱镜，一个所述物镜光学***的后透镜组，一个视场光阑，和一个目镜光学***；
其中所述第一棱镜和第二棱镜之一的一个反射面包括一个屋脊型反射镜表面；
所述第一棱镜满足下列条件：
sin(θ-ω’)＞1/n
6°＜ω＜16°
其中
θ表示所述第一棱镜的所述入射面和第一反射面之间的夹角；
ω表示一个实视场的半值；
ω’表示在所述第一棱镜内实视场ω半值的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示所述第一棱镜的折射率。
2、根据权利要求1所述的正象观测光学***，其特征在于：所述物镜光学***的后透镜组包括一个调焦透镜组；
所述物镜光学***满足下列条件：
0＜f0/f2＜0.5
其中
f2表示所述物镜光学***的所述后透镜组的焦距；
f0表示整个物镜光学***的焦距。
3、如权利要求1的正象观测光学***，其特征在于，所述物镜光学***的后透镜组和所述目镜光学***中的至少一个包括调焦透镜组。
4.一个正象观测光学***，自物体其依序包括：一个具有一个入射面和至少两个反射面的第一棱镜，一个物镜光学***的前透镜组，一个具有一个入射面和至少两个反射面的第二棱镜，一个所述物镜光学***的后透镜组，一个视场光阑，和一个目镜光学***；
其中所述第一棱镜和第二棱镜之一的一个反射面包括一个屋脊型反射镜表面；
其中，所述第一棱镜的所述入射面和第二反射面为同一表面，以及
所述第一棱镜满足下列条件：
sin(2α-ω’)＞1/n
6°＜ω＜16°
其中
α表示所述第一棱镜的所述入射面和第一反射面之间的一个夹角；
ω表示一个实视场的半值；
ω’表示在所述第一棱镜内实视场ω半值的一条光线和光轴之间的夹角；
n表示所述第一棱镜的折射率。
5、如权利要求4所述的正象观测光学***，其特征在于，所述物镜光学***的后透镜组包括一个调焦透镜组；
所述物镜光学***满足下列条件：
0＜f0/f2＜0.5
其中
f2表示所述物镜光学***的所述后透镜组的焦距；
f0表示整个物镜光学***的焦距。
6.如权利要求4的正象观测光学***，其特征在于，所述物镜光学***的后透镜组和所述目镜光学***中的至少一个包括调焦透镜组。
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