一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)包括：第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述第三透鏡組為負(fù)光焦度，所述第一透鏡組、第二透鏡組和第四透鏡組均為正光焦度；所述第一透鏡組包括兩個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第二透鏡組包括一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第三透鏡組包括兩個(gè)透鏡，其中至少一個(gè)為負(fù)透鏡；所述第四透鏡組包括一個(gè)正透鏡；所述第一透鏡組至第四透鏡組沿光路從物方到像方依次排列。該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)出瞳距離大于10000mm，同時(shí)光學(xué)傳遞函數(shù)接近衍射極限，在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)降低了制作成本和難度。
【專利說(shuō)明】一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]像方遠(yuǎn)心長(zhǎng)焦距物鏡將用作空間外差干涉儀的前置物鏡，該物鏡的觀測(cè)目標(biāo)為氣輝或極光。由于干涉儀對(duì)入射光的波像差要求較高，因而對(duì)前置物鏡的成像質(zhì)量提出了較高的要求。此外，氣輝和極光的強(qiáng)度較弱，因而要求相對(duì)孔徑較大，進(jìn)一步增加了設(shè)計(jì)難度。
[0003]長(zhǎng)焦距物鏡的二級(jí)光譜是影響系統(tǒng)性能提高的主要因素，校正二級(jí)光譜成為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。目前公開的專利，很多采用了多種光學(xué)玻璃或采用晶體材料配合光學(xué)結(jié)構(gòu)校正二級(jí)光譜，但是此種設(shè)計(jì)導(dǎo)致鍍膜工藝復(fù)雜，且增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的長(zhǎng)焦距物鏡設(shè)計(jì)中，由于材料種類多導(dǎo)致成本偏高、加工工藝復(fù)雜以及光學(xué)結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)像方遠(yuǎn)心等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)是只有4種材料的光學(xué)結(jié)構(gòu)，具有大光圈、像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距物鏡。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)包括:第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述第三透鏡組為負(fù)光焦度，所述第一透鏡組、第二透鏡組和第四透鏡組均為正光焦度；所述第一透鏡組包括兩個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第二透鏡組包括一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第三透鏡組包括兩個(gè)透鏡，其中至少一個(gè)為負(fù)透鏡；所述第四透鏡組包括一個(gè)正透鏡；所述第一透鏡組至第四透鏡組沿光路從物方到像方依次排列。
[0006]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡組中的負(fù)透鏡位于該第一透鏡組中兩個(gè)正透鏡之間，所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡和正透鏡分別靠近物方和像方。
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡組中靠近像方一側(cè)的正透鏡為平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面朝向物方，其形狀因子X(jué)3=I,該正透鏡的焦距滿足:
[0008]0.5<f3/f<l
[0009]其中，f為系統(tǒng)焦距，f3為第一透鏡組中靠近像方一側(cè)的正透鏡的焦距。
[0010]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第二透鏡組的焦距滿足:
[0011]l<f n/f<2
[0012]其中，f為系統(tǒng)焦距，fn為第二透鏡組的焦距。
[0013]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡為平凹透鏡，該平凹透鏡的凹面朝向像方，其形狀因子X(jué)4=-1 ；
[0014]所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡的焦距滿足:
[0015]f4<0
[0016]其中，f為系統(tǒng)焦距，f4為第二透鏡組中的負(fù)透鏡的焦距。[0017]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二透鏡組中的正透鏡為平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面朝向物方，其形狀因子X(jué)5=I ；
[0018]所述第二透鏡組中的正透鏡的焦距滿足:
[0019]f5>0
[0020]其中，f為系統(tǒng)焦距，f5為第二透鏡組中的正透鏡的焦距。
[0021]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三透鏡組中的兩個(gè)透鏡均為彎月透鏡，其凹面均朝向物方；所述第三透鏡組中靠近物方一側(cè)透鏡的焦距滿足:
[0022]I f6/ I > 6
[0023]其中，f為系統(tǒng)焦距，f6為第三透鏡組中靠近物方一側(cè)透鏡的焦距。
[0024]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡組中的兩個(gè)正透鏡的材料滿足:
[0025]V1WO, V3>70 [0026]其中，V1和V3分別為第一透鏡組中的兩個(gè)正透鏡材料的阿倍數(shù)。
[0027]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二透鏡組中的兩個(gè)透鏡的材料滿足:
[0028]V4>50, Vs<50
[0029]其中，V4和V5分別為第二透鏡組中的負(fù)透鏡和正透鏡材料的阿倍數(shù)。
[0030]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔滿足:
[0031]0.l<d6/f<0.2
[0032]其中，f為系統(tǒng)焦距，d6為第一透鏡組與第二透鏡組的間隔。
[0033]本發(fā)明的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)除用作干涉儀的前置物鏡外，還可用作遠(yuǎn)距攝像物鏡、望遠(yuǎn)物鏡以及平行光管物鏡。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種具有像方遠(yuǎn)心長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:系統(tǒng)僅使用了 4種常見光學(xué)材料和8片鏡片實(shí)現(xiàn)了出瞳距離大于10000mm，同時(shí)光學(xué)傳遞函數(shù)接近衍射極限，因而在提高系統(tǒng)性能同時(shí)降低了制作成本和難度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的光學(xué)布置圖。
[0036]圖2為實(shí)施例一中的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的傳遞函數(shù)圖。
[0037]圖3為實(shí)施例一中的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的軸向像差圖。
[0038]圖4為實(shí)施例二中的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的傳遞函數(shù)圖。
[0039]圖5為實(shí)施例二中的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的軸向像差圖。
[0040]附圖標(biāo)記
[0041]Gl、第一透鏡組G2、第二透鏡組
[0042]G3、第三透鏡組G4、第四透鏡組
[0043]1、第一透鏡2、第二透鏡
[0044]3、第三透鏡4、第四透鏡
[0045]5、第五透鏡6、第六透鏡
[0046]7、第七透鏡8、第八透鏡[0047]rl、第一透鏡進(jìn)光面r2、第一透鏡出光面
[0048]r3、第二透鏡進(jìn)光面r4、第二透鏡出光面
[0049]r5、第三透鏡進(jìn)光面r6、第三透鏡出光面
[0050]r7、第四透鏡進(jìn)光面r8、第四透鏡出光面
[0051]r9、第五透鏡進(jìn)光面rlO、第五透鏡出光面
[0052]rl 1、第六透鏡進(jìn)光面rl2、第六透鏡出光面[0053]rl3、第七透鏡進(jìn)光面rl4、第七透鏡出光面
[0054]rl5、第八透鏡進(jìn)光面rl6、第八透鏡出光面
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種具有像方遠(yuǎn)心長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0056]本發(fā)明的一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，包括:第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述第三透鏡組為負(fù)光焦度，所述第一透鏡組、第二透鏡組和第四透鏡組均為正光焦度，所述第一透鏡組包括兩個(gè)正透鏡與一個(gè)負(fù)透鏡；所述第二透鏡組包括一個(gè)正透鏡與一個(gè)負(fù)透鏡；所述第三透鏡組可以包括兩個(gè)負(fù)透鏡，也可以包括一個(gè)正透鏡與一個(gè)負(fù)透鏡，也可以是一個(gè)正透鏡與一個(gè)負(fù)透鏡膠合而成。所述第四透鏡組包括一個(gè)正透鏡。所述第一透鏡組至第四透鏡組沿光路從物方到像方依次排列。該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)出瞳距大于10000mm。系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)接近衍射極限。
[0057]基于上述長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在根據(jù)本實(shí)施例的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)中，第一透鏡組Gl包括第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3,具有正光焦度；第二透鏡組G2包括第四透鏡4和第五透鏡5，具有正光焦度；第三透鏡組G3包括第六透鏡6和第七透鏡7，具有負(fù)光焦度；第四透鏡組G4包括第八透鏡8，具有正光焦度。所述第一透鏡I至第八透鏡8沿光路從物方OBJ到像方MG依次排列；第一透鏡1、第三透鏡
3、第五透鏡5和第八透鏡8為正透鏡，第二透鏡2和第四透鏡4為負(fù)透鏡，第六透鏡6和第七透鏡7中至少有一個(gè)為負(fù)透鏡。
[0058]第一透鏡I與第二透鏡2的光焦度之和較小，其主要作用為校正第一透鏡組Gl的球場(chǎng)、色差以及色球差。
[0059]所述第三透鏡3為平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面朝向物方，其形狀因子X(jué)3=I,其焦距滿足:
[0060]0.5<f3/f<l (I)
[0061]其中f為系統(tǒng)焦距，f3為第三透鏡3的焦距。上述不等式(I)限制了第三透鏡3的光焦度范圍。當(dāng)?shù)谌哥R3焦距低于下限時(shí)，第三透鏡3的光焦度太大，導(dǎo)致第一透鏡組Gl的球差、色差以及色球差變大。當(dāng)?shù)谌哥R3的焦距高于上限時(shí)，為保證第一透鏡組Gl的光焦度，將導(dǎo)致第一透鏡I與第二透鏡2的光焦度變大，使得第一透鏡組Gl的公差靈敏度增大。
[0062]上述的形狀因子X(jué)定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)包括:第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述第三透鏡組為負(fù)光焦度，所述第一透鏡組、第二透鏡組和第四透鏡組均為正光焦度；所述第一透鏡組包括兩個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第二透鏡組包括一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡；所述第三透鏡組包括兩個(gè)透鏡，其中至少一個(gè)為負(fù)透鏡；所述第四透鏡組包括一個(gè)正透鏡；所述第一透鏡組至第四透鏡組沿光路從物方到像方依次排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組中的負(fù)透鏡位于該第一透鏡組中兩個(gè)正透鏡之間，所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡和正透鏡分別靠近物方和像方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組中靠近像方一側(cè)的正透鏡為平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面朝向物方，其形狀因子X(jué)3=I,該正透鏡的焦距滿足:
0.5<f3/f<l 其中，f為系統(tǒng)焦距，f3為第一透鏡組中靠近像方一側(cè)的正透鏡的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二透鏡組的焦距滿足:
l<f n/f<2 其中，f為系統(tǒng)焦距，f工工為第二透鏡組的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡為平凹透鏡，該平凹透鏡的凹面朝向像方，其形狀因子X(jué)4=-1 ； 所述第二透鏡組中的負(fù)透鏡的焦距滿足:
f4<0 其中，f為系統(tǒng)焦距，f4為第二透鏡組中的負(fù)透鏡的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡組中的正透鏡為平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面朝向物方，其形狀因子X(jué)5=I ； 所述第二透鏡組中的正透鏡的焦距滿足:
f5>0 其中，f為系統(tǒng)焦距，f5為第二透鏡組中的正透鏡的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述第三透鏡組中的兩個(gè)透鏡均為彎月透鏡，其凹面均朝向物方；所述第三透鏡組中靠近物方一側(cè)透鏡的焦距滿足:f6/f >6 其中，f為系統(tǒng)焦距，f6為第三透鏡組中靠近物方一側(cè)透鏡的焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組中的兩個(gè)正透鏡的材料滿足:
V1WO, V3>70 其中，V1和V3分別為第一透鏡組中的兩個(gè)正透鏡材料的阿倍數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡組中的兩個(gè)透鏡的材料滿足:V4>50, V5<50 其中，V4和V5分別為第二透鏡組中的負(fù)透鏡和正透鏡材料的阿倍數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有像方遠(yuǎn)心的長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔滿足: . 0.l<d6/f<0.2 其中，f為系統(tǒng)焦距，d6為第一透鏡組與第二透鏡組的間隔。
【文檔編號(hào)】G02B13/22GK103926680SQ201410138927
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】付建國(guó), 王詠梅, 馮玉濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心, 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所