CN1034446C - 带分划连续变焦目镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种目视光学仪器的带分划连续变焦目镜，它是在已有的具有虚焦面正焦距连续变焦目镜的轴向导筒内，在正、负变焦镜组间设置一个带分划导螺的分划组，由变焦曲线导筒的增设分划曲线槽控制其轴向移动，在整个变焦范围内其分划与接目镜和正变焦镜组的合成实焦面重合，并与目镜系统的虚焦面共轭。该分划和物象同样目视清晰，便于对物象进行测量和瞄准、本发明解决了分划的设置，并保留了变焦目镜较变焦物镜具有轻、小、透光率高等优点，可广泛用于连续变倍的军用望远镜、瞄准镜和测量显微镜。

Description

带分划连续变焦目镜

本发明涉及一种目视光学仪器的目镜，尤其是军用望远镜、瞄准镜和测量显微镜用的带分划连续变焦目镜。

现有技术中，原苏联SU1277051A1(86年12月5日)专利公开了一种由两个正变焦镜组及一个固定不动的负透镜组的三组元变焦目镜，并在正变焦组和固定不动的负透镜组间设置固定不动的分划板，变焦范围为f′＝10～17.1mm，其变焦比仅为1.71倍，不能满足军用战术技术要求；而且在变焦时，出瞳位置在空间有较大移动，不利于观察。原苏联SU1578682A1(90年7月15日)专利公开了一种由正接目镜组(固定不动)，正变焦镜组(作变焦或补偿)和负变焦镜组(作补偿或变焦)组成三组元变焦目镜，于增大视场角度和提高象质的同时，并在正、负变焦镜组间设置固定不动的分划板，变焦范围为f′＝9.175～22.938mm，其变焦比为2.5倍。后一种专利所揭示的正焦距虚焦面变焦目镜具有较大的变焦比，但分划板固定不动，仅当焦距最小值时分划清晰可见。当焦距连续变长时，正接目镜组和正变焦镜组合成的移动着的实焦面偏离分划，导致分划逐渐模糊，直至完全看不见。当焦距偏离最小值时，分划等于虚设，直接影响到变焦目镜在军事等领域的应用。

本发明的目的是提供一种在具有较大变焦比的前提下，在增加视场角度和提高象质的基础上能实现在变焦过程中分划始终可目视清晰的带分划连续变焦目镜，以利于分划对物像进行瞄准和测量，从而使带分划连续变焦目镜能在军事技术等领域展开更广泛的应用。

本发明的目的是这样实现的：在轴向导筒内，正接目镜组、正变焦镜组、分划板组、负变焦镜组同轴顺序排列，并由变焦曲线导筒、轴向挡圈和正、负组导螺控制正、负变焦镜组的轴向位置，实施连续变焦和稳定虚焦面位置，再在分划组上至少添加一个导螺，在变焦曲线导筒上至少添加一条分划组移动曲线槽，使分划在目镜变焦过程中均与零视度时的接目镜组和正变焦镜组合成的移动着的实焦面重合，同时与目镜系统的虚焦面关于负变焦镜组共轭。当该变焦目镜的物方安装望远镜物镜或显微镜物镜，并将物象成在变焦目镜的虚焦面上时，负变焦镜组将虚焦面上的物象成到它的共轭面上，即与分划重合，此物象和分划面又是接目镜组和正变焦镜组的合成实焦面，人眼通过接目镜组和正变焦镜组可同时看清物象和分划，因而达到既能连续变焦和稳定虚焦面位置，又能在任何倍率用分划对物象进行瞄准或测量的军事应用目的。

本发明中的分划可以是由光学玻璃分划板刻制而成，也可以由金属或非金属细丝构成。采用光学玻璃分划板时，其分划刻线可以刻制在分划板物方的一面，也可刻制在象方的一面，前者可降低埸镜光洁度要求，后者有利于扩大变焦范围和增长出瞳距离。分划的夜间照明，可以是氘光等内部光源照明，也可以采用导入外照明光照明。

由于在连续变焦目镜中采用了移动分划，可以在连续变倍观察物象时，各种倍率均可瞄准和测量物象。众所周知，目镜变焦较物镜变焦、转象镜变焦具有体积小、重量轻、光学镜片少、透光率高等优点，带分划连续变焦目镜更有利于目视光学仪器在野战条件下的军事应用。此外，目镜变焦系统的虚焦面与接目镜物方焦面的共轭间距是一定值，变焦导筒曲线可针对该共轭距设计制造，无穷远或有限远的物体经物镜成象到目镜的虚焦面附近时，经目镜调视度或调焦，其物象都将转换成一种定值物象共轭距的变焦，目镜连续变焦能对任何距离的物象目视清晰，而物镜变焦的变焦导筒曲线只能按无穷远或某一定值距离物象共轭距设计制造，使用时任何近距离或偏离某一定值距离物体的物象在变焦过程中将不清晰。还有，若采用整组变焦目镜对物象调视度时，分划也跟着作轴向移动，所以变焦目镜的分划与被观察的物象无视差，而物镜变焦的物象与分划是有视差的。因此带分划连续变焦目镜在军事望远镜中的应用具有变焦物镜不可比拟的优越性。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的光学原理图。

图2是本发明的纵剖面构造图。

图3是第一个实施例的纵剖面构造图。

图4是图3的A-A剖面图。

图5是图3的变焦曲线导筒展开图。

图6是第二个实施例按图7的B-B剖面构造图。

图7是图6的C-C剖面图。

图8是图6的变焦曲线导筒展开图。

在图1中，接目镜组(1)、正变焦镜组(4)、分划组(6)和负变焦镜组(10)同轴顺序排列。接目镜组固定不动，其物方焦点F_c也不动，正变焦镜组轴向移动，负变焦镜组相应轴向匹配移动，连续变焦过程中，(1)、(4)′、(10)的合成物方虚焦点F保持不动。图中的F_bc是(1)、(4)的合成物方实焦点，同时是F点关于负变焦镜组(10)的共轭点，也是F_c点关于正变焦镜组(4)的共轭点，连续变焦过程中实焦点F_bc作轴向非线性移动。本发明的分划组(6)的分划与实焦点F_bc重合，并必须始终与虚焦点F关于负变焦镜组(10)共轭。若有望远物镜或显微物镜将无穷远或有限远的物点成象在F点的垂轴面，经(10)成象在F_bc面，F_bc面上的物象和分划经(4)一并成象在F_c面，由(1)准直成平行光束向出瞳φ出射，人眼在出瞳处可以接收该出射光，同时看清物象和分划象。

在图2所示的发明构造图中，接目镜组(1)、正变焦镜组(4)、分划组(6)和负变焦镜组(10)在轴向导筒(2)内同轴顺序排列，变焦曲线导筒(8)套在轴向导筒外，由轴向挡圈(11)限制其轴向窜动，正组导螺(5)、负组导螺(9)和分划导螺(7)装在变焦曲线导筒的特定曲线槽中，穿过轴向导筒的轴向直槽，分别与正变焦镜组、负变焦镜组和分划组连接，通过变焦拨螺(3)周向转动变焦曲线导筒时，实施带分划的目镜连续变焦。变焦曲线导筒上的负变焦镜组曲线S_aψ和正变焦镜组曲线S_bψ可按现有技术设计，其上的分划组移动曲线S_dψ可按下式设计计算： $S_{\mathrm{d\ψ}}=S_{\mathrm{a\ψ}}-\frac{{{f^{\′}}_a}^2}{l_{\mathrm{fa}}-l_{\mathrm{f\ψ}}}+(C_a-{l^{\′}}_{\mathrm{fa}}-C_{d_1}-\mathrm{\Δ})$ 式中：l_Fψ＝l_Fo+S_aψ-S_ao，

连续变焦时，整个目镜系统的物方虚焦面F不位移，变焦曲线导筒的S_aψ、S_bψ、S_dψ曲线共同基准面J与F面的间距是一个定值A，与曲线S_dψ计算有关的参数定义如下：

B和n分别为分划板的厚度和玻璃折射率，指分划刻线面朝象方；若刻线面朝物方，则B＝0；若为分划细丝，则B＝0，n＝1。C_a为负变焦镜组象方顶点到负组导螺中心线距离，C_d为分划组的分划到分划导螺中心线距离，f′_a、l_Fa和l′_Fa分别为负变焦镜组的焦距、物方顶焦距和象方顶焦距，  l_F0和l_Fψ为整个变焦目镜系统物方顶焦距的初始值和变焦曲线导筒周向转角为某一个ψ角时的值，S_ao和S_aψ为负组导螺中心线到曲线基准面J的距离初始值和变焦曲线导筒周向转角为某一个ψ角时的值。

图3、4、5是一个适合单眼目视光学仪器用的实施例。在图3所示的实例中，接目镜组(1)、正变焦镜组(补偿组)(4)、分划组(6)和负变焦镜组(变倍组)(10)在轴向导筒(2)内同轴顺序排列，接目镜组由接目镜框(1a)、接目镜物方压圈(1b)和双凸接目镜(1c)与凸凹接目镜(1d)的胶合镜组装而成，正变焦镜组(补偿组)由正组物方压圈(4a)、正组镜框(4b)、凸凹透镜(4c)与双凸透镜(4d)的胶合镜、正组隔圈(4e)、双凸透镜(4f)和正组象方压圈(4g)组装而成，分划组由分划框(6a)和分划细丝(6b)钎焊或粘结而成，负变焦镜组(变倍组)由负组物方压圈(10a)、负组镜框(10b)、双凹透镜(10c)和负组象方压圈(10d)组装而成，变焦曲线导筒(8)套在轴向导筒外，由轴向挡圈(11)限制其轴向窜动，正组导螺(5)、负组导螺(9)、分划导螺(7)装在变焦曲线导筒的如图4、图5所示的特定曲线槽(1组3条曲线槽)中，穿过轴向导筒的轴向直槽，分别与正补偿组、负变倍组和分划组连接，轴向导筒借助螺钉(14)固定在目镜座筒(12)内，目镜座筒外用细牙螺纹装有一个变焦手轮(13)，周向转动变焦手轮时，其上的变焦拨螺(3)通过目镜座筒上的槽口拨动变焦曲线导筒实现变焦，接目镜组上安装一个视度调节圈(15)，可对分划和物象同时调视度。整个连续变焦目镜从左到右的光学参数和特征数据如表1。该实施例变焦曲线导筒(8)上的负变倍组曲线S_aψ和正补偿组曲线S_bψ按现有技术可得： $S_{\mathrm{a\ψ}}=\frac{24.806}{360}\mathrm{\ψ}+46.902$ (ψ＝0°～180°) $S_{\mathrm{b\ψ}}=\frac{N_{\mathrm{\ψ}}}{2}-\sqrt{{\left(\frac{N_{\mathrm{\ψ}}}{2}\right)}^2-{\left(32.102\right)}^2}+68.893$ $N_{\mathrm{\ψ}}=\frac{24.806}{360}\mathrm{\ψ}+\frac{{(-45.89)}^2}{24.806\mathrm{\ψ}/360-37.8675}-10.4427$ (ψ＝0°～180°)

其上的分划组曲线S_dψ按本文提供的公式用：B＝0，n＝1，C_a＝-2，C_d＝-2，f′_a＝-45.89，l_Fa＝46.282，l′_Fa＝-46.539，l_F0＝8.415，S_ao＝46.902代入可得： $S_{1^{\mathrm{d\ψ}}}=S_{\mathrm{a\ψ}}-\frac{{(-45.89)}^2}{84.769-S_{\mathrm{a\ψ}}}+46.539$

图6、7、8是一个适合双眼目视光学仪器用的实施例。在图6所示的实施例中，在轴向导筒(2)内，接目镜组(1)、正变焦镜组(变倍组)(4)、分划组(6)和负变焦镜组(补偿组)(10)同轴顺序排列，接目镜组由接目镜框(1a)、接目镜物方压圈(1b)、双凸接目镜(1c)与凹凸接目镜(1d)的胶合镜和接目镜象方压圈(1e)组装而成，正变焦镜组(变倍组)由正组物方压圈(4a)、正组镜框(4b)、凸凹透镜(4c)与双凸透镜(4d)的胶合透镜、正组隔圈(′4e)、双凸透镜(4f)和正组象方压圈(4g)组装而成，分划组由带照明窗的分划框，(6a)、分划压圈(6c)和分划板(6b)组成而成，负变焦镜组(补偿组)由负组物方压圈(10a)、负组镜框(10b)、双凹透镜(10c)和负组象方压圈(10d)组装而成，变焦曲线导筒(8)套在轴向导筒外，由轴向挡圈(11)限制其轴向窜动，正组导螺(5)、负组导螺(9)、分划导螺(7)装在变焦曲线导筒的如图7，图8所示的特定曲线槽(2组6条曲线槽)中，穿过轴向导筒的轴向直槽，分别与正变倍组、负补偿组和分划组连接，轴向导筒装在目镜座筒(12)和目镜外筒(19)内，目镜座筒和目镜外筒由定位块(25)和定位螺钉(26)固定，其夹层中装有一个变焦拨圈(23)，扳动变焦手柄(27)时，借助变焦拨圈和变焦拔螺(3)拨动变焦曲线导筒实现变焦，通过左右目镜同步变焦传动带(24)的连动，可以实现双眼光学系统目镜同步变焦。目镜外筒上用多头螺纹装有一个视度调节圈(29)，周向转动视度调节圈时，连同护皮(28)、视度指示圈(20)、限位环(30)、密封罩(31)、眼罩(32)、密封圈(16)、压圈(17)和防转键(18)使轴向导筒作轴向移动，带动整组目镜光学系统对物象调节视度。分划(6b)借助照明座(21)和导光棒(22)导入外照明光，通过变焦曲线导筒的照明窗(见图8的PP槽，该槽的曲线S_Fψ等于S_dψ)、轴向导筒和分划框的照明窗(见图7的K槽)′，可以在暗目标背景状态下照明分划刻线。整个连续变焦目镜从左到右的光学参数和特征数据如表2。表2中打“※”的空气间隔与表1不同是因为分划板厚度的影响，打“※※”的空气间隔与表1不同是将接目镜对分划的象装定-1个视度进行实用性技术处理的结果。该实施例变焦曲线导筒(8)上的负补偿组曲线S_aψ和正变倍组曲线S_bψ按现有技术可得： $S_{\mathrm{a\ψ}}=\frac{M_{\mathrm{\ψ}}}{2}+\sqrt{{\left(\frac{M_{\mathrm{\ψ}}}{2}\right)}^2-{(-45.89)}^2}+85.8553$ $M_{\mathrm{\ψ}}=-\frac{82.5}{360}\mathrm{\ψ}-\frac{{\left(32.102\right)}^2}{82.5\mathrm{\ψ}/360+40.7909}-68.2163$ (ψ＝0°～105°) $S_{\mathrm{b\ψ}}=28.102-\frac{82.5}{360}+\mathrm{\ψ}$ (ψ＝0°～105°)

其上的分划组曲线S_dψ按前述提供的公式用B＝3，n＝1.56889，C_a＝-2，C_d＝-2，f′_a＝-45.89，l_Fa＝46.282，l′_Fa＝-46.539，l_F0＝8.415，S_ao＝47.99代入可得： $S_{\mathrm{d\ψ}}=S_{\mathrm{a\ψ}}-\frac{{(-45.89)}^2}{85.857-S_{\mathrm{a\ψ}}}+45.4512$ 注释：

[1]正变焦镜组指具有正光焦度的变焦镜组，可以在变焦系统中作变倍组，也可以作补偿组。

[2]负变焦镜组指具有负光焦度的变焦镜组，可以在变焦系统中作补偿组，也可以作变倍组。

                                            表1

序    号	曲率半径	厚    度	介  所	备    注
					1	-38.28	1.6	K9	f’a＝-45.89lFa＝46.282l’Fa＝-46.539
2	63.1	9.063～36.159	AIR
				3	∞	0.237～9.612	AIR	分划细丝
4	349.9	1.6	ZF7						f’b＝32.102lFb＝-25.501l’Fb＝30.931
				5	26.49	6.9	LaF2
6	-50.35	0.2	AIR
				7	1032.8	4.2	ZK4
8	-33.81	25.77～1.71	AIR
				9	30.41	7.7	ZK11	f’c＝37.367lFc＝-35.63l’Fc＝32.972
10	-20.46	2.1	ZF6
				11	-61.09
系统光学参    数	f’＝24.27～10.26  lF＝8.415～20.83  l’F＝14.29～16.58

                                    表2

序    号	曲率半径	厚    度	介  质	备    注
					1	-38.28	1.6	K9	f’a＝-45.89lFa＝46.282l’Fa＝-46.539
2	63.1	7.151～34.247※	AIR
				3	∞	3	BaK7	序号4为分划面
4	∞	0.237～9.612	AIR
				5	349.9	1.6	ZF7		f’b＝32.102lFb＝-25.501l’Fb＝30.931
6	26.49	6.9	LaF2
				7	-50.35	0.2	AIR
8	1032.8	4.2	ZK4
				9	-33.81	24.37～0.31※※	AIR
10	30.41	7.7	ZK11					f’c＝37.367lFc＝-35.63l’Fc＝32.972
				11	-20.46	2.1	ZF6
12	-61.09
				系统光学参    数	f’＝24.27～10.26  lF＝8.415～20.83  l’F＝14.29～15.58

Claims (4)

1、一种带分划连续变焦目镜，在轴向导筒内，正接目镜组、正变焦镜组、分划板组、负变焦镜组同轴顺序排列，并由变焦曲线导筒、轴向挡圈和正、负组导螺控制正、负变焦镜组的轴向位置，实施连续变焦和稳定虚焦面位置，本发明的特征是在分划组上至少添加一个导螺，在变焦曲线导筒上至少添加一条分划组移动曲线槽，使分划在目镜变焦过程中均与零视度时的正接目镜组和正变焦镜组合成的移动着的实焦面重合，同时与目镜系统的虚焦面关于负变焦镜组共轭。

2、根据权利要求1所述的变焦目镜，其特征是分划组由分划板、分划框和压圈构成。

3、根据权利要求1所述的变焦目镜，其特征是分划组由分划细丝和分划框构成。

4、根据权利要求2所述的变焦目镜，其特征是分划框带有内照明光源或带有导入外照明光的照明窗口。

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