光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置的製作方法
2023-05-27 02:18:16 2
專利名稱：光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及望遠鏡、觀靶鏡、瞄準鏡等光學成像系統會聚光路中的分光裝置，具體涉及一種無光程差分光裝置。該裝置以無光程差分光為特徵，在移出、移入光路時，無光程差，不需重新調焦，從而使目視觀察和數碼照相切換更加方便。
背景技術：
在普通光學瞄準的望遠鏡中，人們直接從目鏡中觀察和捕捉目標。這種望遠鏡只能用於觀察，不能照相，其光路原理見圖1所示，平行光經物鏡1成像在位於焦點F』的焦平面上，人眼3在目鏡2中進行瞄準和觀察。
為了用望遠鏡實現既能瞄準觀察，又能照相的功能，需要在圖1的焦點F』前插入一分光鏡，使光線在分光面上分成二路，其中，一路透射到目鏡2，用於人眼瞄準觀察，而另一路反射至影像傳感器7(見圖3)，用於照相。圖2(a)為沒有插入分光鏡時的光路原理圖，入射平行光線通過物鏡1後，會聚成像在通過焦點F』的焦平面上。圖2(b)為插入分光鏡時的光路原理圖，圖示在物鏡1和焦點F』間插入一傳統的立方稜鏡分光鏡，該分光鏡由二塊直角稜鏡6膠合而成，在中間膠合斜面上鍍有分光膜5，使光線在分光面上分成二路，一路透射，另一路反射。而加入立方稜鏡分光鏡後，由於分光稜鏡的折射率n玻與空氣的折射率n不同(一般情況下，空氣的折射率n近似1，而玻璃的折射率n玻約為1.5左右)，因此在光路中，若分光鏡的厚度為L，通過厚度為L玻璃的光程為L/n玻＝L/1.5＝0.67L，與不加入分光鏡時的光程差Δ＝L-L/n玻＝0.33L，即像面需往後移0.33L。分光稜鏡的厚度越大，光程差也越大，像面需移動的距離也越大。
數碼望遠鏡可以利用以上分光原理來實現，即在物鏡與焦點F』間插入一立方稜鏡分光鏡，使透過物鏡的光線在分光鏡分光面上分成二路，一路透射到達目鏡，由人眼瞄準觀察，另一路反射到光學影像傳感器，用於照相，見圖3所示。在立方稜鏡分光鏡的設置上，有兩種方式，第一種是將分光鏡固定在會聚光路中；第二種是採用一個移動或轉動機構將分光鏡安置在望遠鏡中，通過移入、移出光路來實現單純觀察與瞄準照相之間的功能切換。
針對現有技術，從分光鏡本身來看，採用立方稜鏡有以下三點不足
1、所需尺寸大，分光面要鍍分光膜，不易製作，再加精密的稜鏡材料，成本高；2、鍍分光膜易產生顏色失真及光線的損耗；3、因尺寸大，移入、移出光路時，會產生較大的光程差。
從立方稜鏡分光鏡的兩種設置方式來看，第一種方式不論瞄準觀察或照相分光鏡均固定在光路中，這樣透過物鏡的光線就要分為二部份，分別用於瞄準觀察和照相，使光能損失較大，將會影響觀察和照相的效果。第二種方式在使用瞄準照相功能時需將分光鏡移入光路，而在使用單純觀察功能時可將分光鏡移出光路。這樣雖能減少光能損失，使單純觀察變得更加清楚，但由於分光鏡的移入，移出，在目視觀察光路中產生的光程差，又使目鏡需要重新調焦。顯然兩種方式均存在明顯缺陷。
發明內容
本發明提出了一種光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其目的是使分光鏡在會聚光路中移入、移出切換時無光程差，從而避免目鏡重新調焦。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，由一插入會聚光路物鏡與焦點F』之間的分光鏡構成，所述分光鏡為一反射鏡，該反射鏡中心有一通孔，通孔的軸線與光軸重合，並與反射鏡的反射面成銳角。
上述技術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，為了簡化結構，所述反射鏡通孔的軸線與反射面成45°角。
2、上述方案中，所述反射鏡可以由平板鏡片構成，其反射面鍍有全反射膜。平板鏡片可以由玻璃或其它材料構成。
3、上述方案中，所述反射鏡由一移動或轉動機構支撐，並在移入和移出光路兩種工作狀態之間進行切換，以此實現單純觀察和瞄準照相兩種功能。也可以將反射鏡固定設置在光路中。
4、關於反射鏡中心通孔的孔徑d尺寸，應根據目視和照相對亮度的不同要求，按照孔的面積和物鏡成像光束在反射鏡上所截光斑面積之比確定，選擇合適比例，一般在5％～30％範圍內，較好的可取10％左右。
本發明工作原理是將中心有孔反射鏡移入光路，見圖6(a)所示，光路中心部分的光線通過中心孔，到達焦面，見圖中的陰影部分。其餘大部分光線，由反射鏡中心孔外的光斑反射面反射，構成另一路光線，見圖6(b)所示陰影部分。從圖6(a)與圖6(b)的比較可以看出，兩路光線從分光面到達像面的距離相等，即L1＝L2。當單獨用於目視瞄準觀察時，將反射鏡移出光路，此時通過物鏡的光線不受反射鏡中心孔限制，全部成像在目鏡視場內，能夠獲得足夠的亮度。當用於照相時，將中心有孔的反射鏡移入光路，此時，光線分成兩部分，通過中心孔部分的光線成像在目鏡視場，用於目視觀察，其餘部分光線經反射面反射，有90％左右的光能射到影像傳感器，有足夠的光能用於照相。在中心有孔反射鏡移入和移出光路的整個過程中，目視光路中的光程都一樣，沒有變化，不產生光程差，因而是一個無光程差的分光系統。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果1、本發明分光鏡易生產、只要一塊中間有孔的平板玻璃，一面鍍全反射膜即可進行光路分光；2、本發明分光鏡只鍍全反射膜，不產生分光顏色失真；3、本發明分光鏡移入、移出光路時，不產生光程差，目視觀察時不需要重新調焦。
附圖1為望遠鏡光路原理圖；附圖2(a)為現有移出分光鏡時的望遠鏡光路原理圖；附圖2(b)為現有移入分光鏡時的望遠鏡光路原理圖；附圖3為數碼望遠鏡原理圖；附圖4為本發明有孔反射鏡剖視圖；附圖5為圖4的左視圖；附圖6(a)為本發明無光程差分光原理圖(一)；附圖6(b)為本發明無光程差分光原理圖(二)；附圖7為本發明用於望遠鏡式數碼望遠鏡時光路原理圖；附圖8為圖7中的A向分光光束分布圖。
以上附圖中，1、物鏡；2、目鏡；3、人眼；4、光程差；5、分光膜；6、直角稜鏡；7、影像傳感器；8、反射鏡；9、通孔；10、全反射膜；11、反射光束截面；12、光軸。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例參見圖7所示，一種用於數碼望遠鏡的無光程差分光裝置，由一插入會聚光路物鏡1與焦點F』之間的分光鏡構成，所述分光鏡為一反射鏡8，見圖4和圖5所示，該反射鏡8中心有一通孔9，通孔9的軸線與光軸12重合，並與反射鏡8的反射面成45°角。反射鏡8由平板玻璃構成，其反射面鍍有全反射膜10(見圖4)。反射鏡中心通孔9的孔徑d尺寸，按照孔的面積和物鏡成像光束在分光鏡上所截光斑面積之比確定，選擇合適比例，一般可取10％左右。為了使數碼望遠鏡同時具有單獨觀察和瞄準照相兩種功能，反射鏡8由一移動或轉動機構支撐，並在移入和移出光路兩種工作狀態之間進行切換。當單獨用於目視瞄準觀察時，通過移動或轉動機構將反射鏡8移出光路，此時通過物鏡1的光線不受反射鏡8中心通孔9的限制，全部成像在目鏡2視場內，能夠獲得足夠的亮度，見圖1所示。當用於照相時，將中心有通孔9的反射鏡8移入光路，此時，光線分成兩部分，通過中心通孔9部分的光線成像在目鏡2視場，用於目視觀察，見圖6(a)中的陰影部分；其餘部分光線經反射面反射，有90％左右的光能射到影像傳感器7，有足夠的光能用於照相，見圖6(b)中的陰影部分。在中心有通孔9的反射鏡8移入和移出光路的整個過程中，目視觀察光路的光程不發生變化。
圖8為圖7中的A向分光光束分布圖，圖中陰影部分表示反射光束截面11。
本發明除了用於數碼望遠鏡外，也能用於其它類似的會聚光路中，達到分光切換時無光程差的目的。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，由一插入會聚光路物鏡與焦點F』之間的分光鏡構成，其特徵在於所述分光鏡為一反射鏡，該反射鏡中心有一通孔，通孔的軸線與光軸重合，並與反射鏡的反射面成角度。
2.根據權利要求1所述的光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其特徵在於所述反射鏡通孔的軸線與反射面成45°角。
3.根據權利要求1或2所述的光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其特徵在於所述反射鏡由平板鏡片構成，其反射面鍍有全反射膜。
4.根據權利要求1或2所述的光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其特徵在於所述反射鏡中心通孔的孔徑d尺寸，以孔的面積與物鏡成像光束在反射鏡上所截光斑面積之比在5％～30％範圍內確定。
5.根據權利要求1所述的光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其特徵在於所述反射鏡由一移動或轉動機構支撐，並在移入和移出光路兩種工作狀態之間進行切換。
6.根據權利要求1所述的光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，其特徵在於所述反射鏡固定設置在光路中。
全文摘要
一種光學成像系統會聚光路中的無光程差分光裝置，由一插入會聚光路物鏡與焦點F』之間的分光鏡構成，其特徵在於所述分光鏡為一反射鏡，該反射鏡中心有一通孔，通孔的軸線與光軸重合，並與反射鏡的反射面成銳角。單獨作為瞄準觀察時，將有孔反射鏡移出光路，通過物鏡的光線全部進入到目視觀察光路中，使視場內有充分亮度。當數碼望遠鏡用於數碼照相時，移入光路中，有孔反射鏡將光線分為兩路，一路通過反射鏡中心孔，到達目鏡供目視觀察；另一路經孔外的反射面反射，到達影像傳感器，用於數碼照相。由於有孔反射鏡移入和移出過程中，在物鏡與目鏡之間的光程(光線行經的距離稱光程)不發生變化，在觀察與照相切換過程中，目鏡不需要重新調焦，所以是一個無光程差的分光裝置。
文檔編號G02B27/16GK1658014SQ20051003811
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月12日 優先權日2005年1月12日
發明者沈達忠, 段煉 申請人:蘇州信達光電科技有限公司