專利名稱：高倍短筒望遠(yuǎn)鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種望遠(yuǎn)鏡，具體地說(shuō)，是一種高倍短筒望遠(yuǎn)鏡。這種望遠(yuǎn)鏡由普通望遠(yuǎn)鏡和一種微透鏡列陣型角擴(kuò)束器構(gòu)成。
背景技術(shù)：
普通望遠(yuǎn)鏡是一種經(jīng)典的光學(xué)儀器，它是由物鏡和目鏡組成。普通望遠(yuǎn)鏡有如下性質(zhì)物鏡OL的像方焦點(diǎn)F1與目鏡EL的物方焦點(diǎn)F2接近但不重合(圖1)，遠(yuǎn)處物體經(jīng)望遠(yuǎn)鏡目鏡成像后成為一虛像S′，該虛像S′距目鏡EL大約250毫米至3米，具體位置根據(jù)觀察者不同的視力及不同的觀察習(xí)慣而不同，由觀察者改變鏡筒的長(zhǎng)度，既改變物鏡與目鏡的間隔來(lái)調(diào)節(jié)。
望遠(yuǎn)鏡所成虛像的角放大率M＝物鏡焦距f1/目鏡焦距f2(1)望遠(yuǎn)鏡的鏡筒長(zhǎng)度L＝物鏡焦距f1-目鏡焦距f2(2)若望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)角為W，則望遠(yuǎn)鏡的孔徑D＝2L×tg(W)(3)因此，普通望遠(yuǎn)鏡當(dāng)放大倍數(shù)提高時(shí)，由于目鏡焦距f2不能變，所以，物鏡焦距f1必須增大，從而，鏡筒長(zhǎng)度L必然增長(zhǎng)，鏡筒孔徑D必然增大，這就是現(xiàn)在高倍望遠(yuǎn)鏡都有很長(zhǎng)的鏡筒的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，它解決了現(xiàn)有高倍望遠(yuǎn)鏡鏡筒太長(zhǎng)的問(wèn)題，達(dá)到了高倍短筒的效果。
本發(fā)明的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，一種高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，包括物鏡和目鏡，所述物鏡前設(shè)置有微透鏡列陣型角擴(kuò)束器。
在滿足下述條件時(shí)，本發(fā)明具有更好的技術(shù)效果微透鏡列陣型角擴(kuò)束器靠近物鏡，但兩者不接觸；微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的孔徑大于其后望遠(yuǎn)鏡的物鏡孔徑；微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的板面與望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。
本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡的工作過(guò)程是這樣的當(dāng)遠(yuǎn)處物體上一點(diǎn)發(fā)出的光束來(lái)到望遠(yuǎn)鏡時(shí)，它先遇到微透鏡列陣角擴(kuò)束器，由于物體的距離遠(yuǎn)大于望遠(yuǎn)鏡的口徑，因此，入射光束可以看成是平面光，由微透鏡列陣角擴(kuò)束器的性質(zhì)知道，從角擴(kuò)束器出射的也是平面光，只是光線方向與望遠(yuǎn)鏡光軸的夾角角度增大了。從角擴(kuò)束器出射的平面光再依次進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的物鏡、目鏡，最后成一個(gè)距目鏡為人眼明視距離(250毫米~3米)的虛像，由于微透鏡列陣角擴(kuò)束器對(duì)物體發(fā)出光線的角度的增大作用，這個(gè)虛像比直接用望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí)要大。從以上過(guò)程可知，系統(tǒng)總角放大倍數(shù)由于微透鏡列陣角擴(kuò)束器的角放大和普通望遠(yuǎn)鏡的角放大的共同貢獻(xiàn)而增大。由于加上了微透鏡列陣角擴(kuò)束器，在系統(tǒng)總長(zhǎng)度基本不增大了情況下，總角放大率成倍增大，這樣，就可以用一個(gè)低倍短筒望遠(yuǎn)鏡配一個(gè)N倍的微透鏡列陣角擴(kuò)束器，得到一個(gè)高倍短筒望遠(yuǎn)鏡。


圖1普通望遠(yuǎn)鏡示意圖；圖中f1是物鏡的焦距，f2是目鏡的焦距，T是正負(fù)透鏡的間隔，F(xiàn)1是物鏡的焦點(diǎn)，F(xiàn)2是目鏡的焦點(diǎn)，S′是遠(yuǎn)方物體經(jīng)望遠(yuǎn)鏡所成的虛像。
圖2為微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的原理示意圖；圖中f1是正透鏡的焦距，f2是負(fù)透鏡的焦距，T是正負(fù)透鏡的間隔，F(xiàn)是正透鏡和負(fù)透鏡的公共焦點(diǎn)。
圖3為微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1是正透鏡折射面，2是負(fù)透鏡折射面，ab是入射的大孔徑平面光束，a′b′是出射的小孔徑平面光束，空心圓表示正透鏡(左表面)的焦點(diǎn)F1，實(shí)心圓點(diǎn)表示負(fù)透鏡(右表面)的焦點(diǎn)F2，空心圓與實(shí)心圓點(diǎn)同心。
圖4是本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
角擴(kuò)束器的功能是將某一方向入射的平面光變換成另一方向的出射平面光，且入射光、出射光與光軸的夾角滿足固定的放大倍數(shù)。角擴(kuò)束器是由焦點(diǎn)重合的一正一負(fù)兩個(gè)透鏡或透鏡組構(gòu)成(圖2a)，當(dāng)一束平面光以角度θ入射于左邊的正透鏡上時(shí)，它被聚焦于正透鏡的焦平面上，匯聚點(diǎn)至光軸的距離為f1×θ，由于正透鏡的焦點(diǎn)與負(fù)透鏡的焦點(diǎn)重合，因此，該匯聚光束經(jīng)負(fù)透鏡折射后，仍將成為一出射平面光，且其方向(圖2b)為f1×θ/f2＝M×θ。
采用微透鏡列陣的加工方法，可以在一塊薄片基材的兩邊，分別做出正微透鏡列陣和負(fù)微透鏡列陣，并按光焦度為零的原則形成微角擴(kuò)束器列陣(圖3)。由于每一個(gè)微角擴(kuò)束器的厚度都很小，因此微透鏡列陣角擴(kuò)束器的厚度也很小。
角擴(kuò)束器的進(jìn)一步說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)“一種列陣型角擴(kuò)束器”，申請(qǐng)?zhí)枮?3128299.7，申請(qǐng)日為2003年7月8日。
本發(fā)明將微透鏡列陣角擴(kuò)束器置于普通望遠(yuǎn)鏡的物鏡前，構(gòu)成一種新望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡的總角放大倍數(shù)等于微透鏡列陣角擴(kuò)束器的角放大率乘以普通望遠(yuǎn)鏡的角放大率。因?yàn)槲⑼哥R列陣角擴(kuò)束器的角放大率總是大于1的，因此，新望遠(yuǎn)鏡的總角放大倍數(shù)增大了，但由于微透鏡列陣角擴(kuò)束器的厚度很薄，所以新望遠(yuǎn)鏡的總厚度未增加。
如圖4所示，本發(fā)明將一個(gè)微透鏡列陣型角擴(kuò)束器與一個(gè)普通望遠(yuǎn)鏡結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)新型望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)擁有大的角放大倍數(shù)和短的鏡筒長(zhǎng)度。
本發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)滿足以下要求時(shí)，望遠(yuǎn)鏡具有更好的技術(shù)效果1)微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的孔徑要大于其后望遠(yuǎn)鏡的物鏡孔徑。
2)微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的位置在望遠(yuǎn)鏡的物鏡前，他們之間的間隔在不接觸的情況下應(yīng)盡可能小。
3)微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的板面與望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。
圖4是一個(gè)本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡的實(shí)例，其中，微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的凸面半徑＝0.400mm，凹面半徑＝0.1091903mm，厚度＝0.856mm，孔徑＝0.44mm，材料折射率n＝1.5168，各微透鏡中心按正三邊形排列分布，中心距rc＝0.40mm。該微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的角放大率＝2普通望遠(yuǎn)鏡物鏡參數(shù)為左表面曲率半徑r1＝29.4275mm，表面曲率半徑r2＝129.7195mm，厚度d1＝4mm，材料折射率n＝1.5168。目鏡參數(shù)為左表面曲率半徑r3＝-11.56544mm，表面曲率半徑r4＝-50mm，厚度d2＝3mm，材料折射率n＝1.5168。物鏡與目鏡間隔T＝40mm。物鏡孔徑22mm，目鏡孔徑＝11mm。微透鏡列陣型角擴(kuò)束器與物鏡間隔g＝2mm。該普通望遠(yuǎn)鏡的角放大率＝2.43本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡實(shí)例的角放大率＝2×2.43＝4.86。
權(quán)利要求
1.一種高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，包括物鏡和目鏡，其特征在于所述物鏡前設(shè)置有微透鏡列陣型角擴(kuò)束器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，其特征在于所述微透鏡列陣型角擴(kuò)束器靠近物鏡，但兩者不接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，其特征在于所述微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的孔徑大于其后望遠(yuǎn)鏡的物鏡孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，其特征在于所述微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的板面與望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，其特征在于所述微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的板面與望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，其特征在于所述微透鏡列陣型角擴(kuò)束器由n個(gè)相同的角擴(kuò)束器組件構(gòu)成面列陣，n≥2，各組件由正微透鏡和負(fù)微透鏡構(gòu)成，正、負(fù)透鏡的焦距及其間隔應(yīng)滿足每一個(gè)由正微透鏡和對(duì)應(yīng)負(fù)微透鏡構(gòu)成的透鏡組的整體光焦度為零；列陣中任一微透鏡的中心與相鄰微透鏡的中心之間的距離相等。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高倍短筒望遠(yuǎn)鏡，包括物鏡和目鏡，在物鏡前設(shè)置有微透鏡列陣型角擴(kuò)束器。在滿足下述條件時(shí)，本發(fā)明具有更好的技術(shù)效果微透鏡列陣型角擴(kuò)束器盡可能靠近物鏡，但兩者不接觸；微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的孔徑大于其后望遠(yuǎn)鏡的物鏡孔徑；微透鏡列陣型角擴(kuò)束器的板面與望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直。該望遠(yuǎn)鏡的總角放大倍數(shù)由于微透鏡列陣角擴(kuò)束器的角放大和普通望遠(yuǎn)鏡的角放大的共同貢獻(xiàn)而增大。加上了微透鏡列陣角擴(kuò)束器，在望遠(yuǎn)鏡總長(zhǎng)度基本不增大了情況下，總角放大率成倍增大，這樣，就可以用一個(gè)低倍短筒望遠(yuǎn)鏡配一個(gè)N倍的微透鏡列陣角擴(kuò)束器，得到一個(gè)高倍短筒望遠(yuǎn)鏡。
文檔編號(hào)G02B3/08GK1480759SQ0312834
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者趙斌, 趙 斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)