CN103278920A - 一种稳像双目望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳像双目望远镜，包括望远镜壳体，望远镜壳体内设有左眼望远光路和右眼望远光路，其特征在于：所述左物镜和右目镜属右眼望远光路，右物镜和左目镜属左眼望远光路，右眼望远光路和左眼望远光路以互不遮挡的方式立体交叉，且两条望远光路的物镜和目镜之间均有相应的正像镜组；右眼望远光路和左眼望远光路的正像镜组结合在一起，形成两条望远光路共用的稳像组件；所述稳像组件由常平架悬挂安装在望远镜壳体内。本发明披露的简单的直接稳像装置能精确地同步消除双眼所看到的像的转动，同时能有效抑制陀螺的章动，还能锁定/解锁稳像组件，以便在携行时将稳像组件锁定在望远镜壳体内，在观察时则允许稳像组件灵活转动。

Description

一种稳像双目望远镜

技术领域

本发明涉及一种具有稳像措施的光学系统。更具体地说，是一种稳像双目望远镜。 

背景技术

手持望远镜观察时，使用者的持握不可能象三脚架那样稳定。使用者身体摇晃、血脉搏动、手臂颤动等，都会使望远镜发生轻微抖动。若无稳像措施，使用者通过望远镜看到的像也随之抖动。望远镜的角放大率(倍率)越大，像的抖动越严重。一般来说，倍率超过15×的望远镜就很难手持使用了，必须配以相应支架。但在车、船、飞机上，随载体颠簸的支架对望远镜稳像作用不大。像的抖动将严重破坏像的信息含量，非常不利于用望远镜进行精确观察，如救险搜寻、军事侦察、夜观星空等。所以，对望远镜进行稳像是必要的。 

像的抖动源自望远镜的角放大能力。用放大M倍的望远镜观察时，若望远镜相对惯性系转动α角度，观察者看到的目标相对惯性系则将转动(M±1)α角度(正像取负号)。故望远镜的放大能力越强，像的抖动越严重。由于“转动”才是像的抖动的本质，本说明书将使用“转动”一词。 

为了稳定从望远镜中看到的像，前人已经提出了许多方案，但这些方案都存在缺点。 

有些方案(如US 8179078)把整个望远镜置于一个稳定平台上，从而保持望远镜的视线(line of sight)相对惯性系无转动。但这种“稳定平台”不仅笨重，还需要较大功率的能量输入才能工作，并不适用于便携式望远镜。 

更现实的稳像方法是在望远镜内采取措施，技术路线主要有两条。第一条 技术路线采用“直接稳像”技术，即直接用惯性元件(如陀螺)作为稳定器件，稳定住望远镜光路中的某个(或某些)光学元件，使其不随望远镜其他部分转动，从而消除像的转动。第二条技术路线采用“间接稳像”技术，即用传感器(如陀螺角速度计或多轴加速度计)测量望远镜的转动，用角位移信号控制伺服机构改变光路中某个(或某些)光学元件的位置、角度或形状，从而校正像的转动。 

间接稳像专利很多，如美国专利US 4965619、US 7983546、US 7962024、US 6545806、US 5715086、US 5589239等。间接稳像虽已获得广泛应用(主要是日本厂商研发的稳像照相机和稳像望远镜)，但它们稳像时需要供电，这对不便获得电池的野外搜救、军事行动等应用是个隐患。另外，在间接稳像的双目系统中，两侧光路的稳像校正程度不可能完全一致。还有，间接稳像必须“克服”稳像元件的惯性/惯量使之运动(与之相反，直接稳像则“利用”稳像元件的惯性/惯量保持静止)，所以间接稳像的平稳程度从原理上讲是逊于直接稳像的。因此“直接稳像”技术有其独特的应用价值。 

大多数已披露的直接稳像装置只适用于单目系统(如美国专利US 3475073、US 3473861、US 3608995、US 3608996、US 3608997、US 4013339、US 4260218、US 4911541等)。虽然单目或双目系统在光学上并无差别，但人用单眼还是双眼进行观察则差别很大。人类视觉中枢对双目视觉有强大、复杂的信息融合与增强能力，这就是用单目望远镜经常会“视而不见”精致细节、而用同样倍率的双目望远镜却能看到的原因。双目系统绝非两个单目系统的简单并列。由于制造公差、装配间隙、环境扰动等因素的影响，两条独立光路的稳像校正程度往往不一致，从而造成两眼看到的像飘忽离合、令人眩晕。因此，双目系统直接稳像的主要困难是确保两条光路的稳像校正程度完全一致。到目前为止，针对 双目系统披露的专利不多。 

美国专利US 2829557和US 3582180用杆系把两光路的稳像部分连接起来，以机械方式实现两侧稳像动作的同步。这些装置虽然由于结构过分复杂而不具实用性，但它们从原理上能完全消除像的转动，是直接稳像技术中的“精确稳像”装置。 

美国专利US 3460881、US 4235560和US 5798863提出的双目稳像装置从原理上只能部分地消除像的转动，是直接稳像技术中的“近似稳像”装置。由于两个像的残留转动方向不同，双眼观察时会看到像离合模糊、令人眩晕。 

美国专利US 4542962和US 6067194让物镜参与稳像，既可构成复杂的精确稳像装置，也可构成相对简单的近似稳像装置。但基于物镜尺寸、结构重量、安装调试等方面考虑，仍以物镜固定在壳体上为好。另外，望远镜在稳像时，稳像部分在望远镜内大幅晃动是不允许的。 

美国专利US 5028995、US 5089911披露了将两侧正像棱镜结成一体、共同绕稳像铰接点转动的整体弹性常平架。遗憾的是它们未提及相应的光路设计。 

也有在稳像之后、目镜之前进行分光的方案(如US 3677618)。此类方案要么遮挡(像质最好的)中央光束，要么需要在目镜前增加相当长(也昂贵)的光路。另外，两侧光路的反射次数不同将导致两侧的像的翻转状态不一致，须用额外的反射元件补偿。 

最接近“直接、精确、双目”稳像的望远系统是美国专利US 3915550披露的装置，其左右光路的光束分别被一个液浮惯性元件的正反面反射，从而实现两侧光路稳像校正程度的一致。但该装置的光路很复杂，其中的精密液浮元件是其实用化的最大障碍。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种稳像双目望远镜。本发明在原理上能完全同步地消除双眼所看到的像的转动，并且对像的转动的消除是精确的；本发明用尽量简单的装置实现望远镜的直接稳像，同时能有效抑制稳定陀螺的章动；本发明能锁定/解锁稳像组件，以便望远镜在携行状态下将稳像组件锁定在望远镜壳体内，在观察状态下允许稳像组件灵活转动。 

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是： 

稳像双目望远镜，包括望远镜壳体，望远镜壳体内设有左眼望远光路和右眼望远光路，其特征在于：所述左物镜和右目镜属右眼望远光路，右物镜和左目镜属左眼望远光路，右眼望远光路和左眼望远光路以互不遮挡的方式立体交叉，且两条望远光路的物镜和目镜之间均有相应的正像镜组；右眼望远光路和左眼望远光路的正像镜组结合在一起，形成两条稳像光路共用的稳像组件；所述稳像组件由具有两个正交转动自由度的常平架悬挂安装在望远镜壳体内。 

进一步地说： 

所述左眼望远光路包含一个左眼物镜、一个左眼目镜，以及位于左眼物镜和左眼目镜之间的一个左眼正像镜组；所述右眼望远光路包含一个右眼物镜、一个右眼目镜，以及位于右眼物镜和右眼目镜之间的一个右眼正像镜组；左眼物镜节点与左眼目镜节点相连，构成左眼节连线；右眼物镜节点与右眼目镜节点相连，构成右眼节连线；左眼节连线与右眼节连线相交，交点既是右眼节连线的中点，也是左眼节连线的中点。 

更进一步地说： 

所述常平架包括常平架框体和常平架转台；所述常平架框体相对于望远镜壳体可以转动；常平架转台相对于常平架框体可以转动；所述常平架框体相对 于望远镜壳体、常平架转台相对于常平架框体的转动轴线的交点，与左眼节连线与右眼节连线的交点相重合；所述左眼正像镜组和右眼正像镜组安装在常平架转台上。 

更进一步地说： 

所述左眼正像镜组和右眼正像镜组共用两个反射直角棱镜；一个反射直角棱镜的斜面的两侧均为反射面，斜面的内侧为右眼望远光路提供反射，斜面的外侧为左眼望远光路提供反射；另一个反射直角棱镜的斜面的两侧也均为反射面；斜面的内侧为左眼望远光路提供反射，斜面的外侧为右眼望远光路提供反射。 

本发明所披露的稳像光学系统不仅适用于双目望远镜，还可用于光学通讯。如果在稳像望远镜的一侧光路中共轴安装光源(如可调制激光器)，在另一侧光路中共轴安装光接收器，那么两台对望的稳像望远镜就能互相通讯。这种光学通讯方向性好、不易被截获、不易受电磁干扰。即使通讯双方都在随颠簸的载体运动，这种由稳像系统稳定“视线”的光学通讯仍能顺利进行。 

本发明披露的双目稳像望远镜的特征是，左物镜和右目镜属于一条光路，右物镜和左目镜属于另一条光路，两条光路以互不遮挡的方式“立体交叉”。在两条光路的物镜和目镜之间均有相应的正像镜组(如Porro-Abbe棱镜，或相应的反射镜)。两条光路的正像镜组结合在一起，形成两条光路共用的稳像组件。稳像组件由具有两个正交转动自由度的常平架悬挂安装在望远镜壳体内。当望远镜相对惯性系转动时，高速旋转的陀螺转子的定轴性将保持稳像组件相对惯性系固定不动，从而消除像的转动。即使在陀螺转子不转动(如未装电池)的情况下，依靠稳像组件的线性惯量也能获得一定的稳像能力。 

附图说明

图1是望远镜转动前的示意图，用来解释望远镜的稳像原理； 

图2是常见的正像镜组； 

图3是望远镜发生俯仰转动时实现稳像的原理示意图； 

图4解释了常规稳像双目望远镜产生水平误差的原因； 

图5解释了本发明创新的双目望远镜的稳像原理； 

图6是利用“左物镜、右目镜”为右眼实现水平方向精确稳像的原理图； 

图7是利用“右物镜、左目镜”为左眼实现水平方向精确稳像的原理图； 

图8是“左物镜、右目镜”稳像光路及其Porro-Abbe型反射元件的布局； 

图9是“右物镜、左目镜”稳像光路及其Porro-Abbe型反射元件的布局； 

图10是图8和图9结合在一起后的光路； 

图11是图10中使用的直角棱镜，其斜面既可实施外表面反射，又可实施内表面反射； 

图12是正像镜组安装在由陀螺转子稳定的常平架上的结构； 

图13是本发明所披露的完整装置； 

图14是本发明所披露的稳像组件的锁定/解锁机构； 

图15是根据本发明的原理构造的其他形式的光路布局。 

具体实施方式

为更好地说明本发明的稳像方法，首先回顾常规的单目望远镜的稳像原理。图1所示的望远镜包含镜筒5、物镜2和目镜9。物镜2的主平面的法线定义为主光轴4，物镜节点3位于主光轴4上。凡经过物镜节点3入射的光线均不改变传播方向。 

来自遥远物体的平行光束1被物镜2汇聚，在中间像平面7上聚焦成像， 随后光线继续前进、被目镜9准直后进入观察者的眼球10。这束准直光在视网膜上成像，从而观察者就看到了放大的物体。为看到正像，常用多个反射面组成正像镜组对物镜2所成的像进行翻转。 

位于主光轴4上的正像镜组6无论采用什么结构，如图2示例的Porro棱镜、Porro-Abbe棱镜、Abbe-Koenig棱镜、Schmidt-Pechan棱镜等，其光学性质均可等效为一个正像等效平面。平行于光轴、高度为h的入射光线经过正像镜组6后，离开正像镜组6的光线仍平行于光轴、但高度变为-h，即两条光线分别位于光轴两侧。正像等效平面6使光线在中间像平面7上形成正立的实像，观察者通过目镜9观看此像，即可看到放大、正立的虚像。 

望远镜的正像镜组6同时又是稳像镜组，安装在望远镜内的常平架可保持正像等效平面6始终垂直于主光轴4。常平架的万向铰链点R(以下简称铰接点)位于物镜2和目镜9之间。当常平架铰接点R位于物镜节点3与目镜节点8的连线的“中点”时，无论望远镜发生怎样的小幅转动，观察者通过目镜看到的像都是稳定的。连接物镜节点与目镜节点的这条线段对稳像过程很重要，本说明书将此线段定义为节连线。需要说明的是，由于光线会在正像镜组6内多次反射，所以连接物镜节点3与目镜节点8的节连线L的长度，并非物镜2到目镜9的“光学距离”。 

图3是望远镜在铅垂面内发生“俯仰”的情况。被观察物体位于光轴11左方无穷远。望远镜相对于惯性系的顺时针转动将迫使节连线L与主光轴11形成α夹角。对站在惯性系中的观察者而言，望远镜的转动均可视为是绕常平架铰接点R的转动。由于R点不仅位于主光轴11上，R点还是节连线L的中点，所以望远镜的转动就像“跷跷板”一样把物镜12和目镜20分别向主光轴11的两侧“反向、等距”地偏移。 

图3中，安装在常平架上的正像镜组17受某种稳定措施的控制而保持其相对于惯性系不发生角位移，正像等效平面17始终垂直于主光轴11。来自遥远物体、平行于主光轴11、经过物镜节点13的光线15进入等效平面17的高度为h，那么离开等效平面17的光线18必在光轴下方h处(高度为-h)。此时，目镜节点21恰好也在主光轴11下方h处，光线18将穿过目镜节点21，目镜不改变光线18的方向，光线18离开目镜时仍平行于主光轴11。由于(无论望远镜绕点R如何转动)离开望远镜的光线18始终平行于进入望远镜的光线15，观察者看到的像将始终稳定不动。 

从图3还可看到，无论正像等效平面17位于光轴上什么位置，正像镜组的稳像效果均不受影响。只要物镜和目镜分别向光轴两侧偏移相同距离，正像镜组就能实现“精确稳像”。 

如果望远镜仅在铅垂面内俯仰，上述稳像措施可精确消除像的转动。但如果把上述稳像措施简单地应用于常规的双目望远镜，则望远镜在水平面内“偏航”所引起的像的转动就无法完全消除了。 

图4是双目望远镜在水平面内发生偏航的情形。被观察物体位于光轴a1和b1左方无穷远。望远镜相对于惯性系的(顺时针)偏航将迫使节连线La(a6)与主光轴a1形成β夹角、迫使节连线Lb(b6)与主光轴b1形成β夹角。为确保左右两侧光路的稳像校正完全相同，两个正像镜组a9和b9将安装在同一个常平架上。常平架铰接点的位置必须兼顾两条光路的稳像，一般取右节连线中点Ma与左节连线中点Mb的中间点，也就是图4中的R点。对站在惯性系中的观察者而言，望远镜的转动均可视为是绕R点的转动。但由于R点与两条节连线的中点都不重合，物镜和目镜相对于R点将各自偏移不同距离。尽管进入和离开正像镜组a9和b9的光线仍分别位于各自光轴两侧相同距离处，但离开正 像镜组的光线将不再经过目镜节点，穿过目镜的光线会改变方向，通过目镜看到的将是随望远镜转动而不稳定的像。 

当望远镜绕常平架铰接点R在水平面内(顺时针)转过β角时，悬挂在常平架上的正像镜组a9和b9保持初始姿态角不变。此时的物镜a2和b2、目镜a13和b15将分别偏移至a4、b4、a14、b13等位置。偏移后的右节连线La(a6)与初始主光轴a1成夹角β；偏移后的左节连线Lb(b4)与初始主光轴b1成夹角β。此时，两个物镜的节点分别被偏移至a3点和b3点，两个目镜的节点分别被偏移至a15点和b14点。相应地，右节连线的中点Ma被偏移至Ma’点，左节连线的中点Mb被偏移至Mb’点。偏移后的右节连线中点Ma’位于主光轴a1下方δ距离处，偏移后的左节连线中点Mb’位于主光轴b1上方δ距离处。令d为常平架铰接点R到右(或左)节连线中点Ma(或Mb)的距离，那么δ为： 

δ＝d·(1-cosβ) 

对右侧光路，平行于主光轴a1、经过物镜节点a3的光线a5在穿过物镜a4后不改变方向，继续沿平行于主光轴a1的方向传播，并在高度h进入正像镜组等效平面a9。离开正像镜组a9的光线a10仍平行于主光轴，高度为-h。此时目镜节点a15的高度为-(h+2δ)，光线a10将在目镜节点a15上方2δ处进入目镜a14，所以穿过目镜a14之后的光线a18不再平行于主光轴a1，光线a18与主光轴a1的夹角η定义为稳像装置的矫正误差。令f′_e是目镜a14的物方焦距，若望远镜的水平偏航角β为小角度，则右侧光路的矫正误差η近似为： 

$\mathrm{\η}\≈\frac{2d\·(1-\cos \mathrm{\β})}{f_e^{\′}}$

相似地，在左侧光路中，平行于主光轴b1、经过物镜节点b3的光线b5在穿过物镜b4后不改变方向，继续沿平行于主光轴b1的方向传播，并在高度h′进入正像镜组等效平面b9。离开正像镜组b9的光线b10仍平行于主光轴b1，高 度为-h′。此时目镜节点b14的高度为-(h′-2δ)，光线b10将在目镜节点b14下方2δ处进入目镜b13，所以穿过目镜b13的光线b18将不再平行于主光轴b1，光线b18与主光轴b1的夹角η′定义为稳像装置的矫正误差。令f′_e是目镜b13的焦距，若望远镜的水平偏航角β为小角度，则左侧光路的矫正误差η′近似为： 

${\mathrm{\η}}^{\′}\≈\frac{2d\·(1-\cos \mathrm{\β})}{f_e^{\′}}$

由图4可知，稳像后左右光路都有残留的矫正误差，且矫正误差η和η′的方向恰好相反，导致左右光路产生平行度误差。在稳像过程中，随着望远镜的水平晃动，两眼看到的像将向相反方向转动。这不仅对两眼合成清晰的立体视觉造成困难，还会使观察者眩晕。 

由图3可知，常平架铰接点R与节连线L的中点重合才能“精确”地消除像的转动。由于图4中节连线La与Lb相互平行，常平架铰接点R不可能同时位于La和Lb的中点上，从而导致矫正误差η和η′的发生。但实际上并不存在光学或机械上“要求La和Lb必须平行”的约束。如果La与Lb在中点M处交叉(图5)，常平架铰接点R就能“同时”与La和Lb的中点相重合。这将从原理上消除任何稳像矫正误差。 

在图5(a)的常规布局中，节连线La平行于节连线Lb，常平架铰接点R无法同时与节连线中点Ma和Mb相重合。在图5(b)的改进布局中，节连线La与Lb相交于中点M处，常平架铰接点R与M点重合。此时，左侧物镜Oa所成的像通过正像镜组(图5未示)送至右侧目镜Ea供右眼观看，右侧物镜Ob所成的像通过正像镜组(图5未示)送至左侧目镜Eb供左眼观看。从此处开始，位于同一侧的光学元件可能并不属于同一条光路，因此本说明书不再用“左侧、右侧”来区分不同的光路，而是用“左眼、右眼”来区别不同的光路。 

图6解释了节连线交叉布局的“右眼光路”的稳像原理。被观察物体位于 光轴A7左方无穷远。当双目望远镜相对于惯性系在水平面内(顺时针)偏航β角时，偏移前后的节连线A6和A7形成β夹角。常平架在望远镜中的交接点R与节连线中点M重合。安装在常平架上的正像镜组A8保持初始姿态角不变。对站在惯性系中的观察者而言，望远镜的转动均可视为是绕R点的转动。 

当望远镜绕R点在水平面内(顺时针)转过β角度时，右眼物镜A1将偏移至A2位置，右眼目镜A15将偏移至A16位置。偏移后的右眼物镜的节点位于A4点，偏移后的右眼目镜的节点位于A17点。 

平行于光轴A8、经过右眼物镜节点A4的光线A5在穿过右眼物镜A2后不改变方向，继续沿平行于光轴A8的方向传播。值得注意的是，等效平面A9的光轴并不是A8，而是经过R点且平行于A8的主轴A0。光线A5在主轴A0下方-h高度进入正像镜组等效平面A9。离开正像镜组A9的光线A10仍平行于主轴A0，但高度变为h。由于光学和机械布局的对称性，偏移后的目镜节点A17相对于主轴A0的高度也为h，光线A10将经过偏移后的目镜节点A17，所以穿过目镜A16之后的光线A10仍平行于光轴A0，右眼看到的像是稳定的。 

图7解释了节连线交叉布局的“左眼光路”的稳像原理。被观察物体位于光轴B8左方无穷远。当双目望远镜相对于惯性系在水平面内(顺时针)偏航β角时，偏移前后的节连线B7和B6形成β夹角。常平架在望远镜中的交接点R与节连线中点M重合。安装在常平架上的正像镜组B9保持初始姿态角不变。对站在惯性系中的观察者而言，望远镜的转动均可视为是绕R点的转动。 

当望远镜绕R点在水平面内(顺时针)转过β角度时，左眼物镜B2将偏移至B4位置，左眼目镜B17将偏移至B14位置。偏移后的左眼物镜的节点位于B3点，偏移后的左眼目镜的节点位于B15点。 

平行于光轴B8、经过左眼物镜节点B3的光线B5在穿过左眼物镜B4后不 改变方向，继续沿平行于光轴B8的方向传播。同样，等效平面B9的光轴也不是B8，而是经过R点且平行于B8的主轴B0。光线B5在主轴A0上方h′高度进入正像镜组等效平面B9。离开正像镜组B9的光线B 11仍平行于主轴B0，但高度变为-h′。同样由于光学和机械布局的对称性，偏移后的目镜节点B15相对于主轴B0的高度也为-h′，光线B11将经过偏移后的目镜节点B15，所以穿过目镜B14之后的光线B11仍平行于光轴B0，左眼看到的像是稳定的。 

必须指出，虽然图6中的主轴A0与图7中的B0是同一条直线，但图6中的正像镜组A9与图7中的正像镜组B9并不是一套镜组，而是两套完全独立的镜组。只不过镜组A9和镜组B9都安装在同一个常平架上，在稳像过程中一起运动。图6的正像镜组A9的具体结构，见图8所示；图7的正像镜组B9的具体结构，则见图9所示。 

图8是实现(图6中的)右眼正像镜组A9的一种具体结构，进入右眼物镜C1的光线C3将受到4次反射，从而实现“正像”。首先，光线将被直角棱镜C4的斜面的外侧反射成向上的光线C5；其次，光线C5被平面镜C6反射成光线C7，从而横向跨过瞳距(成年男性60～73mm、成年女性55～68mm)；再次，光线C7到达平面镜C8后，被反射成向下的光线C9；最后，光线C9将进入直角棱镜C10，并被棱镜斜面的内侧反射成光线C11。光线C11将穿过目镜C13，并由观察者的右眼进行观察。 

值得注意的是，上述4次反射均可由平面镜实现。图8所示的这套“右眼”正像镜组采用两个直角棱镜C4和C10作为反射元件，是为“右眼镜组”与“左眼镜组”实现一体化提供基础。 

图9是实现(图7中的)左眼正像镜组B9的一种具体结构，进入左眼物镜D1的光线D3将受到4次反射，从而实现“正像”。首先，光线将被直角棱镜 D4的斜面的外侧反射成向下的光线D5；其次，光线D5被平面镜D6反射成光线D7，从而横向跨过瞳距(成年男性60～73mm、成年女性55～68mm)；再次，光线D7到达平面镜D8后，被反射成向上的光线D9；最后，光线D9将进入直角棱镜D10，并在棱镜斜面的内侧被反射成光线D11。光线D11将穿过目镜D12，并由观察者的左眼进行观察。 

图8和图9所示的两套正像镜组必须安装在同一个常平架上，有必要使两者的结构尽量紧凑。为此，图8中的C4与图9中的D10是同一个直角棱镜，图8中的C10和图9中的D4是同一个直角棱镜。两套正像镜组结合之后的结构，见图10所示。 

在图10中，右眼光路用三角形链条表示，左眼光路用椭圆形链条表示。参考平面∑是两条(交叉的)节连线所在的平面，所以左眼物镜节点E1、右眼物镜节点E3、左眼目镜节点E11、右眼目镜节点E9均在这个平面上。值得注意的是，两条光路将“共享”直角棱镜E7的斜面，分别利用该斜面的两侧进行反射。同样，两条光路还将“共享”直角棱镜E14的斜面，分别利用该斜面的两侧进行反射。为此，直角棱镜E5和E6将制造成图11所示的形式。 

在图11中，直角棱镜的斜面镀内、外高反膜，使斜面的外表面F7和内表面F1均可反射光线。当然，棱镜的直面F4和F5均镀增透膜，以减少光线F2进入直角棱镜和光线F6离开直角棱镜时的光能损失。 

两条光路的正像镜组安装在同一个常平架上的结构，见图12所示。常平架安装座G2和G9通过螺钉G1和G10等固定在望远镜壳体，安装座G2和G9的销轴G3和G8将与常平架框体G6的两处轴承G4(图中仅见一处)相配合，从而确定常平架框体G6(相对于壳体)转动的轴线G11。随后，常平架框体G6与常平架转台G18通过两处轴承铰链G7(图中仅见一处)连接，形成常平架转 台G18(相对于框体G6)转动的轴线G15。因此，常平架转台G18相对于壳体具有两个转动自由度。两条转动轴线G11和G15的交点R，应与两条节连线的交点相重合。 

在常平架转台G18上安装有4套陀螺稳定转子。在无刷直流电机G17驱动下，陀螺转子G5高速旋转(9000rpm)，陀螺转子的定轴性将保持常平架转台G18始终保持(相对于惯性系)不发生角位移。为增强稳定效果，本发明拟采用4套陀螺转子进行稳像。 

在受到陀螺转子“直接稳定”的常平架转台G18上，还安装了两条光路的正像镜组(如平面镜G12、G16，以及直角棱镜G13和G14。图12并未标出两套正像镜组的所有光学元件)。 

图13是本发明所描述的双目稳像望远镜的完整结构布局。望远镜壳体H5是所有其他部件的定位和安装基准。在被观察目标一侧，物镜端盖H4由螺钉H1固定在壳体H5的前端。物镜H2和H3安装并固定在物镜端盖H4的两个物镜安装筒内。 

稳像核心，装有两套正像镜组的常平架，通过两个安装座H11连接在壳体H5内。壳体H5内表面上的筋条不仅对壳体起力学加强作用，同时还是安装座H11在壳体内进行定位的基准。 

在观察者一侧，目镜端盖H17由螺钉H20固定在壳体H5的后端。目镜H18和H19安装并在目镜端盖H17的两个目镜安装筒内，并可进行位置调节，以适应不同观察者的眼屈光度差别。 

在目镜端盖H17的内侧安装有4块永磁铁H16。当常平架和目镜端盖H17安装到位后，永磁铁H16将靠近相应的陀螺转子H13。当陀螺转子章动时，永磁铁H16将在陀螺转子的端面圆盘中产生涡电流，从而迅速衰减章动能量，使 陀螺转子稳定下来。另外，在扫视大范围目标区域时需要一边观看一边转动望远镜。永磁铁H13将通过与陀螺转子端面圆盘中涡电流磁场的力学作用帮助常平架迅速建立新的、稳定的视线。 

在目镜端盖H17的内侧还安装有一个常平架锁定电磁铁H15。当常平架和目镜端盖H17安装到位后，电磁铁H15的锥窝形活塞H14将与常平架上的突出锥杆相配合，从而实现对常平架的锁定或解锁，具体结构见图14。 

在不允许常平架随意转动时，锥窝活塞受弹簧作用压在常平架锥杆上，限制常平架的活动。当陀螺转子的转速达到设定值、需要常平架灵活转动时，电磁铁H15通电，吸引活塞H14缩回，锥窝活塞脱离锥杆，常平架由陀螺转子进行稳定。 

为实现本发明的节连线交叉布局，正像镜组除了采用上述Porro-Abbe型光路外，还有许多其它形式的光路，如图15所示的Porro型光路。总之，只要双目望远镜满足：1)两眼光路的节连线在中点交叉；2)常平架铰接点与节连线中点重合；3)每条光路中含4+2n(n为自然数)个反射面，就能实现精确、双目、正像稳像。 

本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.稳像双目望远镜，包括望远镜壳体，望远镜壳体内设有左眼望远光路和右眼望远光路，其特征在于：所述左物镜和右目镜属右眼望远光路，右物镜和左目镜属左眼望远光路，右眼望远光路和左眼望远光路以互不遮挡的方式立体交叉，且两条望远光路的物镜和目镜之间均有相应的正像镜组；右眼望远光路和左眼望远光路的正像镜组结合在一起，形成两条望远光路共用的稳像组件；所述稳像组件由具有两个正交转动自由度的常平架悬挂安装在望远镜壳体内。

2.根据权利要求1中所述的稳像双目望远镜，其特征在于：所述左眼望远光路包含一个左眼物镜、一个左眼目镜，以及位于左眼物镜和左眼目镜之间的一个左眼正像镜组；所述右眼望远光路包含一个右眼物镜、一个右眼目镜，以及位于右眼物镜和右眼目镜之间的一个右眼正像镜组；左眼物镜节点与左眼目镜节点相连，构成左眼节连线；右眼物镜节点与右眼目镜节点相连，构成右眼节连线；左眼节连线与右眼节连线相交，交点既位于右眼节连线的中点，也位于左眼节连线的中点。

3.根据权利要求2中所述的稳像双目望远镜，其特征在于：所述常平架包括常平架框体和常平架转台；所述常平架框体相对于望远镜壳体可以转动；常平架转台相对于常平架框体可以转动；所述常平架框体相对于望远镜壳体、常平架转台相对于常平架框体的转动轴线的交点，与左眼节连线与右眼节连线的交点相重合；所述左眼正像镜组和右眼正像镜组安装在常平架转台上。

4.根据权利要求1中所述的稳像双目望远镜，其特征在于：所述左眼正像镜组和右眼正像镜组共用两个反射直角棱镜；一个反射直角棱镜的斜面的两侧均为反射面，斜面的内侧为右眼望远光路提供反射，斜面的外侧为左眼望远光路提供反射；另一个反射直角棱镜的斜面的两侧也均为反射面；斜面的内侧为左眼望远光路提供反射，斜面的外侧为右眼望远光路提供反射。

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