JP2004070093A - Objective lens for night vision and night vision system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an objective lens for night vision as an intermediate telephoto system which is light, has high resolution, and is compact and has such a negative distortion aberration that the system can have preferable performance when applied, specially, to a night vision system, and a night vision system which can have superior optical performance on the whole by using the same. <P>SOLUTION: A 1st lens group G1 which has positive refracting power, a 2nd lens group G2 which is constituted by cementing a positive lens L2 and a negative lens L3 together and has a positive meniscus shape on the whole, and a 3rd lens group G3 which has negative refracting power are arranged in order from the object side to excellently correct a spherical aberration, a comatic aberration, an astigmatism aberration, and a chromatic aberration. Further, a positive meniscus lens L5 which is convex to the object side is arranged in the 4th lens group G4 to balance image plane distortion and a negative distortion aberration which is preferable for the night vision system can reasonably be generated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に暗い環境下での観察に使用される暗視システムおよびこの暗視システムに適した明るい、特に中望遠系の暗視用対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、対物レンズによる光学像を光増幅管（イメージインテンシファイア）によって増強することにより、暗い環境下での撮影を可能にした暗視システムが知られている。この暗視システム用の望遠系の対物レンズとしては、例えば米国特許３，９１５，５４７号明細書（視野角約７°，５群８枚構成の例）、および特開２００２−０８２２８１号公報（Ｆ値１．４〜１．５，視野角約１１°，５群８枚構成の例）記載のレンズがある。
【０００３】
一方、中望遠タイプの写真用レンズとして、エルノスタータイプやそれをベースとした変形エルノスタータイプのレンズが従来からよく知られている。変形エルノスタータイプの写真用レンズとしては、例えば、特開昭５３−１３３０２８号公報（Ｆ値２．０，画角２ω＝２４°，４群６枚構成の例）、米国特許２，３４６，０６１号明細書（５群５枚構成の例）、米国特許２，４１６，４４３号明細書（４群５枚構成の例）、米国特許２，５０２，５０９号明細書（４群６枚構成の例）、および米国特許２，６００，２０８号明細書（４群５枚構成の例）記載のものが知られている。
【０００４】
これらのレンズは、少ないレンズ枚数でありながら、第２レンズ群に正メニスカスレンズを配置することにより収差発生を抑え、また第４レンズ群に両凸レンズまたは像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、像面湾曲や歪曲収差をバランス良く補正し、かつ写真レンズとして必要な長いバックフォーカスをも確保していることが特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のエルノスターもしくはその変形タイプのレンズでは、Ｆ値が２程度であり、暗視システムで使用される対物レンズとしては、明るさの点で限界がある。暗視システムとして用いるためには、もっと明るいレンズが要求される。またイメージインテンシファイアの解像力の向上に伴い、高解像でかつコンパクトな対物レンズであることも重要なファクターになっている。
【０００６】
ところで、暗視システムの場合、光増幅された像を観察するために接眼レンズが使用される。この接眼レンズの特性としては、糸巻き型の歪曲収差（正の歪曲収差）を持つことが多い。このため、その歪みをキャンセルさせるために、対物レンズには樽型の歪曲収差（負の歪曲収差）を持たせることが望まれる。しかしながら、中望遠系の対物レンズでは画角が狭いので歪曲収差の発生量はもともと少なく、従来技術ではコンパクトにするほど正の歪曲収差が発生しやすいという傾向にある。このため、暗視システム全体として歪曲収差が補正されるような中望遠系の対物レンズの開発が望まれる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズ、およびそれを用いることによりシステム全体として優れた光学性能を得ることができる暗視システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による暗視用対物レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正レンズおよび負レンズの接合で構成された、全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群とを備えたものである。
【０００９】
本発明による暗視システムは、上記本発明による暗視用対物レンズと、この暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強する光増幅手段と、この光増幅手段によって増強された像を観察するための接眼レンズとを備えたものである。
【００１０】
本発明による暗視用対物レンズでは、上記した構成にすることにより、諸収差が補正され、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られる。特に、第４レンズ群に物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。本発明による暗視システムでは、この暗視用対物レンズが組み込まれることにより、システム全体として優れた光学性能が得られる。
【００１１】
本発明による暗視用対物レンズは、諸収差の補正およびコンパクト化を図るため、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足していることが望ましい。
【００１２】
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１−３：第１〜第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｄ３−４：第３レンズ群と第４レンズ群との間の空気間隔
【００１３】
本発明による暗視用対物レンズはまた、暗視システムで好ましいとされる適当な負の歪曲収差（−１％〜−６％程度）を発生させるために、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。
【００１４】
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒａ：第４レンズ群の最も物体側の凸面の曲率半径
【００１５】
また、明るさおよび解像度の向上を図るため、第４レンズ群が、正レンズおよび負レンズの接合で構成されていることが望ましい。この場合、さらに、以下の条件式（５）を満足していることが望ましい。
【００１６】
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
ただし、
Ｎ４ｐ：第４レンズ群を構成する正レンズの屈折率
Ｎ４ｎ：第４レンズ群を構成する負レンズの屈折率
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る暗視システムの構成例を示している。この暗視システムは、光軸Ｚ１に沿って物体側より順に、暗視用対物レンズ１０と、この暗視用対物レンズ１０によって形成された光学像を増強する光増幅手段としてのイメージインテンシファイア２０と、このイメージインテンシファイア２０によって増強された像を観察するための接眼レンズ３０とを備えている。この暗視システムにおいて、観察者は、接眼レンズ３０を介してアイポイントＥ．Ｐ．から像を観察するようになっている。
【００１９】
イメージインテンシファイア２０は、図示しないが、例えば、入射光を光電子に変換する光電面と、この光電面から放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレートと、増倍された光電子の衝突により発光する蛍光面とを有している。光電面には、フェースプレートＬｐが設けられている。このイメージインテンシファイア２０において、蛍光面の発光により形成された像が、図示しない出力窓を介して接眼レンズ３０によって拡大観察されるようになっている。
【００２０】
図２は、暗視用対物レンズ１０の構成例を示している。また図３は、暗視用対物レンズ１０の他の構成例を示している。図２および図３に示した構成例は、それぞれ、後述の第１の実施例（図４）および第４の実施例（図７）のレンズ構成に対応している。なお、図２および図３において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１１または１〜１２）の構成要素の面の曲率半径を示す。符号ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。Ｓｉｍｇは、結像位置を示す。
【００２１】
図２および図３に示した暗視用対物レンズ１０，１０Ａは、光軸Ｚ１に沿って物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群Ｇ４とを備えている。イメージインテンシファイア２０のフェースプレートＬｐは、第４レンズ群Ｇ４と結像位置Ｓｉｍｇとの間に位置している。
【００２２】
第１レンズ群Ｇ１は、例えば、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズＬ１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、例えば、物体側に凸面を向けた１枚の負メニスカスレンズＬ４により構成されている。
【００２３】
第４レンズ群Ｇ４は、図２の例のように、１枚の正メニスカスレンズＬ５により構成されていても良いが、図３の暗視用対物レンズ１０Ａのように、正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成されていても良い。
【００２４】
第４レンズ群Ｇ４を暗視用対物レンズ１０Ａ（図３）のように接合レンズの構成にした場合、以下の条件式（５）を満足していることが望ましい。ただし、Ｎ４ｐは、第４レンズ群Ｇ４を構成する正レンズＬ５１の屈折率を示し、Ｎ４ｎは、負レンズＬ５２の屈折率を示す。
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
【００２５】
この暗視用対物レンズ１０，１０Ａは、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足していることが望ましい。ただし、ｆは全系の焦点距離を示し、ｆ１−３は第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の合成焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示し、ｄ３−４は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の空気間隔を示す。
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
【００２６】
この暗視用対物レンズ１０，１０Ａはまた、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。ただし、ｆは全系の焦点距離を示し、Ｒａは第４レンズ群Ｇ４の最も物体側の凸面の曲率半径を示す。
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
【００２７】
次に、以上のように構成された暗視システムおよび暗視用対物レンズ１０，１０Ａの作用および効果を説明する。
【００２８】
図１に示した暗視システムでは、暗視用対物レンズ１０によって形成された光学像がイメージインテンシファイア２０の光電面上に結像される。光電面からは、入射した光学像の明るさに応じた光電子が放出される。イメージインテンシファイア２０では、光電面から放出された光電子を増幅し、図示しない蛍光面に衝突させることにより、蛍光面上で明るさの増幅された光学像を表示する。蛍光面上に表示された画像は、図示しない出力窓を介して接眼レンズ３０側に伝達され、接眼レンズ３０によって拡大観察される。
【００２９】
接眼レンズ３０は、正の歪曲収差を持つことが多いが、本実施の形態では、以下で説明するように、暗視用対物レンズ１０が接眼レンズ３０とは逆に負の歪曲収差を発生させやすくなっているため、システム全体としての光学性能の向上が図られる。
【００３０】
暗視用対物レンズ１０では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配置されていることにより、球面収差、コマ収差、非点収差および色収差が良好に補正される。特に第２レンズ群Ｇ２が、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成されていることにより、コマ収差および色収差を良好に補正できる。
【００３１】
また特に、第４レンズ群Ｇ４に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５が配置されていることにより、像面湾曲のバランスをとり、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。以上の第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の作用により、高解像で明るい暗視用の対物レンズを実現しやすくなる。
【００３２】
この暗視用対物レンズ１０において、条件式（１）の下限を下回ると球面収差およびコマ収差を良好に補正するのが困難となり、大口径比の対物レンズが実現できなくなる。一方、条件式（１）の上限を上回ると、全長が長くなり、また周辺光量を確保しにくくなる。周辺光量を確保するためには、レンズ径を大きくする必要があり、このため、条件式（１）の上限を上回ると、レンズ全体の大きさをコンパクトにすることが難しくなる。条件式（２），（３）は、像面湾曲のバランスをとりながらレンズ全体の大きさをコンパクトにするための条件となっている。
【００３３】
条件式（４）は、暗視システムで好ましいとされる適当な負の歪曲収差（−１％〜−６％程度）を持たせるための条件である。この条件を満足することにより、暗視システムで使用される接眼レンズ３０の糸巻き型の歪曲収差を打ち消すことができ、観察者は、システム全体として歪みの少ない良好な像を観察することができる。
【００３４】
さらに、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａのように、第４レンズ群Ｇ４を正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成することにより、第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の収差補正の負担を軽減すると同時に、像面湾曲および非点収差を良好に補正することができる。それによってさらに明るくかつ高解像な暗視用の対物レンズを実現できる。
【００３５】
第４レンズ群Ｇ４を接合レンズの構成とする場合、条件式（５）を満足して正レンズＬ５１の屈折率Ｎ４ｐを負レンズＬ５２の屈折率Ｎ４ｎよりも相対的に高めに設定することにより、ペッツバール和を小さくして像面湾曲および非点収差をより良好に補正することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態に係る暗視用対物レンズ１０，１０Ａによれば、諸収差を補正しつつ、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。これにより、明るく（例えばＦ値が１．５以下）、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズを実現できる。また、本実施の形態に係る暗視システムによれば、暗視用対物レンズ１０，１０Ａを用いることにより、システム全体として優れた光学性能を得ることができる。
【００３７】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る暗視用対物レンズ１０，１０Ａの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。図４は、図２に示した暗視用対物レンズ１０の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図５は、実施例２に係るレンズデータであるが、この実施例２の暗視用対物レンズの基本構成は、図２に示した暗視用対物レンズ１０と同様である。なお、実施例２の暗視用対物レンズは、一部のレンズの屈折率を大きめにして、実施例１よりも明るいレンズ構成にしたものである。
【００３８】
一方、図６は、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図７は、実施例４に係るレンズデータであるが、この実施例４の暗視用対物レンズの基本構成は、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａと同様である。なお、実施例４の暗視用対物レンズは、一部のレンズの屈折率を大きめにして、実施例３よりも明るいレンズ構成にしたものである。
【００３９】
図４〜図７に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の暗視用対物レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するように付した構成要素の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図２および図３で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目（ｉ＝１〜１１または１〜１２）の構成要素の面の曲率半径の値を示す。面間隔ｄｉの欄についても、図２および図３で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜６または１〜７）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。レンズデータ中、面形状が平面である部分には、曲率半径Ｒｉの値を０にしてある。
【００４０】
また、図４〜図７のレンズデータには、全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（ＦＮＯ．）および視野角２ω（ω＝半視野角）の値についても同時に示す。さらに、図４〜図７のレンズデータには、上記条件式中のｄ３−４，Ｒａ，Ｎ４ｐ，Ｎ４ｎの対応関係についても示す。
【００４１】
図８は、上述の条件式（１）〜（５）に対応する値を、各実施例について示したものである。図８に示したように、各実施例の値が、条件式（１）〜（５）の範囲内となっている。なお、条件式（５）は、第４レンズ群Ｇ４を正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成した場合の条件であるから、実施例１および実施例２についての値はない。
【００４２】
図９は、実施例１の暗視用対物レンズについての諸収差を示している。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。なお、各収差図には、７５０ｎｍを基準波長とした収差を示す。
【００４３】
実施例１の場合と同様にして、その他の実施例２〜４についての諸収差を、図１０〜図１２に示す。各収差図に付した符号の意味等は、実施例１の場合と同様である。
【００４４】
以上のレンズデータおよび収差図から分かるように、各実施例について、Ｆ１．２クラスの非常に明るく、かつ高解像でコンパクトな暗視用対物レンズを実現できている。また暗視システムで使用する場合に好ましいとされる負の歪曲収差を持つ中望遠系の対物レンズを実現できている。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズによれば、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正レンズおよび負レンズの接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配置するようにしたので、諸収差を補正しやすくなる。また、第４レンズ群に物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、像面湾曲のバランスをとりながら、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。これにより、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズを実現できる。
【００４７】
また、請求項６記載の暗視システムによれば、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強し、その増強された像を接眼レンズによって観察するようにしたので、特に、接眼レンズで発生しやすい正の歪曲収差を、暗視用対物レンズで負の歪曲収差を発生させることによって相殺させやすくなり、システム全体として優れた光学性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る暗視システムの構成例を示す光学系配置図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る暗視用対物レンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る暗視用対物レンズの他の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図７】本発明の実施例４に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図８】実施例１〜４に係る暗視用対物レンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図９】実施例１に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１０】実施例２に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１１】実施例３に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１２】実施例４に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇ４…第１〜第４レンズ群、Ｌｐ…フェースプレート、Ｚ１…光軸、１０，１０Ａ…暗視用対物レンズ、２０…イメージインテンシファイア、３０…接眼レンズ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a night vision system mainly used for observation in a dark environment, and a bright, particularly a medium telephoto night vision objective lens suitable for the night vision system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a night-vision system that enables photographing in a dark environment by enhancing an optical image formed by an objective lens with a light amplification tube (image intensifier). As telephoto objective lenses for this night vision system, for example, U.S. Pat. No. 3,915,547 (an example of a viewing angle of about 7 [deg.] And eight elements in five groups) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-08281 ( An example of an F-number of 1.4 to 1.5, a viewing angle of about 11 °, and eight elements in five groups is described.
[0003]
On the other hand, as a middle telephoto type photographic lens, an Elnostar type lens and a modified Elnostar type lens based on the Elnostar type lens have been well known. As a modified ernoster type photographic lens, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 53-133028 (F value: 2.0, angle of view: 2ω = 24 °, 6 elements in 4 groups), US Pat. No. 2,346, No. 061 (example of 5 groups, 5 sheets), US Pat. No. 2,416,443 (example of 4 groups, 5 sheets), US Pat. No. 2,502,509 (4 groups, 6 sheets) Are described in US Pat. No. 2,600,208 (an example of a four-group, five-sheet configuration).
[0004]
Although these lenses have a small number of lenses, the occurrence of aberration is suppressed by arranging a positive meniscus lens in the second lens group, and a bi-convex lens or a positive meniscus lens having a convex surface facing the image surface side in the fourth lens group. Is characterized in that the curvature of field and distortion are corrected in a well-balanced manner, and a long back focus required as a photographic lens is secured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional Elnostar or its modified type lenses have an F-number of about 2, and there is a limit in terms of brightness as an objective lens used in a night vision system. Brighter lenses are required for use as night vision systems. With the improvement of the resolving power of the image intensifier, a high resolution and compact objective lens are also important factors.
[0006]
By the way, in the case of a night vision system, an eyepiece is used to observe a light-amplified image. The characteristics of this eyepiece often have a pincushion distortion (positive distortion). Therefore, in order to cancel the distortion, it is desired that the objective lens has barrel-shaped distortion (negative distortion). However, since the angle of view is narrow in a medium telephoto objective lens, the amount of distortion is inherently small, and in the prior art, the more compact the lens, the more likely it is to generate positive distortion. Therefore, it is desired to develop a medium telephoto objective lens in which distortion is corrected as a whole night vision system.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a bright, high-resolution, compact, and negative distortion that can obtain preferable performance particularly when applied to a night vision system. It is an object of the present invention to provide a medium-television night vision objective lens having the same, and a night vision system capable of obtaining excellent optical performance as a whole system by using the objective lens.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The night vision objective lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, and a second lens group having a positive meniscus shape as a whole, which is configured by joining a positive lens and a negative lens. , A third lens group having a negative refractive power, and a positive meniscus fourth lens group having a convex surface facing the object side.
[0009]
A night-vision system according to the present invention includes a night-vision objective lens according to the present invention, an optical amplifying unit for enhancing an optical image formed by the night-vision objective lens, and observing the image enhanced by the optical amplifying unit. And an eyepiece for performing the operation.
[0010]
In the night-vision objective lens according to the present invention, the above-described configuration corrects various aberrations, is bright, has high resolution, and is compact, and can obtain preferable performance particularly when applied to a night-vision system. In particular, by disposing a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side in the fourth lens group, negative distortion, which is preferable in a night vision system, can be generated without difficulty. In the night vision system according to the present invention, by incorporating the objective lens for night vision, excellent optical performance is obtained as a whole system.
[0011]
The objective lens for night vision according to the present invention desirably satisfies the following conditional expressions (1), (2) and (3) in order to correct various aberrations and reduce the size.
[0012]
1.8 <f1−3 / f <2.5 (1)
f4 / f <0.7 (2)
0.25 <d3-4 / f (3)
However,
f: focal length of the entire system f1-3: combined focal length of the first to third lens groups f4: focal length d3-4 of the fourth lens group: air gap between the third and fourth lens groups [0013]
The night-vision objective according to the present invention also satisfies the following conditional expression (4) in order to generate appropriate negative distortion (approximately -1% to -6%) which is preferable in a night-vision system. It is desirable to have.
[0014]
Ra / f <0.6 (4)
However,
f: focal length of the entire system Ra: radius of curvature of the convex surface closest to the object side of the fourth lens group
In order to improve the brightness and the resolution, it is desirable that the fourth lens group is constituted by a junction of a positive lens and a negative lens. In this case, it is desirable that the following conditional expression (5) is further satisfied.
[0016]
N4p−N4n> 0.2 (5)
However,
N4p: refractive index of the positive lens forming the fourth lens group N4n: refractive index of the negative lens forming the fourth lens group
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 shows a configuration example of a night vision system according to an embodiment of the present invention. The night-vision system includes a night-vision objective lens 10 and an image intensifier as light amplification means for enhancing an optical image formed by the night-vision objective lens 10 in order from the object side along the optical axis Z1. 20 and an eyepiece 30 for observing an image enhanced by the image intensifier 20. In this night-vision system, the observer has an eye point E.E. P. To observe the image.
[0019]
Although not shown, the image intensifier 20 includes, for example, a photocathode that converts incident light into photoelectrons, a microchannel plate that multiplies photoelectrons emitted from the photocathode, and light emitted by collision of the multiplied photoelectrons. Fluorescent screen. A face plate Lp is provided on the photoelectric surface. In the image intensifier 20, an image formed by the emission of light from the phosphor screen is enlarged and observed by the eyepiece 30 through an output window (not shown).
[0020]
FIG. 2 shows a configuration example of the night-vision objective lens 10. FIG. 3 shows another configuration example of the night-vision objective lens 10. The configuration examples shown in FIGS. 2 and 3 correspond to the lens configurations of a first embodiment (FIG. 4) and a fourth embodiment (FIG. 7) described later, respectively. In FIGS. 2 and 3, the reference numeral Ri denotes an i-th (i) number, which is sequentially increased with the surface of the component closest to the object side toward the image side (imaging side). = 1 to 11 or 1 to 12). The symbol di indicates a surface interval on the optical axis between the i-th surface and the (i + 1) -th surface. Simg indicates an imaging position.
[0021]
The night-vision objective lenses 10 and 10A shown in FIGS. 2 and 3 include, in order from the object side along the optical axis Z1, a first lens group G1 having a positive refractive power, and a positive lens L2 and a negative lens L3. A second lens group G2 having a positive meniscus shape as a whole, which is formed by bonding, a third lens group G3 having a negative refractive power, and a positive meniscus fourth lens group G4 having a convex surface facing the object side are provided. ing. The face plate Lp of the image intensifier 20 is located between the fourth lens group G4 and the imaging position Simg.
[0022]
The first lens group G1 includes, for example, one positive meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side. The third lens group G3 includes, for example, one negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the object side.
[0023]
The fourth lens group G4 may be constituted by one positive meniscus lens L5 as in the example of FIG. 2, but the positive lens L51 and the negative lens as in the night vision objective lens 10A of FIG. It may be constituted by a joint of L52.
[0024]
When the fourth lens group G4 is configured as a cemented lens like the night-vision objective lens 10A (FIG. 3), it is preferable that the following conditional expression (5) is satisfied. Here, N4p indicates the refractive index of the positive lens L51 constituting the fourth lens group G4, and N4n indicates the refractive index of the negative lens L52.
N4p−N4n> 0.2 (5)
[0025]
It is desirable that the night vision objective lenses 10 and 10A satisfy the following conditional expressions (1), (2) and (3). Here, f indicates the focal length of the entire system, f1-3 indicates the combined focal length of the first to third lens groups G1 to G3, f4 indicates the focal length of the fourth lens group G4, and d3-4 indicates And the air gap between the third lens group G3 and the fourth lens group G4.
1.8 <f1−3 / f <2.5 (1)
f4 / f <0.7 (2)
0.25 <d3-4 / f (3)
[0026]
It is desirable that the night-vision objective lenses 10 and 10A also satisfy the following conditional expression (4). Here, f indicates the focal length of the entire system, and Ra indicates the radius of curvature of the most object-side convex surface of the fourth lens group G4.
Ra / f <0.6 (4)
[0027]
Next, the operation and effects of the night vision system and the night vision objective lenses 10 and 10A configured as described above will be described.
[0028]
In the night vision system shown in FIG. 1, an optical image formed by the night vision objective lens 10 is formed on a photoelectric surface of an image intensifier 20. Photoelectrons are emitted from the photocathode according to the brightness of the incident optical image. The image intensifier 20 amplifies the photoelectrons emitted from the photocathode and collides the photoelectrons with a phosphor screen (not shown), thereby displaying an optical image whose brightness is amplified on the phosphor screen. The image displayed on the phosphor screen is transmitted to the eyepiece 30 through an output window (not shown), and is magnified and observed by the eyepiece 30.
[0029]
Although the eyepiece 30 often has a positive distortion, in the present embodiment, as described below, the night-vision objective lens 10 generates a negative distortion opposite to the eyepiece 30. This facilitates the improvement of the optical performance of the entire system.
[0030]
In the night-vision objective lens 10, in order from the object side, a second lens group G2 having a positive meniscus shape as a whole, which is formed by joining a first lens group G1 having a positive refractive power and a positive lens L2 and a negative lens L3. And the third lens group G3 having negative refracting power, spherical aberration, coma, astigmatism, and chromatic aberration are favorably corrected. In particular, since the second lens group G2 is formed by joining the positive lens L2 and the negative lens L3, coma and chromatic aberration can be corrected well.
[0031]
In addition, in particular, the positive meniscus lens L5 having a convex surface facing the object side is disposed in the fourth lens group G4, so that the curvature of field is balanced, and negative distortion that is preferable in a night vision system is reduced. It can be generated without difficulty. The action of the first lens group G1 to the fourth lens group G4 facilitates realization of a high-resolution, bright night-vision objective lens.
[0032]
In the night-vision objective lens 10, if the lower limit of the conditional expression (1) is not reached, it becomes difficult to satisfactorily correct spherical aberration and coma, and an objective lens having a large aperture ratio cannot be realized. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), the total length becomes long, and it becomes difficult to secure the peripheral light amount. In order to secure the peripheral light amount, it is necessary to increase the lens diameter. Therefore, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), it becomes difficult to reduce the size of the entire lens. The conditional expressions (2) and (3) are conditions for making the overall size of the lens compact while balancing the curvature of field.
[0033]
Conditional expression (4) is a condition for providing appropriate negative distortion (approximately -1% to -6%) which is preferable in a night vision system. By satisfying this condition, the pincushion distortion of the eyepiece 30 used in the night vision system can be canceled, and the observer can observe a good image with little distortion as a whole system.
[0034]
Furthermore, by constructing the fourth lens group G4 by joining a positive lens L51 and a negative lens L52 as in the night vision objective lens 10A shown in FIG. 3, the aberrations of the first to third lens groups G1 to G3 are obtained. The burden of correction can be reduced, and the curvature of field and astigmatism can be satisfactorily corrected. Thereby, a brighter and higher-resolution objective lens for night vision can be realized.
[0035]
When the fourth lens group G4 is configured as a cemented lens, by satisfying conditional expression (5), the refractive index N4p of the positive lens L51 is set relatively higher than the refractive index N4n of the negative lens L52. The Petzval sum can be reduced to better correct field curvature and astigmatism.
[0036]
As described above, according to the night-vision objective lenses 10 and 10A according to the present embodiment, it is possible to easily generate the negative distortion which is preferable in the night-vision system while correcting various aberrations. Thereby, a medium telephoto system which is bright (for example, an F value of 1.5 or less), has a high resolution and is compact, and has a negative distortion capable of obtaining preferable performance particularly when applied to a night vision system. Can be realized. Further, according to the night vision system according to the present embodiment, excellent optical performance can be obtained as a whole system by using the night vision objective lenses 10 and 10A.
[0037]
【Example】
Next, specific numerical examples of the night-vision objective lenses 10 and 10A according to the present embodiment will be described. Hereinafter, first to fourth numerical examples (Examples 1 to 4) will be described together. FIG. 4 shows specific lens data corresponding to the configuration of the night vision objective lens 10 shown in FIG. FIG. 5 shows lens data according to the second embodiment. The basic configuration of the night vision objective lens of the second embodiment is the same as that of the night vision objective lens 10 shown in FIG. The night vision objective lens of the second embodiment has a configuration in which some of the lenses have a relatively large refractive index and are brighter than the first embodiment.
[0038]
On the other hand, FIG. 6 shows specific lens data corresponding to the configuration of the night vision objective lens 10A shown in FIG. FIG. 7 shows lens data according to the fourth embodiment. The basic configuration of the night vision objective lens of the fourth embodiment is the same as that of the night vision objective lens 10A shown in FIG. The night vision objective lens of the fourth embodiment has a configuration in which some of the lenses have a relatively large refractive index and are brighter than the third embodiment.
[0039]
In the column of the surface number Si in the lens data shown in FIGS. 4 to 7, the surface of the component closest to the object side is the first with respect to the night-vision objective lens of each embodiment, and the number gradually increases toward the image side. The numbers of the surfaces of the constituent elements are shown. In the field of the radius of curvature Ri, the value of the radius of curvature of the surface of the i-th (i = 1 to 11 or 1 to 12) component from the object side is set in correspondence with the symbol Ri attached in FIGS. Show. The column of the surface interval di also shows the interval on the optical axis between the i-th surface Si and the (i + 1) -th surface Si + 1 from the object side, corresponding to the reference numerals given in FIGS. The units of the values of the radius of curvature Ri and the surface interval di are millimeters (mm). The columns of Ndj and νdj show the refractive index and Abbe number of the j-th (j = 1 to 6 or 1 to 7) lens element from the object side with respect to the d-line (587.6 nm). In the lens data, the value of the radius of curvature Ri is set to 0 in a portion having a flat surface shape.
[0040]
4 to 7 also show values of the focal length f, the F value (FNO.) And the viewing angle 2ω (ω = half viewing angle) of the entire system. 4 to 7 also show the correspondence between d3-4, Ra, N4p, and N4n in the above conditional expressions.
[0041]
FIG. 8 shows values corresponding to the above-mentioned conditional expressions (1) to (5) for each embodiment. As shown in FIG. 8, the values of the examples fall within the ranges of the conditional expressions (1) to (5). Since the conditional expression (5) is a condition when the fourth lens group G4 is formed by joining the positive lens L51 and the negative lens L52, there is no value for Examples 1 and 2.
[0042]
FIG. 9 shows various aberrations of the night vision objective lens of Example 1. More specifically, FIGS. 9A to 9D show spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion), and chromatic aberration of magnification, respectively. Note that each aberration diagram shows aberrations with 750 nm as a reference wavelength.
[0043]
As in the case of the first embodiment, various aberrations of the other embodiments 2 to 4 are shown in FIGS. The meanings of the symbols attached to the aberration diagrams are the same as those in the first embodiment.
[0044]
As can be seen from the above lens data and aberration diagrams, for each embodiment, a very bright, high-resolution, compact night-vision objective lens of the F1.2 class can be realized. Also, a medium telephoto objective lens having negative distortion, which is preferable when used in a night vision system, can be realized.
[0045]
The present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made. For example, the values of the radius of curvature, the surface spacing, the refractive index, and the like of each lens component are not limited to the values shown in each of the numerical examples, and may take other values.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the night vision objective lens according to any one of claims 1 to 5, the first lens group having a positive refractive power, the positive lens, and the negative lens are arranged in order from the object side. Since the second lens group having a positive meniscus shape as a whole and the third lens group having a negative refractive power are arranged, it becomes easy to correct various aberrations. Further, by disposing a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side in the fourth lens group, it is possible to easily generate negative distortion, which is preferable in a night vision system, while balancing field curvature. Can be. This makes it possible to realize a medium-television night-vision objective lens that is bright, has high resolution and is compact, and has a negative distortion so that preferable performance is obtained particularly when applied to a night-vision system.
[0047]
According to the night vision system of the sixth aspect, the optical image formed by the night vision objective lens according to any one of the first to fifth aspects is enhanced, and the enhanced image is used as an eyepiece. In particular, positive distortion, which tends to occur in the eyepiece, can be easily offset by generating negative distortion in the night-vision objective lens, thereby achieving excellent optical performance as a whole system. Obtainable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical system layout diagram showing a configuration example of a night vision system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a configuration example of a night vision objective lens according to an embodiment of the present invention, and is a lens cross-sectional view corresponding to Example 1.
FIG. 3 shows another example of the configuration of the night vision objective lens according to one embodiment of the present invention, and is a lens cross-sectional view corresponding to Example 4.
FIG. 4 is a diagram showing lens data of a night vision objective lens according to Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing lens data of a night vision objective lens according to Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing lens data of a night vision objective lens according to Example 3 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing lens data of a night vision objective lens according to Example 4 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing values of conditional expressions satisfied by night vision objective lenses according to Examples 1 to 4.
FIG. 9 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration of magnification of the night vision objective lens according to Example 1.
FIG. 10 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration of magnification of the night vision objective lens according to Example 2.
FIG. 11 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration of magnification of the night vision objective lens according to Example 3.
12 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration of the night vision objective lens according to Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
G1 to G4: first to fourth lens groups, Lp: face plate, Z1: optical axis, 10, 10A: night-vision objective lens, 20: image intensifier, 30: eyepiece.

Claims (6)

物体側より順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正レンズおよび負レンズの接合で構成された、全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、
負の屈折力を有する第３レンズ群と、
物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群と
を備えたことを特徴とする暗視用対物レンズ。In order from the object side,
A first lens group having a positive refractive power;
A second lens group having a positive meniscus shape as a whole, which is configured by joining a positive lens and a negative lens;
A third lens group having a negative refractive power;
A fourth lens unit having a positive meniscus shape having a convex surface facing the object side. さらに、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の暗視用対物レンズ。
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１−３：第１〜第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｄ３−４：第３レンズ群と第４レンズ群との間の空気間隔2. The night-vision objective according to claim 1, wherein the objective lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1), (2) and (3).
1.8 <f1-3 / f <2.5 (1)
f4 / f <0.7 (2)
0.25 <d3-4 / f (3)
However,
f: focal length of the entire system f1-3: combined focal length of the first to third lens groups f4: focal length of the fourth lens group d3-4: air gap between the third and fourth lens groups さらに、以下の条件式（４）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の暗視用対物レンズ。
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒａ：第４レンズ群の最も物体側の凸面の曲率半径The night-vision objective lens according to claim 1, wherein the objective lens is configured to satisfy the following conditional expression (4).
Ra / f <0.6 (4)
However,
f: focal length of the entire system Ra: radius of curvature of the most object side convex surface of the fourth lens group 前記第４レンズ群は、正レンズおよび負レンズの接合で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズ。4. The night-vision objective lens according to claim 1, wherein the fourth lens group is configured by joining a positive lens and a negative lens. 5. さらに、以下の条件式（５）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の暗視用対物レンズ。
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
ただし、
Ｎ４ｐ：第４レンズ群を構成する正レンズの屈折率
Ｎ４ｎ：第４レンズ群を構成する負レンズの屈折率5. The night-vision objective according to claim 4, wherein the objective lens is configured to satisfy the following conditional expression (5).
N4p−N4n> 0.2 (5)
However,
N4p: refractive index of the positive lens forming the fourth lens group N4n: refractive index of the negative lens forming the fourth lens group 物体側より順に、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズと、
この暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強する光増幅手段と、
この光増幅手段によって増強された像を観察するための接眼レンズと
を備えたことを特徴とする暗視システム。In order from the object side,
A night vision objective lens according to any one of claims 1 to 5,
Light amplification means for enhancing the optical image formed by the night-vision objective lens,
An eyepiece lens for observing an image enhanced by the light amplification means.

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