CN105005142A - 小畸变手持望双筒望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小畸变手持望双筒望远镜，所述望远镜由物镜、转向棱镜和目镜构成，目标发出的可见光信息经过物镜聚焦后成倒立缩小的实像，通过转向棱镜使倒立实像正立，所得实像最后经目镜组成像于人眼明视距离处的正立放大的虚像，被人眼接收观察。本发明提供的小畸变手持望远镜光学系统是为实现可见光小畸变成像而研制的，其核心设计为消畸变目镜系统，以获得大视场、小畸变的目标图像。应用本系统观察目标物体能够达到绝对值小于5%的畸变，使得人眼察觉不出像有畸变，达到良好的观察效果。

Description

小畸变手持望双筒望远镜

技术领域

本发明属于可见光学系统设计领域，涉及一种手持望双筒望远镜。

背景技术

望远系统是用于观察远距离目标的一种光学系统，相应的目视仪器称为望远镜。由于通过望远光学系统所成的像对眼睛的张角大于物体本身对眼睛的直观张角，利用望远镜可以更清楚地看到物体的细节，扩大了人眼观察远距离物体的能力。望远光学系统被广泛应用于国民生产生活领域以及军事领域，例如：天文观察、旅游、比赛观看、航海、哨所警戒、潜艇潜望等等。

最近几年，望远镜技术的发展出现了新趋势。在使用功能方面也更加多元化，例如：稳像功能、方位指示功能、精密测距功能、自动调焦功能等，且在环境适应能力方面也大大提高。

目前市面上较常见的各个国家的望远镜参数较为一致，放大率在7~20倍，全视场角5°~7.4°，出瞳直径2.5~7.1mm。由于目镜系统视场角较大，畸变像差与视场角的大小成三次方关系，因此目视系统限制了整体系统的畸变，全视场畸变绝对值一般在10%以内。

发明内容

本发明的目的是提供一种小畸变手持望远镜光学系统，应用本系统观察目标物体能够达到绝对值小于5%的畸变，使得人眼察觉不出像有畸变，达到良好的观察效果。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种小畸变手持望远镜光学系统，由物镜、转向棱镜和目镜构成，目标发出的可见光信息经过物镜聚焦后成倒立缩小的实像，通过转向棱镜使倒立实像正立，所得实像最后经目镜组成像于人眼明视距离处的正立放大的虚像，被人眼接收观察。

本发明中，所述目标位于无穷远处。

本发明中，所述转向棱镜为普罗型棱镜，每组普罗型棱镜的两块直角棱镜间距不为0。

本发明中，所述目镜为修改的消畸变目镜结构。

本发明中，在使用全视场40°的消畸变目镜结构基础上，增加镜片修改结构，使用全视场扩展为60°。

本发明中，物镜、转向棱镜和目镜在实际生产中有两组，两组物镜、转向棱镜、目镜的结构关于平面对称。

本发明中，适用目标源波段为可见光波段。

本发明提供的小畸变手持望远镜光学系统是为实现可见光小畸变成像而研制的，其核心设计为消畸变目镜系统，以获得大视场、小畸变的目标图像。相比于现有技术，具有如下优点：

1、能够用于可见光波段0.486μm<λ<0.656μm的目标；

2、能够完成对物方全视场ω=±3.25°，放大率Γ=10×，入瞳直径Do=40mm，出瞳距16mm充满人眼入瞳的像；

3、能使用较为简单的结构够产生畸变绝对值<5%的小畸变像；

4、系统尺寸较小，能够随身携带。

附图说明

图1为小畸变手持望远镜光学系统的结构示意图；

图2为小畸变手持望远镜光学系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1-2所示，本发明提供的小畸变手持望远镜光学系统由物镜1、转向棱镜2、目镜3构成。可见光范围图像目标位于无穷远，由图像目标发出的平行波经过物镜1成倒立实像于物镜组焦平面附近，在这个过程中光线通过转向棱镜2将倒像转为正立，并在一定程度上减小系统的整体长度，转向后的像经目镜3成正立放大的虚像与人眼明视距离处，目镜3使用消畸变目镜结构为基础，修改其结构达到小畸变像质，最终经过人眼观察到图像目标。

上述系统中，因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱在满足一定设计条件时，还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响，双透镜物镜的相对口径较小，一般为1/15~1/20，很少大于1/7，可用视场也不大。

上述系统中，由于双胶物镜不能校正像散和场曲，所以视场角一般不超过8~10°。如果物镜后面有很多光路的棱镜，由于棱镜的像散和物镜的像散符号相反，可以抵消一部分物镜的像散，视场可达到15~20°。

上述系统中，设计的物镜系统有效焦距为270mm，总长度为296.6mm。出瞳距为-244mm，在光瞳衔接时需要注意。与人眼相对应的角分辨率转化后，在8lp时，除边缘视场外，传函达到0.9。

上述系统中使用的系统为开普勒望远镜结构。对于开普特望远镜系统来说，需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像。

上述系统中，最常用的一种转向棱镜是普罗棱镜(PorroPrism)。用普罗棱镜的双筒镜较宽，两块物镜的间距大于目镜的间距，这样在观察近处物体时立体感强。有些紧凑的双筒镜采用倒置的普罗棱镜，物镜的间距小于目镜间距，立体感也就减弱了。普罗棱镜易于制造，比同等光学质量的屋脊棱镜便宜。

上述系统中，物镜所成像经目镜后成为平行光，根据光路的可逆性，目镜反向设计。在望远镜系统的外形尺寸设计时，往往首先根据对目镜的视场角                                               和出瞳距离的要求选定目镜的型式。

上述系统中，由于目镜的视场较大，全视场达60°，直接计算设计难度比较大。比较可行的方法是通过查找适用的设计实例为参考进行改动优化。查找合适的目镜初始结构时，主要依据的参数为相对孔径和视场。通过比较，初步选择了艾尔弗目镜，艾尔弗目镜是对称结构，中间为凸透镜，两边是结构对称的双胶合透镜。在经过不断地优化尝试之后，艾尔弗目镜能够提供满足设计要求的MTF值，但是存在着比较大的畸变，在解决上比较困难。因此我们采取了另一种目镜结构，即消畸变目镜。消畸变目镜是一块平凸透镜加上三胶合透镜组合而成。一般来说，消畸变目镜适用于全视场角约为40°的设计要求，而本发明设计要求全视场将近60°，所以在消畸变目镜的结构基础上增加一片透镜，透镜位于三胶合透镜与平凸透镜之间，作为目镜设计的初始结构，再进行优化设计。

上述系统中，选取的参考目镜在有效焦距和入瞳距上不符合设计要求，需要优化。同时在优化时需要不断调整目镜系统的出瞳距，使目镜系统出瞳与物镜系统出瞳能够衔接。将设计完成的双分离物镜与目镜系统进行对接，当入瞳直径为40mm时，出瞳直径为4mm，出瞳与系统最后一个面（人眼面）重合，系统放大率为-0.1。

整体系统经过优化后，在保证视场角和光瞳不变的情况下，中心视场传函值在2′时提高到了将近0.5，边缘视场畸变值为5%，全视场内畸变基本保持不超过5%。

Claims (6)

1.一种小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述望远镜由物镜、转向棱镜和目镜构成，目标发出的可见光信息经过物镜聚焦后成倒立缩小的实像，通过转向棱镜使倒立实像正立，所得实像最后经目镜组成像于人眼明视距离处的正立放大的虚像，被人眼接收观察。

2.根据权利要求1所述的小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述目标位于无穷远处。

3.根据权利要求1所述的小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述转向棱镜为普罗型棱镜。

4.根据权利要求3所述的小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述普罗型棱镜的两块直角棱镜间距不为0。

5.根据权利要求1所述的小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述目镜为修改的消畸变目镜结构，由平凸透镜、三胶合透镜和透镜组合而成，透镜位于三胶合透镜与平凸透镜之间。

6.根据权利要求1所述的小畸变手持望双筒望远镜，其特征在于所述物镜为双透镜物镜，望远镜适用目标源波段为可见光波段。