CN101676762A - 变倍光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装置，该光学装置具有变倍功能并应用于变焦式双筒望远镜等之上。本发明的目的在于使光学装置的光学特性得到改善、重量减轻、并迅速地完成变倍操作。在光学装置上，于物镜(7)和目镜(3)之间插装有沿此光轴可移动的变倍透镜(4)，还设置有当上述变倍透镜处于高倍率范围时调节光学特性用的调节透镜(5)。上述调节透镜可选择性地移动到光轴上的位置或避开光路的位置中的任一位置并被支承住。并且，上述调节透镜与调节变倍透镜位置用的变倍机构联动，当上述变倍透镜处于高倍率范围或低倍率范围时，调节透镜分别移动到光轴上的位置或上述避让位置。

Description

变倍光学装置

技术领域

本发明涉及一种变倍光学装置，特别是指一种能作为变焦式双筒望远镜或观鸟镜等来使用的变倍光学装置。

背景技术

以双筒望远镜为例，一般包括固定倍率式的双筒望远镜和可变倍率即变焦式的双筒望远镜。

如专利文献1所示，为了在变化为任何倍率的情况下都能够获得良好的光学性能，变焦式的双筒望远镜与固定倍率式的双筒望远镜相比，一般都设置有多个透镜。另外，还设置有复杂的透镜移动机构，该透镜移动机构使双筒望远镜在不改变焦点位置的情况下改变光学系统的倍率。

【专利文献1】日本发明专利公开公报特开平10-246858号

上述现有技术的变焦式双筒望远镜，在结构上，与固定倍率的双筒望远镜相比，会有成像暗、视野小、或者因光学像差补偿不充分而得不到清晰的影像等问题，因而其光学性能往往较低劣。

另外，变焦式双筒望远镜常常要使用到最小倍率和最大倍率，但因为透镜移动机构很复杂，不能在两极限倍率之间进行迅速的变焦操作，因而在操作性上也存在着问题。

并且，因具有多个透镜和必需带有复杂的透镜移动装置，因而，变焦式双筒望远镜与固定倍率双筒望远镜相比成本高且重量大，这导致在光学性能方面有利的大观测口径双筒望远镜很难实用化。

发明内容

本发明权利要求1的变倍光学装置中，在物镜和目镜之间的光轴上插装有可沿该光轴移动的变倍透镜，其特征在于，所述变倍光学装置包括：调节透镜，当上述变倍透镜处于一定的倍率范围内时，该调节透镜调节上述变倍光学装置的光学特性；调节透镜支承机构，它使上述调节透镜选择性地移动并保持于上述光轴上的位置或避开上述光轴的避让位置；使上述调节透镜支承机构与调节上述变倍透镜位置的变倍机构联动的联动机构，该联动机构可使上述调节透镜在上述变倍透镜处于上述的一定倍率范围内时移动至上述光轴上的位置，在上述变倍透镜处于上述倍率范围之外时移动至上述避让位置。

根据权利要求1所述，本发明权利要求2的变倍光学装置的特征在于，上述调节透镜支承机构包括：设置于不干涉光路的位置并与上述光轴平行的调节透镜轴；保持上述调节透镜的同时，并以可相对于上述调节透镜轴旋转的方式支承于其上的调节透镜支承架，该调节透镜支承架使上述调节透镜转动到光轴上的位置或避让位置；对上述调节透镜支承架选择性地向着上述光轴上的位置或避开上述光轴的避让位置加载的弹簧机构。

根据权利要求2所述，本发明权利要求3的变倍光学装置的特征在于，上述变倍机构包括转筒和凸轮机构，转筒设置在目镜周围能够旋转但不能在轴向上移动，凸轮机构将该转筒的旋转运动变换为沿光轴的轴向运动并传递给上述变倍透镜。同时，基于上述转筒的旋转，上述联动机构将上述调节透镜支承架移动到光轴上的位置或避开光轴的避让位置。

本发明权利要求4的变倍光学装置的特征在于，在所述调节透镜上，设置有扩大上述物镜焦距的凹透镜，同时，上述联动机构的构成为，仅仅在一定的高倍率范围内时才使得上述调节透镜处于光轴上的位置。

本发明权利要求5的变倍光学装置的特征在于，所述变倍光学装置为双筒望远镜，具有分别为左眼用和右眼用的1对光学系统，该光学系统中在上述物镜与调节透镜之间插装有棱镜。

若采用权利要求1以下的各项发明，只有在预先设定的一定倍率范围内时，调节透镜才处于光轴上的位置，在除此之外的倍率范围内时，调节透镜处于不干涉光路的避让位置。因而，可以根据调节透镜的上述特性在不同的倍率范围内控制调节透镜的有无，以使变倍光学装置达到最优化的状态。所以，与经常使用同一透镜组并通过移动该同一透镜组来实现倍率变化的现有技术的变焦式双筒望远镜之类的装置相比，本发明的变倍光学装置，因具有更少的透镜数目而能得到良好的光学性能，并且具有较宽的倍率范围。

另外，本发明为改变倍率而移动透镜的过程并不复杂，可使变倍机构的结构简单化，所以能够迅速地进行变倍操作。还有，因变倍机构简单且透镜数目少，故本发明的变倍光学装置与现有技术的产品相比，不仅成本低廉而且重量较轻。除此之外，基于上述原因，本发明还使大型的光学装置如较大观测口径的变焦式双筒望远镜的实用化成为可能。

附图说明

图1为本发明变倍光学装置用于变焦式双筒望远镜的实施方式的纵向剖面图；

图2为图1实施方式的变倍机构说明图；

图3为表示图1实施方式的转筒部分第1状态横向剖面图；

图4为表示图1实施方式的转筒部分第2状态横向剖面图；

图5为表示图1实施方式的调节透镜部分第1状态横向剖面图；

图6为表示图1实施方式的调节透镜部分第2状态横向剖面图。

【符号说明】

1        双筒望远镜中心轴、

2a       右侧镜筒(低倍率时)

2b       左侧镜筒(高倍率时)

3a，3b   目镜

4a，4b   变倍透镜

5a，5b    调节透镜

6a，6b    棱镜

7a，7b    物镜

8a，8b    目镜圆筒部

9a，9b    目镜圆筒部横向槽

10a，10b  目镜圆筒部纵向槽

11a，11b  目镜环

12a，12b  变倍透镜环

13a，13b  变倍透镜环导向销

14a，14b  凸轮筒

15a，15b  凸轮筒的凸轮槽

16a，16b  凸轮筒突起部

17a，17b  凸轮筒导向销

18a，18b  调节透镜支承架

19a，19b  调节透镜支承架孔

20a，20b  调节透镜轴

21a，21b  转筒

22a，22b  转筒内侧纵向槽

23a，23b  转筒的爪扣槽

24a，24b  板带导向装置

25        板带

26a，26b  卡爪

27a，27b  弹簧

28a，28b  弹簧固定孔

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的变倍光学装置用于变焦式双筒望远镜的实施方式。

图1为该实施方式下双筒望远镜的纵向剖面图。但是，为了便于说明，本图并不是只包括光轴和中心线的剖面图，而是绘制成为表示主要结构而包括了相应部分的不规则剖面图。

在图1中1为双筒望远镜的中心轴，2a为用于使用者右眼观察的右侧镜筒，2b为与右侧镜筒2a相同但用于使用者左眼观察的左侧镜筒。为了说明上的方便，右侧镜筒2a与左侧镜筒2b分别绘成表示低倍率和高倍率时的状态。另外，在图1之后的各附图及说明中，与右侧镜筒2a相关的部分通过在符号后添加字母a表示，与左侧镜筒2b相关的部分通过在符号后添加字母b表示。

首先，说明该双筒望远镜的基本结构。该双筒望远镜在镜筒2a(2b)靠近观察物的一侧设置有物镜7a(7b)，在靠近眼睛的一侧设置有目镜3a(3b)，来自于物镜7a(7b)的像通过波罗棱镜型的棱镜6a(6b)入射到目镜3a(3b)而成像。

物镜7a(7b)与目镜3a(3b)均由1对凸透镜组成，该凸透镜由一共2片透镜粘合而成。通过使物镜7a(7b)在其光轴方向前后移动来调焦。该调焦机构通过调焦环使目镜7a和7b同时前后移动，该调焦环设置于连接左右镜筒2a和2b的中心轴1上。像这样的所谓中心聚焦方式的调焦机构，还有左右镜筒2a和2b通过中心轴1连接并可折叠从而适应眼睛观察的结构，与现有技术中所公知的结构是一样的，而且并不是本发明的特点，因而在此不做详细地说明。

在棱镜6a(6b)与目镜3a(3b)之间设置有变倍透镜4a(4b)，该变倍透镜4a(4b)由在光轴方向上可前后移动的凸透镜构成。使用者通过操作变倍机构来调节上述变倍透镜4a(4b)与目镜3a(3b)之间的间隔，从而改变靠近眼睛一侧的焦距实现基本的变倍作用即缩放。

棱镜6a(6b)与变倍透镜4a(4b)之间设置有调节透镜5a(5b)。该调节透镜5a(5b)通过调节透镜支承机构支承并在光轴横断方向移动，从而处于“光轴位置”或“避让位置”中的任一位置。上述光轴位置是指，来自于物镜7a(7b)并透过棱镜6a(6b)的光轴与调节透镜5a(5b)光轴相一致的位置。上述避让位置是指，不干涉来自于物镜7a(7b)的光路的位置。在上述实施方式下，该调节透镜5a(5b)由凹透镜构成，当变倍透镜4a(4b)处于预先设定的高倍率范围的位置时，例如如图1中左侧镜筒2b所示，于靠近目镜3b一侧的焦距变小的状态下，上述调节透镜处于上述光轴位置。在除此之外的倍率范围内时，上述调节透镜处于避让位置。如此一来，使在上述高倍率范围内时靠近观察物一侧的焦距变大，从而能够不仅仅依靠变倍透镜4a(4b)也可获得较大的变倍率(变焦比)。

下面对执行上述操作的各机构部分进行详细的说明。

先对使变倍透镜4a(4b)进行移动的变倍机构进行说明。使用者使转筒21a(21b)转动，该变倍机构将该转动操作转变为沿光轴的直线运动并传递给变倍透镜4a(4b)。像上述的将旋转运动转换为沿该旋转中心线的直线运动的机构，众所周知的有很多种，在本发明例中采用的是由长孔与销配合而成的凸轮机构。

上述变倍机构的结构包括，在镜筒2a(2b)的靠近眼睛一侧形成有直圆筒状的目镜圆筒部8a(8b)；嵌合在该目镜圆筒部8a(8b)的外周上的可以旋转的转筒21a(21b)；嵌合在上述目镜圆筒部8a(8b)的内周上的可以旋转的凸轮筒14a(14b)；以及嵌合在上述凸轮筒14a(14b)内周上的可旋转并在轴向上可滑动的变倍透镜环12a(12b)。

在目镜圆筒部8a(8b)的开放端安装有拧进该开放端的保持目镜3a(3b)位置的目镜环11a(11b)，转筒21a(21b)夹持在安装于目镜圆筒部8a(8b)的基台部的板带导向装置24a(24b)和该目镜环11a(11b)之间，使该转筒21a(21b)可以旋转但不能在轴向上移动。

如图2所示，在目镜圆筒部8a(8b)上，靠近目镜3a(3b)开放端附近沿圆周方向开有长孔状的横向槽9a(9b)，同时，在其稍下方的中间部，沿轴向开有长孔状的纵向槽10a(10b)。上述纵向槽10a(10b)在轴向上的长度与变倍透镜4a(4b)所需的移动量相等。

在凸轮筒14a(14b)上倾斜地开有长孔状的凸轮槽15a(15b)，该凸轮槽15a(15b)在轴向上的长度及位置与上述纵向槽10a(10b)相应，而该凸轮槽15a(15b)在圆周方向上的长度与上述横向槽9a(9b)相应。

在凸轮筒14a(14b)上部外圆周上，镶嵌有与上述横向槽9a(9b)相配合的凸轮筒导向销17a(17b)。该凸轮筒导向销17a(17b)穿过上述横向槽9a(9b)，与在转筒21a(21b)内圆周轴向上形成的内侧纵向槽22a(22b)相配合。基于上述结构，在横向槽9a(9b)圆周方向长度所对应的角度范围内，转筒21a(21b)能够在目镜圆筒部8a(8b)的圆周上转动，并将此转动传递给凸轮筒14a(14b)。

变倍透镜环12a(12b)的外圆周上镶嵌着变倍透镜环导向销13a(13b)。该变倍透镜环导向销13a(13b)穿过凸轮筒14a(14b)的凸轮槽15a(15b)，并与目镜圆筒部8a(8b)的纵向槽10a(10b)相配合。

图2所示的状态为，在上述凸轮筒导向销17a(17b)与横向槽9a(9b)配合允许的范围内，从靠近眼睛的一侧来看，顺时针旋转转筒21a(21b)直至不能转动。此时，变倍透镜环导向销13a(13b)处于纵向槽10a(10b)及凸轮槽15a(15b)的靠近观察物一侧的端部。在这种状态下，变倍透镜4a(4b)处于最小倍率位置。

从上述状态将转筒21a(21b)逆时针旋转，此时，随着凸轮筒14a(14b)的旋转，通过与倾斜的凸轮槽15a(15b)相配合，有一个向靠近目镜3a(3b)方向的轴向推力作用于变倍透镜环导向销13a(13b)上。受到上述推力的变倍透镜环导向销13a(13b)使变倍透镜4a(4b)沿着纵向槽10a(10b)向上述方向即高倍率一侧移动。

在上述凸轮筒导向销17a(17b)与横向槽9a(9b)配合允许的范围内，逆顺时针旋转转筒21a(21b)直至不能转动。此时，变倍透镜环导向销13a(13b)处于纵向槽10a(10b)及凸轮槽15a(15b)的靠近眼睛一侧的端部。在这种状态下，变倍透镜4a(4b)处于最大倍率位置。

从上述最大倍率位置将转筒21a(21b)顺时针旋转，因受到与上述方向相反的作用，变倍透镜4a(4b)向倍率减小的方向移动。如上所述，通过对转筒21a(21b)的旋转操作，能够使变倍透镜4a(4b)从最小倍率位置向最大倍率位置连续地移动。此外，该变倍机构和本发明的关系与权利要求3中的记载相对应。

图3与图4所示为上述变倍机构左右联动结构的一例。在左右转筒21a、21b中分别于外圆周部形成有轴向的爪扣槽23a、23b。该爪扣槽23a、23b分别与设置在板带25两端部的右侧卡爪26a和左侧卡爪26b相配合。板带25由具有挠性的板状材料如弹簧钢等构成。该板带25安装在板带导向装置24a、24b内，该板带导向装置24a、24b在左右镜筒2a与2b上沿着转筒21a及21b大致的切线方向形成有缝隙。板带25沿着上述板带导向装置24a、24b的缝隙前后运动，使左右转筒21a、21b相互带动并旋转。所以，操作一侧的转筒21a也会使另一侧的转筒21b做同样的动作，从而使各自的变倍机构设定在同一倍率。

下面对调节透镜支承机构进行说明。如图1所示，在本发明的实施方式下，调节透镜支承机构的主要结构包括：在镜筒2a(2b)内于不干涉光路且与光轴平行的位置设置的调节透镜轴20a(20b)；保持上述调节透镜5a(5b)的同时，并以可相对于上述调节透镜轴20a(20b)旋转的方式支承于其上的调节透镜支承架18a(18b)，该调节透镜支承架18a(18b)使上述调节透镜5a(5b)转动到光轴位置或避让位置；对上述调节透镜支承架选择性地向着上述光轴位置或避让位置加载的弹簧机构。

图5与图6所示为从靠近眼睛一侧观察到的上述调节透镜支承机构的结构图。图5与图6分别为调节透镜5a(5b)处于避让位置和光轴位置的状态。因开口环等的固定作用，调节透镜支承架18a(18b)不能相对于调节透镜轴20a(20b)作轴向运动，而只能绕调节透镜轴20a(20b)转动。该调节透镜支承架18a(18b)的转动范围为，上述调节透镜5a(5b)不干涉光路的避让位置(图5)和与光轴一致的光轴位置(图6)之间。调节透镜5a(5b)通过弹簧机构选择性地向着上述2个位置中的任一位置加载。

如图5或图6所示，弹簧机构具有弹簧27a(27b)，该弹簧27a(27b)是一个将线圈两端作为臂端而延长的扭簧。上述扭簧的一个臂端固定在设置于镜筒2a(2b)上的固定孔28a(28b)上，另一臂端固定在设置于调节透镜支承架18a(18b)上的孔19a(19b)上。

如上所述，该弹簧机构的原理是，通过上述弹簧27a(27b)的张力作用，使调节透镜5a(5b)选择性地处于避让位置或光轴位置中的任一位置，即，使调节透镜支承架18a(18b)向靠近上述任一位置方向被加载。具体的实施方式是，假设在调节透镜轴20a(20b)的中心与孔19a(19b)的中心之间连结出一条线段，在调节透镜支承架18a(18b)处于避让位置时的上述线段和处于光轴位置时的上述线段所夹区域内，设置弹簧固定孔28a(28b)。基于上述设置，当调节透镜支承架18a(18b)在其转动范围内摆动时，以调节透镜轴20a(20b)的中心与固定孔28a(28b)的中心之间连结的线段为边界，调节透镜支承架的孔19a(19b)从上述边界线向避让位置一侧移动时，弹簧27a(27b)的张力产生转动力矩，使调节透镜支承架18a(18b)以调节透镜轴20a(20b)为中心向避让位置方向(图中逆时针方向)转动。与此相反，调节透镜支承架的孔19a(19b)从上述边界线向光轴位置一侧移动时，弹簧27a(27b)的张力产生转动力矩，使调节透镜支承架18a(18b)以调节透镜轴20a(20b)为中心向光轴位置方向(图中顺时针方向)转动。通过上述作用，调节透镜5a(5b)及调节透镜支承架18a(18b)选择性地向着避让位置或光轴位置中任一位置被加载。该调节透镜支承机构和本发明的关系与权利要求2中的记载相对应。

本发明的双筒望远镜，做成上述调节透镜支承机构与变倍机构联动的形式。下面对联动机构的结构例进行说明。如图1或图5、图6所示，该联动机构的主要结构包括：从凸轮筒14a(14b)的靠近观察物一侧的端面上沿轴向延出的突起部16a(16b)；与该突起部相配合，在调节透镜支承架18a(18b)的一侧面上形成的凸轮槽部。

上述突起部16a(16b)与凸轮槽部克服上述弹簧27a(27b)的张力，当转筒21a(21b)及凸轮筒14a(14b)处于最小倍率的转动位置(参照图5)或最大倍率的转动位置(参照图6)时，保持调节透镜支承架18a(18b)分别处于避让位置或光学位置上。在调节透镜支承架18a(18b)保持于上述光轴位置的状态下，操作变倍机构向低倍率方向移动，此时，随着凸轮筒14a(14b)的转动，调节透镜支承架18a(18b)向避让位置方向转动。此时的转动量越过上述的边界线，基于弹簧27a(27b)的张力，调节透镜支承架18a(18b)迅速地靠向避让位置。与此相对地，在调节透镜支承架18a(18b)保持于上述避让位置的状态下，操作变倍机构向高倍率方向移动，此时，随着凸轮筒14a(14b)的转动，调节透镜支承架18a(18b)向光轴位置方向转动。此时的转动量越过上述的边界线，基于弹簧27a(27b)的张力，调节透镜支承架18a(18b)迅速地靠向光轴位置。如上所述，调节透镜5a(5b)与变倍机构联动，选择性地确定所处位置，于高倍率范围时移动至光轴位置，于低倍率范围时移动至避让位置。该联动机构和本发明的关系与权利要求3中的记载相对应。

若采用本发明的实施方式，可获得如下效果。

第1，可以精确地确定上述调节透镜5a(5b)在光轴上的位置，并可迅速地使其位置发生变化。即，在本发明实施方式下，调节透镜支承架18a(18b)设置成可绕与光轴平行设置的调节透镜轴20a(20b)转动的形式，避免了物镜-目镜之间的光轴与调节透镜5a(5b)的光轴交错的现象，从而使各光轴变得一致。另外，如上述以可旋转方式支承的调节透镜支承架18a(18b)通过弹簧机构而向光轴位置或避让位置被加载，所以结构简单且调节透镜可迅速地实现移动操作。

第2，将上述变倍机构的操作传递给调节透镜5a(5b)的联动机构的结构简单，同时其动作性能更可靠。即，在本发明实施方式下，通过操作转筒21a(21b)使变倍透镜4a(4b)在光轴方向移动，且基于该转筒21a(21b)的转动使调节透镜支承架18a(18b)发生转动。上述情况下，运动的传递是由两个回转部件实现的，因而联动机构不需要具有复杂的结构即可获得可靠的动作性能。

第3，若采用本发明实施方式的结构，不难获得较高倍率并且可以迅速的进行倍率变换操作，从而可获得较佳的实施效果。即，在本发明实施方式下，调节透镜5a(5b)设成凹透镜，以此可以扩大处于高倍率范围内的目镜7a(7b)的焦距。上述情况下，与仅仅依靠透镜的移动来获得高倍率的现有技术产品相比，本发明的双筒望远镜中光学系统所有的透镜数目及倍率变换时的透镜移动量均较少，因而在获得高倍率的同时也可容易地获得良好的光学特性。另外，通过使调节透镜5a(5b)介入即可获得高倍率，因而可以迅速地从低倍率向高倍率变换。

第4，前面已经提到，本发明降低了变焦式双筒望远镜的成本及重量，可获得高实用化的效果。即，若采用本发明的实施方式，光学系统使用比现有技术产品更少的透镜数目即可获得较高的倍率，而且变倍机构也较简单，所以既降低了成本又减轻了重量。特别是轻量化对提高常常需手持使用的双筒望远镜的实用性具有很大的贡献。

以上所述实施方式仅为本发明用于双筒望远镜的实施例而已，并不用以限制本发明。本发明不仅应用于双筒望远镜中，还可以应用于单筒结构的光学装置如单筒望远镜和观鸟镜等中。

另外，上述实施方式例示的结构为，在双筒望远镜中介入由凹透镜构成的调节透镜，此时的变倍光学系统处于高倍率范围，不过，调节透镜的种类和其介入的倍率范围是可以任意确定的，换言之，采用本发明可在广阔的目的以致用途上图得变倍光学系统的最优化。

Claims (5)

1.一种变倍光学装置，该变倍光学装置中，在物镜和目镜之间的光轴上插装有可沿该光轴移动的变倍透镜，其特征在于，该变倍光学装置包括：

调节透镜，在上述变倍透镜处于一定的倍率范围内时，该调节透镜调节变倍光学装置的光学特性；

调节透镜支承机构，它使上述调节透镜选择性地移动并保持于上述光轴上的位置或避开上述光轴的避让位置；

使上述调节透镜支承机构与调节上述变倍透镜位置的变倍机构联动的联动机构，该联动机构在上述变倍透镜处于上述一定的倍率范围内时可使上述调节透镜移动至上述光轴上的位置，在上述变倍透镜处于上述倍率范围之外时移动至上述避让位置。

2.根据权利要求1所述的变倍光学装置，其特征在于，上述调节透镜支承机构包括：设置于不干涉光路的位置并与上述光轴平行的调节透镜轴；

保持上述调节透镜的同时，并以可相对于上述调节透镜轴旋转的方式支承于其上的调节透镜支承架，该调节透镜支承架使上述调节透镜转动到光轴上的位置或避让位置；

对上述调节透镜支承架选择性地向着上述光轴上的位置或避开上述光轴的避让位置加载的弹簧机构。

3.根据权利要求2所述的变倍光学装置，其特征在于，上述变倍机构包括：设置在目镜周围能够旋转但不能在轴向上移动的转筒；将该转筒的旋转运动变换为沿光轴的轴向运动并传递给上述变倍透镜的凸轮机构，

同时，基于上述转筒的旋转，上述联动机构将上述调节透镜支承架移动到光轴上的位置或避开光轴的避让位置。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的变倍光学装置，其特征在于，上述调节透镜上，设置有扩大上述物镜的焦距的凹透镜，同时，上述联动机构的构成为：仅仅在一定的高倍率范围内时才使得上述调节透镜处于上述光轴上的位置。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的变倍光学装置，其特征在于，所述变倍光学装置为双筒望远镜，具有分别为左眼用和右眼用的1对光学系统，该光学系统中在上述物镜与调节透镜之间插装有棱镜。

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