CN101776794B

CN101776794B - 一种微距式望远镜的调节方法

Info

Publication number: CN101776794B
Application number: CN2010101286262A
Authority: CN
Inventors: 金排江; 王林; 孔令明
Original assignee: BEIFANG PHOTOELECTRIC Co Ltd XI'AN
Current assignee: Xi'an Vision Opto-Electronic Co., Ltd.
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-03-22
Also published as: CN101776794A

Abstract

一种微距式望远镜的调节方法，通过调节位移或位移与角度共同的调节，实现近距离的观测。本发明主要应用在双筒望远镜领域，与常用的双筒望远镜相比，在远距离观测无差异，在近距离观测时，不但可以看清很近距离的物体，而且依然看到左右视场环重合，提高观测效果。不但应用在所有类型双筒望远镜产品中，也可应用于双目观测近距离的光学仪器中，可观测0.3-0.4m近的物体。本望远镜可应用于户外观景，观察昆虫等，除可作为普通望远镜使用外，还适合作为青少年的科普教具、昆虫爱好者或户外运动爱好者的观测利器。市场前景比较广泛。

Description

一种微距式望远镜的调节方法

技术领域

本发明属于光学仪器，具体涉及一种微距式望远镜的调节方法。

背景技术

常规的双筒望远镜，在调节像面时，物镜框靠在直导筒内前后滑动。使用望远镜观察目标，望远镜观察无限远的物体时两个镜筒的光轴是平行的两个眼睛所看到的光栏重合，所以常规望远镜的物镜框导筒是平行的。随着观察物体的靠近，目标的像在左右两个视场中的位置开始向中间偏移，导致两个像不能重合，两个光栏渐渐不重合，影响观察效果。两物镜的距离越大，在近处同样远时观察物体，人眼所看到的两个光栏不重合的影响就越大。在两个物镜的距离近的情况下，观察物体大概在2m以外影响不是很大，但要看更近距离的物体，两眼所看的视场环明显的不重合。

图(1)所示的是望远镜看无限远物体时的光学原理图；存在大小目距和大小物距，此时物体主光线和物镜光轴重合，目标主光线和目镜光轴重合，取两目镜的中间距离为2Y，此时物镜距离2X，大小物距和目距以此位置向两边转动。物镜焦距为f₁`，目镜焦距为f₂`，人眼看到的两视场环重合。

当看近处物体物镜不变动时，如下图(2)所示：当物体距物镜的距离为d时，物体是轴外点物体，和物镜光轴之间的夹角为α，(∠α＝X/d)；入射光线(物体主光线)和棱镜入射夹角α，并且比物镜光轴偏外入射，方向朝外；根据棱镜的倒像原理，出射光线(物体主光线)和棱镜的出射夹角也是α；并且比目镜光轴偏里出射，方向朝里，所以呈现的像朝里偏离目镜光轴。根据光学原理，经过像的主光线经过目镜后的方向和经过像与目镜中心的光线平行。与目镜光轴之间的夹角为β(β＝α*f₁`/f₂`)，由于这时观察物体两眼同时要往里看才能看清物体，两眼看到的视场环有一部分交叠在一起。图中阴影部分为两眼交替的部位，其它部分不重合。

当物距在2m以内物镜慢慢的进行变动，物镜变动前物距为L，当物镜变动后，转动物镜同时再移动物镜时，使物体主光线和物镜主面垂直，并且经过物镜中心，光学原理如下图(3)所示，此时的物体是物镜转动和移动以后物镜的轴上点物体，物镜转动的角度与物镜变动后物体主光线和物镜变动前物镜光轴之间的夹角相等。入射光线(物镜变动后物体主光线)与棱镜入射夹角a，并且相对变动前物镜光轴偏里入射，方向朝外；根据棱镜的倒像原理，出射光线(物镜变动后物体主光线)和棱镜的出射夹角也是a，并且比目镜光轴偏外出射。方向朝里，所以像呈现在目镜光轴上，(变动物镜的目的就是为了使像始终保持在目镜光轴上，但经过像到目镜的主光线随物镜的变化时刻在变动的)，但根据光学原理，经过像的主光线经过目镜后始终与目镜的光轴平行。这样看到的两个视场环始终是重合的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适应近距离观测的微距式望远镜的调节方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：设X为两物镜镜筒距离的一半，-l为看近处物体时物镜变动前的物距；l`为看近处物体时物镜变动前的像距，∠d为看近处物体时物镜变动前物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠c为看近处物体时物镜变动后物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠a为看近处物体时物镜变动的角度；∠e为看近处物体时物镜变动前物镜的主面与物镜变动后物体主光线所成的角度；∠b为看近处物体时物镜变动前后物体主光线之间的角度，物镜焦距为f₁`则有：

1)角度和位移共同作用下的调节：

∠b+∠c＝∠d

∠b/∠c＝l`/(-l)

∠a＝∠c(∠c+∠e＝90°∠a+∠e＝90°)

tan∠c＝X/(l`-l)

f`/l`+f/l＝1

1/l`-1/l＝1/f₁`(f＝-f`)

l`＝f₁`l/(f₁`+l)

∠a＝∠c＝arctan[X/(l`-l)]＝arctan[X*(f₁`+l)/(-l²)]

物镜向内移动距离D≈AB＝BD*tg∠c≈l`tg∠C；

AB为物镜转动前物镜中心到物镜转动后物体主光线的距离；

BD为看近处物体时物镜变动后的像距BD≈l`；

2)只有位移的调节移动的距离为P＝Xl`/(l`-l)。

本发明主要应用在双筒望远镜领域，与常用的双筒望远镜相比，在远距离观测无差异，在近距离观测时，不但可以看清很近距离的物体，而且依然看到左右视场环重合，提高观测效果。不但应用在所有类型双筒望远镜产品中，也可应用于双目观测近距离的光学仪器中，可观测0.3-0.4m近的物体。本望远镜可应用于户外观景，观察昆虫等，除可作为普通望远镜使用外，还适合作为青少年的科普教具、昆虫爱好者或户外运动爱好者的观测利器。市场前景比较广泛。

附图说明

图1是望远镜看无限远物体时的光学原理图；

图2是望远镜看近处物体物镜不变时的光学原理图；

图3是望远镜看近处物体物镜变动时的光学原理图；

图4是看近处物体时，两物镜框既相对中轴向里靠近，又相对中轴向里转动的光学原理图；

图5是看近处物体时，两物镜框相对中轴向里靠近即物镜在只有移动的光学原理图；

图6是看近处物体时，两物镜框相对中轴向里转动的光学原理图；

图7是在光学系统中带负场镜情况下看近处物体时，变动场镜的光学原理图，(同理包括只有转动；只有移动；和同时有转动和移动三种情况)；

图8是在光学系统中带正场镜情况下看近处物体时，变动场镜的光学原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

理论上物镜始终是朝里变动的，但由于存在大小物距的现象，在中间时向里变动是没问题的，两个光轴和中心轴在一个平面内，但当调到大、小物距时，两个光轴和中心轴所成的两个平面有一定的角度，但由于结构的难于实现(难以实现补偿所成的角度)，在变动的时候始终是绕中心轴向里转动，这样在变动时就不是往竖直平面里的变动，而是向上或者向下有一定的角度，分解它的变动效率，往里的转动是它变动量乘以cos值，由于角度小，cos接近1，所以往里的变动的影响可以忽略；只是效率有点差而已，往上下变动的量是它变动量乘以sin值，左右镜筒上下变动分量一致，并且角度不大，两光栏只是同时同幅度的稍偏上或者稍偏下，所以在上下的分量也可以忽略。

看近处物体时，在物镜变动的过程中，物镜转动的角度究竟多大，如上图(4)所示，X为两物镜镜筒距离的一半，-l为看近处物体时，物镜变动前的物距；l`为看近处物体时，物镜变动前的像距。∠d为看近处物体时，物镜变动前物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠c为看近处物体时，物镜变动后物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠a为看近处物体时，物镜变动的角度；∠e为看近处物体时，物镜变动前物镜的主面与物镜变动后物体主光线所成的角度；∠b为看近处物体时，物镜变动前后物体主光线之间的角度。

推导公式为：

∠b+∠c＝∠d

∠b/∠c＝l`/(-l)

∠a＝∠c(∠c+∠e＝90°∠a+∠e＝90°)

tan∠c＝X/(l`-l)

f`/l`+f/l＝1

1/l`-1/l＝1/f₁`(f＝-f`)

l`＝f₁`l/(f₁`+l)

∠a＝∠c＝arctan[X/(l`-l)]＝arctan[X*(f₁`+l)/(-l²)]

物镜向内移动距离D≈AB＝BD*tg∠c≈l`tg∠C；

上述是角度和位移的共同作用，

其次在只有位移的情况，如下图5所示，从物体中心点发出的光线依然经过物镜中心不改变方向到物镜光轴的像面上，但此时的光线不一定是主光线，此时的物体是物镜的轴外点物体，移动的距离为P＝Xl`/(l`-l)，但纯粹的移动在结构上是难于实现的，实际中在移动的时候夹杂着转动。

再次在只有转动的情况，如下图(6)所示，从物体中心点发出的光线依然经过物镜中心不改变方向到物镜光轴的像面上，但此时的光线也不一定是主光线，物体也是物镜的轴外点物体，但纯粹的转动在结构上是很难实现的，一方面转动的角度很大，完全靠转动把玻璃的中心往里移动，其次是一般在转动的同时本身存在着移动。

理论上近距离观察物体分为上面三种情况，但在实际中存在的现象是第一种的衍生(转动和移动物镜，物体是物镜的轴外点物体)，在转动和移动的时候，把近距离物体可以当为轴上点，也可以当为轴外点，上面只论述在转动和移动的同时把近距离物体作为轴上点讨论。离开上述这一特定的角度和位移，近距离物体就作为轴外点。

物镜转动的角度增大的时候，物镜移动的距离就相应的减小，二者之间有一定的关系，理论上特定的角度对应的特定的移动，二者的共同作用就是把物镜的中心往里移动。上面所说的转动是绕玻璃边缘的转动，纯粹的绕中心的转动始终是没有意义的。

同理：带负场镜和带正场镜边动如下图(7)，图(8)所示：

在实际的观察中.由于人眼睛有一定的会聚度，经过放大时人眼睛有一倍的会聚作用，再加上人眼睛有一定的调节作用，所以实际中所需要的变动量不需要理论的那么大。

Claims

1.一种微距式望远镜的调节方法，其特征在于：设X为两物镜镜筒距离的一半，-l为看近处物体时物镜变动前的物距；l`为看近处物体时物镜变动前的像距，∠d为看近处物体时物镜变动前物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠c为看近处物体时物镜变动后物体主光线与物镜变动前物镜光轴所成的角度；∠a为看近处物体时物镜变动的角度；∠e为看近处物体时物镜变动前物镜的主面与物镜变动后物体主光线所成的角度；∠b为看近处物体时物镜变动前后物体主光线之间的角度，物镜焦距为f₁`则有：

1)角度和位移共同作用下的调节：

∠b+∠c＝∠d

∠b/∠c＝l`/(-l)

∠a＝∠c(∠c+∠e＝90°∠a+∠e＝90°)

tan∠c＝X/(l`-l)

f`/l`+f/l＝1

1/l`-1/l＝1/f₁`(f＝-f`)

l`＝f₁`l/(f₁`+l)

∠a＝∠c＝arctan[X/(l`-l)]＝arctan[X*(f₁`+l)/(-l²)]

物镜向内移动距离D≈AB＝BD*tg∠c≈l`tg∠C；

AB为物镜转动前物镜中心到物镜转动后物体主光线的距离；

BD为看近处物体时物镜变动后的像距BD≈l`；

2)只有位移的调节移动的距离为P＝Xl`/(l`-l)。