CN108132509A - 对焦装置及其对焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对焦装置，包括成像面；成像面外壳部件；平面镜，其与主光轴呈一定的平面镜夹角a，在25°至65°之范围内；对焦屏，设置有至少两个裂像棱镜；支撑部件，支撑部件用于支撑对焦屏，支撑部件还用于给平面镜定位，使得对焦屏与平面镜保持相对静止，支撑部件与成像面外壳部件是可分离的；其中，当支撑部件与成像面外壳部件接合时，对焦屏中心至平面镜与主光轴的交点的距离，与成像面中心至平面镜与主光轴的交点的距离相等，而且对焦屏与主光轴之间的对焦屏夹角b为90°减去两倍所述平面镜夹角a。本发明同时还提供了其相应的对焦方法。本发明能够快速地且更精确地进行对焦。

Description

对焦装置及其对焦方法

技术领域

本发明涉及对焦装置及采用此对焦装置的对焦方法。

背景技术

裂像测距法，具有很高精度，最早应用于坦克瞄准系统，后来小型化用于相机对焦，最后微型化做到相机对焦屏上面用于手动镜头对焦。有水平裂像、竖直裂像、45度裂像等形式。

如图1所示，裂像对焦原理可以简述为：当物和像不共轭的时候，裂像对焦屏上会呈现一个“裂开”的像，并且裂像s’-s”的位置关系可以指示失焦的方向，如图1中(a)、(c)所示，因此可以根据裂像的位置关系快速的做出位置上的调整。当物和像共轭的时候，如图1中(b)所示，整个视场清晰并且图像完整。裂像棱镜的结构如图1中(d)所示。

在现有的相机中，相机的裂像对焦屏只有一个裂像棱镜，所以只能做到对外部物体的某一点进行观察并实现该点的单点共轭，保证该点的对焦准确，然而在此被观察点实现共轭时，并不能保证该外部物体整体上的其他点也实现共轭状态，即无法保证该外部物体的该点以外的其他点的对焦准确。这个问题在外部物体和成像面距离较远而无法或者不便用法兰定位的情况下特别突出。另一个与之伴随问题是，如何在实现共轭之后把取得共轭的诸如平面镜等辅助部件移除，也是亟待解决的。

如果通过光学器件自身能够完成对多点聚焦的同时监测，而非传统的一点聚焦，那将对现在的工业摄影乃至摄影技术本身带来很大帮助。例如它可以应用到对被摄物的取景优化，景深的选择，光阑的优化。再例如应用到工业摄影，在半导体芯片生产过程中，可以实时监测并保证被扫描运动晶圆与相机始终保持准直和对焦等等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供能够快速地且更精确的对焦的装置及其方法，本发明能在实现精确对焦后快速地把辅助部件移除从而实现快速成像。

本发明提供了一种对焦装置，包括成像面，所述成像面位于外部设置的物镜的一侧，用于对所述物镜的另一侧的外部物体进行成像，所述成像面位于所述物镜的主光轴上并垂直于所述主光轴，还包括：

成像面外壳部件，所述成像面被固定设置在所述成像面外壳部件中；

平面镜，所述平面镜位于所述物镜和所述成像面之间的主光轴上，并与所述主光轴呈一定的平面镜夹角a，所述平面镜夹角a在25°至65°之范围内；

对焦屏，所述对焦屏朝向所述平面镜的镜面一侧，在所述对焦屏上，设置有至少两个裂像棱镜，每个所述裂像棱镜均用于对焦；

支撑部件，所述支撑部件用于支撑所述对焦屏，所述支撑部件还用于给所述平面镜定位，使得所述对焦屏与所述平面镜保持相对静止，所述支撑部件与所述成像面外壳部件是可分离的；

其中，当所述支撑部件与所述成像面外壳部件接合时，所述对焦屏中心至所述平面镜与所述主光轴的交点的距离，与所述成像面中心至所述平面镜与所述主光轴的交点的距离相等，而且所述对焦屏与所述主光轴之间的对焦屏夹角b为90°减去两倍所述平面镜夹角a，以保证所述对焦屏能够最佳地接收到经由所述平面镜的反射后的光路。

较优选地，所述支撑部件的顶部为一个开口，所述开口支撑所述对焦屏，所述支撑部件的侧壁固定所述平面镜，所述支撑部件前后贯通，用于光路穿过并成像。

本发明还一种对焦装置，包括成像面，所述成像面位于外部设置的物镜的一侧，用于对所述物镜的另一侧的外部物体进行成像，所述成像面位于所述物镜的主光轴上并垂直于所述主光轴，还包括：

成像面外壳部件，所述成像面被固定设置在所述成像面外壳部件中；

平面镜，所述平面镜位于所述物镜和所述成像面之间的主光轴上，并与所述主光轴呈一定的平面镜夹角a，所述平面镜夹角a在25°至65°之范围内；

对焦屏，所述对焦屏朝向所述平面镜的镜面一侧，在所述对焦屏上，设置有至少两个裂像棱镜，每个所述裂像棱镜均用于对焦；

支撑部件，所述支撑部件用于支撑所述对焦屏，所述支撑部件还用于给所述平面镜定位，使得所述对焦屏与所述平面镜保持相对静止，所述支撑部件与所述成像面外壳部件是一体固定的；

其中，所述对焦屏中心至所述平面镜与所述主光轴的交点的距离，与所述成像面中心至所述平面镜与所述主光轴的交点的距离相等，而且所述对焦屏与所述主光轴之间的对焦屏夹角b为90°减去两倍所述平面镜夹角a，以保证所述对焦屏能够最佳地接收到经由所述平面镜的反射后的光路；

其中，所述平面镜能够旋转运动或平移运动，使得所述平面镜能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面。

较优选地，所述支撑部件的底部设有旋转轴，所述平面镜能够沿所述旋转轴从所述平面镜夹角a旋转到所述支撑部件底部，使得所述平面镜能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面。

较优选地，所述支撑部件的侧壁中设置有角度为所述平面镜夹角a的斜槽，使得所述平面镜能够沿着所述斜槽平移运动并移动到所述支撑部件外，使得所述平面镜能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面。

较优选地，所述支撑部件的底面为空心的，所述平面镜能够沿着所述支撑部件的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到所述支撑部件的底面外，使得所述平面镜能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面。

较优选地，所述平面镜夹角a在35°至55°之范围内。更优选地，所述平面镜夹角a为45°。

较优选地，所述物镜为显微物镜、望远物镜、摄影物镜或投影物镜。更优选地，所述显微物镜、所述望远物镜、所述摄影物镜或所述投影物镜中至少包含一个凸透镜。

较优选地，所述对焦屏上设置有两个所述裂像棱镜，当所述平面镜夹角a为45°时，两个所述裂像棱镜的连线与所述主光轴平行；当所述平面镜夹角a不为45°时，两个所述裂像棱镜的连线的延长线与所述主光轴位于空间的同一平面内并且相交。

较优选地，所述对焦屏上设置有两个所述裂像棱镜，两个所述裂像棱镜的连线与所述主光轴在空间中相互垂直，而且两个所述裂像棱镜到所述主光轴的最短距离相等。

较优选地，所述对焦屏上设置有三个所述裂像棱镜，三个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏上的一个平面三角形的三个顶点上。

较优选地，所述平面三角形为等腰三角形，其中，一个所述裂像棱镜用于接收来自主光轴的经由所述平面镜的反射后的光路，此裂像棱镜位于所述等腰三角形的顶角位置，其余两个所述裂像棱镜对称地位于所述等腰三角形的两个底角位置。

较优选地，所述对焦屏上设置有四个所述裂像棱镜，四个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏上的一个长方形的四个顶点上，所述长方形的两条对边与所述主光轴形成空间垂直状态，所述长方形的另外两条对边关于所述主光轴形成空间对称状态。

较优选地，所述对焦屏上设置有四个所述裂像棱镜，四个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏上的一个轴对称的四边形的四个顶点上，其中，所述四边形的两个不相邻的顶点连线为对称轴，两个所述裂像棱镜位于所述对称轴的两个顶点上，当所述平面镜夹角a为45°时，所述对称轴与所述主光轴平行；当所述平面镜夹角a不为45°时，所述对称轴的延长线与所述主光轴位于空间的同一平面内并且相交；另外的两个不相邻的所述裂像棱镜的连线与所述四边形的所述对称轴垂直，并且此处两个不相邻的所述裂像棱镜到所述主光轴的最短距离相等。

较优选地，所述裂像棱镜为十字裂像棱镜。

较优选地，采用放大镜观察所述对焦屏，或者将所述对焦屏的成像显示到显示器上，从而进一步提高对焦精度。

本发明提供了一种采用上述对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，将所述支撑部件与所述成像面外壳部件接合并成为一个整体，

步骤ii，对所述成像面外壳部件进行调整，当所述对焦屏上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤iii，将所述支撑部件从所述成像面外壳部件上分离并移去，在所述成像面上获得清晰并且完整的成像。

本发明一种采用上述对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件进行调整，当所述对焦屏上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜旋转运动或平移运动，使得所述平面镜能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面，在所述成像面上获得清晰并且完整的成像。

本发明一种采用上述对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件进行调整，当所述对焦屏上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜沿所述旋转轴从所述平面镜夹角a旋转到所述支撑部件底部，在所述成像面上获得清晰并且完整的成像。

本发明一种采用上述对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件进行调整，当所述对焦屏上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜沿着所述斜槽平移运动到所述支撑部件外，在所述成像面上获得清晰并且完整的成像。

本发明一种采用上述对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件进行调整，当所述对焦屏上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜沿着所述支撑部件的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到所述支撑部件的底面外，在所述成像面上获得清晰并且完整的成像。

本发明提供的上述对焦装置和其对焦方法，其有益效果为：把原有的点对焦(点共轭)过程改善为线对焦(线共轭)或者面对焦(面共轭)，从而提高了对焦精度。

本发明所用到的准直设备是之前从未出现过的，尤其适用于大视场、长工作距离的成像系统的对焦。

附图说明

图1是裂像对焦原理的示意图。

图2A是本发明的第一种实施方式。

图2B是本发明的第二种实施方式。

图2C是本发明的第三种实施方式。

图2D是本发明的第四种实施方式。

图3A是本发明的平面镜夹角a为45°的示意图。

图3B是本发明的平面镜夹角a为35°的局部示意图。

图3C是本发明的平面镜夹角a为55°的局部示意图。

图4A是本发明的第一种形式的对焦屏。

图4B是本发明的第二种形式的对焦屏。

图4C是本发明的第三种形式的对焦屏。

图4D是本发明的第四种形式的对焦屏。

图4E是本发明的第五种形式的对焦屏。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的说明。为了描述方便，视图中的上、下、左、右等方位都在以下具体描述过程中直接运用，用于指示图中各个部件的位置，此种方位描述并不是限制性。

根据本发明的对焦装置，如2A所示，并结合图3A和图4C所示，描述了本发明的第一种优选的对焦装置。本发明的对焦装置可以适用于各种外部设置的物镜，比如显微物镜、望远物镜、摄影物镜或投影物镜等。这些物镜都能够在成像面上呈现实像，因此这些物镜都至少包含一个凸透镜。本领域技术人员能够理解，物镜可以包括多个凸透镜或凹透镜及其组合，其中至少包含一个凸透镜。为了论述方便，在以下所举的各个具体实施例中，都示意性地选取凸透镜8作为物镜，这是物镜的最简单的一种形式，对于其他更为复杂的物镜，本发明的对焦装置也都适用。

如图3A和图2A所示，平面镜夹角a为45度，此时的对焦屏夹角b为0°。现在，保持外部物体7和外部设置的凸透镜8都静止不动。此时的外部物体7和凸透镜8都在主光轴9上，并且垂直于主光轴9。对焦装置包括平面镜1、对焦屏2、支撑部件3、成像面4、成像面外壳部件5。其中，成像面4被固定设置在成像面外壳部件5中，而且成像面4也在主光轴9上并垂直于主光轴9，成像面4与外部物体7分别位于凸透镜8，成像面4用于对凸透镜8的另一侧的外部物体7进行成像。此时的平面镜1位于凸透镜8和成像面4之间的主光轴9上，并与主光轴9呈平面镜夹角a等于45°。

如图3A、图2A和图4C所示，对焦屏2位于主光轴9的上方，对焦屏2朝向平面镜1的镜面一侧，在对焦屏9上设置有三个裂像棱镜，分别位于L、M、N处，每个裂像棱镜均用于对焦。支撑部件3用于支撑对焦屏2，支撑部件3还用于给平面镜1定位，使得对焦屏2与平面镜1保持相对静止，支撑部件3与成像面外壳部件5是可分离的。

如图3A、图2A所示，当支撑部件3与成像面外壳部件5接合时，对焦屏2中心至平面镜1与主光轴9的交点的距离L2，与成像面4中心至平面镜1与主光轴9的交点的距离L1相等，即此时的L1＝L2。根据几何关系，从图3A中可以得到，此时的对焦屏2与主光轴9之间的对焦屏夹角b为0°，具体而言，此时的对焦屏夹角b等于90°减去两倍平面镜夹角a(a＝45°)。因此，此时的对焦屏2能够最佳地接收到经由平面镜1的反射后的光路。较优选地，如图2A所示，支撑部件3的顶部为一个开口31，开口31支撑对焦屏2，支撑部件3的侧壁固定平面镜1，支撑部件3前后贯通，用于光路穿过并成像。

上述的优选的对焦装置使用方式为：

步骤i，将支撑部件3与成像面外壳部件5接合并成为一个整体，

步骤ii，对成像面外壳部件5进行调整，当对焦屏2上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤iii，将支撑部件3从成像面外壳部件5上分离并移去，在成像面4上获得清晰并且完整的成像。

一般情况下，三个裂像棱镜上面会出现三个裂像，三个裂像互不影响，调整一个必然引起其余两个的变化。实践中，可以把所有裂像均调到同一个失焦的方向，然后进行竖直方向调整，能够取得好效果。由于裂像的方向指示了失焦的方向，所以调整起来非常快。当裂像棱镜上出现三个清晰并且完整的成像时，对焦屏2就与外部物体7实现共轭，由于L1＝L2，也即成像面5与外部物体7实现共轭。

需要指出的是，上述的平面镜夹角a的取值并不必须为45°，平面镜夹角a的取值范围比如可以是25°至65°，优选为35°至55°，最优选值是45°。为了更好地说明平面镜夹角a不是45°时的情形，图3B和图3C分别描述了平面镜夹角a为35°和平面镜夹角a为55°的两种情形，以下对两种情形都进行更为细致地描述，其他情形的平面镜夹角a都可以作出类似的解释。

在图3B中，平面镜夹角a为35°，图3B与图3A的布局是类似的，图3B局部放大了平面镜8、对焦屏2的情形。通过图3B，根据几何关系，可以看出，其中的对焦屏夹角b为20°，具体而言，此时的对焦屏夹角b等于90°减去两倍平面镜夹角a(a＝35°)。

在图3C中，平面镜夹角a为55°，图3C与图3A的布局是类似的，图3C局部放大了平面镜8、对焦屏2的情形。通过图3C，根据几何关系，可以看出，其中的对焦屏夹角b为(-20°)，具体而言，此时的对焦屏夹角b等于90°减去两倍平面镜夹角a(a＝55°)。此处之所以认为对焦屏夹角b为(-20°)，是考虑到图3C的此处的对焦屏2的倾斜方向与图3B中的对焦屏2的倾斜方向是相反的，以图3A中的对焦屏夹角b＝0°为正负分界角度，那么，如果认为图3B中的对焦屏夹角b为20°，则图3C中的对焦屏夹角b就为(-20°)。

本领域人员应当认识到，一般而言，平面镜夹角a为45°，此时的对焦屏夹角b为0°，可以认为是最优选的方案。但是，根据不同相机或者不同使用状态的需要，也可能需要对焦屏夹角b呈现出一个不为零的角度，会更有利于对焦者的观察。那么，此时的这个非零的对焦屏夹角b就是这种情况下的最优选方案，而不再是对焦屏夹角b为0°。具体的对焦屏夹角b，可以根据具体情形予以设定。

进一步需要指出的是，在上述优选的对焦装置中，采用了如图4C所示的裂像棱镜的布置方式。除此之外，还有如图4A、图4B、图4D、图4E等各种方式。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E中的对焦屏2的四个顶角分别标记为A、B、C、D，四个顶角A、B、C、D也正分别是图2A中的对焦屏2的四个顶角A、B、C、D。

如图4A和图4B所示，分别示出了两种在对焦屏2上布置有两个裂像棱镜的情形，当裂像棱镜为两个时，可以实现两点的精确对焦，或称为线精确对焦。具体而言，如图4A所示，对焦屏2上的G位置和H位置，分别设置有两个裂像棱镜，当平面镜夹角a为45°时，两个裂像棱镜的连线与主光轴9平行；当平面镜夹角a不为45°时，两个裂像棱镜的连线的延长线与主光轴9位于空间的同一平面内并且相交。另一种情况如图4B所示，对焦屏2上的J位置和K位置，分别设置有两个裂像棱镜，两个裂像棱镜的连线与主光轴9在空间中相互垂直，而且两个裂像棱镜到主光轴9的最短距离相等。对于图4A和图4B的两种情况，都可以实现线精确对焦，可以根据具体的情况，针对不同的外部物体7进行合理选择。

如图4C所示，对焦屏2上设置有三个裂像棱镜，三个裂像棱镜分别位于对焦屏2上的一个平面三角形的三个顶点上。较优选地，如图4C所示，平面三角形LMN为等腰三角形，其中，布置于L位置的裂像棱镜用于接收来自主光轴9的经由平面镜1的反射后的光路，此裂像棱镜位于等腰三角形LMN的顶角L位置，其余两个裂像棱镜对称地位于等腰三角形LMN的两个底角M、N位置。此时，等腰三角形LMN就能够做到整面对焦，从而实现面精确对焦。

如图4D和图4E所示，分别示出了两种在对焦屏2上布置有四个裂像棱镜的情形，当裂像棱镜为四个时，可以更好地实现面精确对焦。具体而言，如图4D所示，对焦屏2的P位置、Q位置、R位置、S位置上设置有四个裂像棱镜，四个裂像棱镜分别位于对焦屏2上的一个长方形PQRS的四个顶点P、Q、R、S上，长方形PQRS的两条对边PQ、RS与主光轴9形成空间垂直状态，长方形的另外两条对边QR、SP关于主光轴9形成空间对称状态。另一种情况如图4E所示，对焦屏2的T位置、U位置、V位置、W位置上设置有四个裂像棱镜，四个裂像棱镜分别位于对焦屏2上的一个轴对称的四边形TUVW的四个顶点T、U、V、W上，其中，四边形TUVW的两个不相邻的顶点T、V连线为对称轴，两个裂像棱镜位于对称轴TV的两个顶点T、V上，当平面镜夹角a为45°时，对称轴TV与主光轴9平行；当平面镜夹角a不为45°时，对称轴TV的延长线与主光轴9位于空间的同一平面内并且相交；另外的两个不相邻的裂像棱镜的连线UW与四边形TUVW的对称轴TV垂直，并且此处两个不相邻的裂像棱镜到主光轴9的最短距离相等。此处，采用了四个裂像棱镜，因此，当其中三个裂像棱镜调整准确之后，应当已经实现了面精确对焦，此时可以通过第四个裂像棱镜进行最后的校核或验证，以进一步确定整面对焦的精确性。

此处的L1、L2可以依靠加工精度来保证取值一致。在调节过程中，可以将平面镜1、对焦屏2、成像面4三者作为一个整体来调节，调节机构可以装在成像面外壳部件5上。较优选地，本对焦装置可以沿着空间直角坐标系的三个坐标轴的转动(pitch、yaw、roll)和沿着光轴方向的平移，即可以有共四个维度的运动。

在上述实施例中，也可用十字裂像棱镜进一步提高适用性。观察对焦屏时，可以使用放大镜甚至将该对焦屏成像到显示器上，都能进一步提高对焦精度。

以上部分详细描述了本发明的第一种实施方式的各种情形。

根据本发明的其他实施方式，至少包括如图2B、图2C、图2D所示的情形，并结合图3A和图4C所示，描述了本发明的另外几种优选的对焦装置。

如图3A和图2B(或图2C或图2D)所示，平面镜夹角a为45度，此时的对焦屏夹角b为0°。现在，保持外部物体7和外部设置的凸透镜8都静止不动。此时的外部物体7和凸透镜8都在主光轴9上，并且垂直于主光轴9。对焦装置包括平面镜1、对焦屏2、支撑部件3、成像面4、成像面外壳部件5。其中，成像面4被固定设置在成像面外壳部件5中，而且成像面4也在主光轴9上并垂直于主光轴9，成像面4与外部物体7分别位于凸透镜8，成像面4用于对凸透镜8的另一侧的外部物体7进行成像。此时的平面镜1位于凸透镜8和成像面4之间的主光轴9上，并与主光轴9呈平面镜夹角a等于45°。

如图3A、图2B(或图2C或图2D)和图4C所示，对焦屏2位于主光轴9的上方，对焦屏2朝向所述平面镜1的镜面一侧，在对焦屏9上设置有三个裂像棱镜，分别位于L、M、N处，每个裂像棱镜均用于对焦。支撑部件3用于支撑对焦屏2，支撑部件3还用于给平面镜1定位，使得对焦屏2与平面镜1保持相对静止，支撑部件3与成像面外壳部件5是一体固定的。

如图3A、图2B(或图2C或图2D)所示，对焦屏2中心至平面镜1与主光轴9的交点的距离L2，与成像面4中心至平面镜1与主光轴9的交点的距离L1相等，即此时的L1＝L2。根据几何关系，从图3A中可以得到，此时的对焦屏2与主光轴9之间的对焦屏夹角b为0°，具体而言，此时的对焦屏夹角b等于90°减去两倍平面镜夹角a(a＝45°)。因此，此时的对焦屏2能够最佳地接收到经由平面镜1的反射后的光路。

其中，平面镜1能够旋转运动或平移运动，使得平面镜1能够不阻碍通过凸透镜8的光路到达所述成像面4。

此优选的对焦装置使用方式为：

步骤i，对成像面外壳部件5进行调整，当对焦屏2上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将平面镜1旋转运动或平移运动，使得所述平面镜1能够不阻碍通过所述凸透镜8的光路到达所述成像面4，在所述成像面4上获得清晰并且完整的成像。

此处，关于平面镜1的更为具体旋转运动或平移运动方式，将分别结合图2B、图2C、图2D进行更详细地描述。

如图2B所示的本发明的第二种实施方式，支撑部件3的底部设有旋转轴11，平面镜1能够沿旋转轴11从平面镜夹角a(a＝45°)旋转到支撑部件3底部(即此时的平面镜与底面的夹角为零)，使得平面镜1能够不阻碍通过凸透镜8的光路到达成像面4。

此优选的对焦装置使用方式为：

步骤i，对成像面外壳部件5进行调整，当对焦屏2上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将平面镜1沿旋转轴11从平面镜夹角a旋转到支撑部件3底部，在成像面4上获得清晰并且完整的成像。

如图2C所示的本发明的第三种实施方式，支撑部件3的侧壁中设置有角度为平面镜夹角a的斜槽13，使得平面镜1能够沿着斜槽13平移运动并移动到支撑部件3外，使得平面镜1能够不阻碍通过凸透镜8的光路到达成像面4。

此优选的对焦装置使用方式为：

步骤i，对成像面外壳部件5进行调整，当对焦屏2上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将平面镜1沿着斜槽13平移运动到支撑部件3外，在成像面4上获得清晰并且完整的成像。

如图2D所示的本发明的第四种实施方式，支撑部件3的底面为空心的，平面镜1能够沿着支撑部件3的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到支撑部件3的底面外，使得平面镜1能够不阻碍通过凸透镜8的光路到达成像面4。

此优选的对焦装置使用方式为：

步骤i，对成像面外壳部件5进行调整，当对焦屏2上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将平面镜1沿着支撑部件3的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到支撑部件3的底面外，在成像面4上获得清晰并且完整的成像。

特别需要指出的是，在上述第二种实施方式、第三种实施方式、第四种实施方式中，都可以采用第一种实施方式中提到的各种变换或组合，比如对于平面镜夹角a的取值范围，再比如对于对焦屏2的各种形式的采用，都可以在上述的各种实施方式中进行采用。

对实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (23)

1.一种对焦装置，包括成像面(4)，所述成像面(4)位于外部设置的物镜的一侧，用于对所述物镜的另一侧的外部物体(7)进行成像，所述成像面(4)位于所述物镜的主光轴(9)上并垂直于所述主光轴(9)，其特征在于，还包括：

成像面外壳部件(5)，所述成像面(4)被固定设置在所述成像面外壳部件(5)中；

平面镜(1)，所述平面镜(1)位于所述物镜和所述成像面(4)之间的主光轴(9)上，并与所述主光轴(9)呈一定的平面镜夹角a，所述平面镜夹角a在25°至65°之范围内；

对焦屏(2)，所述对焦屏(2)朝向所述平面镜(1)的镜面一侧，在所述对焦屏(2)上，设置有至少两个裂像棱镜，每个所述裂像棱镜均用于对焦；

支撑部件(3)，所述支撑部件(3)用于支撑所述对焦屏(2)，所述支撑部件(3)还用于给所述平面镜(1)定位，使得所述对焦屏(2)与所述平面镜(1)保持相对静止，所述支撑部件(3)与所述成像面外壳部件(5)是可分离的；

其中，当所述支撑部件(3)与所述成像面外壳部件(5)接合时，所述对焦屏(2)中心至所述平面镜(1)与所述主光轴(9)的交点的距离，与所述成像面(4)中心至所述平面镜(1)与所述主光轴(9)的交点的距离相等，而且所述对焦屏(2)与所述主光轴(9)之间的对焦屏夹角b为90°减去两倍所述平面镜夹角a，以保证所述对焦屏(2)能够最佳地接收到经由所述平面镜(1)的反射后的光路。

2.如权利要求1所述的对焦装置，其特征在于，所述支撑部件(3)的顶部为一个开口(31)，所述开口(31)支撑所述对焦屏(2)，所述支撑部件(3)的侧壁固定所述平面镜(1)，所述支撑部件(3)前后贯通，用于光路穿过并成像。

3.一种对焦装置，包括成像面(4)，所述成像面(4)位于外部设置的物镜的一侧，用于对所述物镜的另一侧的外部物体(7)进行成像，所述成像面(4)位于所述物镜的主光轴(9)上并垂直于所述主光轴(9)，其特征在于，还包括：

成像面外壳部件(5)，所述成像面(4)被固定设置在所述成像面外壳部件(5)中；

平面镜(1)，所述平面镜(1)位于所述物镜和所述成像面(4)之间的主光轴(9)上，并与所述主光轴(9)呈一定的平面镜夹角a，所述平面镜夹角a在25°至65°之范围内；

对焦屏(2)，所述对焦屏(2)朝向所述平面镜(1)的镜面一侧，在所述对焦屏(2)上，设置有至少两个裂像棱镜，每个所述裂像棱镜均用于对焦；

支撑部件(3)，所述支撑部件(3)用于支撑所述对焦屏(2)，所述支撑部件(3)还用于给所述平面镜(1)定位，使得所述对焦屏(2)与所述平面镜(1)保持相对静止，所述支撑部件(3)与所述成像面外壳部件(5)是一体固定的；

其中，所述对焦屏(2)中心至所述平面镜(1)与所述主光轴(9)的交点的距离，与所述成像面(4)中心至所述平面镜(1)与所述主光轴(9)的交点的距离相等，而且所述对焦屏(2)与所述主光轴(9)之间的对焦屏夹角b为90°减去两倍所述平面镜夹角a，以保证所述对焦屏(2)能够最佳地接收到经由所述平面镜(1)的反射后的光路；

其中，所述平面镜(1)能够旋转运动或平移运动，使得所述平面镜(1)能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面(4)。

4.如权利要求3所述的对焦装置，其特征在于，所述支撑部件(3)的底部设有旋转轴(11)，所述平面镜(1)能够沿所述旋转轴(11)从所述平面镜夹角a旋转到所述支撑部件(3)底部，使得所述平面镜(1)能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面(4)。

5.如权利要求3所述的对焦装置，其特征在于，所述支撑部件(3)的侧壁中设置有角度为所述平面镜夹角a的斜槽(13)，使得所述平面镜(1)能够沿着所述斜槽(13)平移运动并移动到所述支撑部件(3)外，使得所述平面镜(1)能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面(4)。

6.如权利要求3所述的对焦装置，其特征在于，所述支撑部件(3)的底面为空心的，所述平面镜(1)能够沿着所述支撑部件(3)的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到所述支撑部件(3)的底面外，使得所述平面镜(1)能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面(4)。

7.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述平面镜夹角a在35°至55°之范围内。

8.如权利要求7所述的对焦装置，其特征在于，所述平面镜夹角a为45°。

9.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述物镜为显微物镜、望远物镜、摄影物镜或投影物镜。

10.如权利要求9所述的对焦装置，其特征在于，所述显微物镜、所述望远物镜、所述摄影物镜或所述投影物镜中至少包含一个凸透镜。

11.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述对焦屏(2)上设置有两个所述裂像棱镜，当所述平面镜夹角a为45°时，两个所述裂像棱镜的连线与所述主光轴(9)平行；当所述平面镜夹角a不为45°时，两个所述裂像棱镜的连线的延长线与所述主光轴(9)位于空间的同一平面内并且相交。

12.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述对焦屏(2)上设置有两个所述裂像棱镜，两个所述裂像棱镜的连线与所述主光轴(9)在空间中相互垂直，而且两个所述裂像棱镜到所述主光轴(9)的最短距离相等。

13.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述对焦屏(2)上设置有三个所述裂像棱镜，三个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏(2)上的一个平面三角形的三个顶点上。

14.如权利要求11所述的对焦装置，其特征在于，所述平面三角形为等腰三角形，其中，一个所述裂像棱镜用于接收来自主光轴(9)的经由所述平面镜(1)的反射后的光路，此裂像棱镜位于所述等腰三角形的顶角位置，其余两个所述裂像棱镜对称地位于所述等腰三角形的两个底角位置。

15.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述对焦屏(2)上设置有四个所述裂像棱镜，四个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏(2)上的一个长方形的四个顶点上，所述长方形的两条对边与所述主光轴(9)形成空间垂直状态，所述长方形的另外两条对边关于所述主光轴(9)形成空间对称状态。

16.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述对焦屏(2)上设置有四个所述裂像棱镜，四个所述裂像棱镜分别位于所述对焦屏(2)上的一个轴对称的四边形的四个顶点上，其中，所述四边形的两个不相邻的顶点连线为对称轴，两个所述裂像棱镜位于所述对称轴的两个顶点上，当所述平面镜夹角a为45°时，所述对称轴与所述主光轴(9)平行；当所述平面镜夹角a不为45°时，所述对称轴的延长线与所述主光轴(9)位于空间的同一平面内并且相交；

另外的两个不相邻的所述裂像棱镜的连线与所述四边形的所述对称轴垂直，并且此处两个不相邻的所述裂像棱镜到所述主光轴(9)的最短距离相等。

17.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，所述裂像棱镜为十字裂像棱镜。

18.如权利要求1-6中任一项所述的对焦装置，其特征在于，采用放大镜观察所述对焦屏(2)，或者将所述对焦屏(2)的成像显示到显示器上，从而进一步提高对焦精度。

19.一种采用权利要求1、2、7-18中任一项的对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，将所述支撑部件(3)与所述成像面外壳部件(5)接合并成为一个整体，

步骤ii，对所述成像面外壳部件(5)进行调整，当所述对焦屏(2)上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤iii，将所述支撑部件(3)从所述成像面外壳部件(5)上分离并移去，在所述成像面(4)上获得清晰并且完整的成像。

20.一种采用权利要求3、7-18中任一项的对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件(5)进行调整，当所述对焦屏(2)上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜(1)旋转运动或平移运动，使得所述平面镜(1)能够不阻碍通过所述物镜的光路到达所述成像面(4)，在所述成像面(4)上获得清晰并且完整的成像。

21.一种采用权利要求4、7-18中任一项的对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件(5)进行调整，当所述对焦屏(2)上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜(1)沿所述旋转轴(11)从所述平面镜夹角a旋转到所述支撑部件(3)底部，在所述成像面(4)上获得清晰并且完整的成像。

22.一种采用权利要求5、7-16中任一项的对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件(5)进行调整，当所述对焦屏(2)上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜(1)沿着所述斜槽(13)平移运动到所述支撑部件(3)外，在所述成像面(4)上获得清晰并且完整的成像。

23.一种采用权利要求6-18中任一项的对焦装置的对焦方法，包括如下步骤：

步骤i，对所述成像面外壳部件(5)进行调整，当所述对焦屏(2)上的各个裂像棱镜均同时呈现出清晰并且完整的图像时，对焦完成，

步骤ii，将所述平面镜(1)沿着所述支撑部件(3)的侧壁在垂直方向上平行移动并向下移动到所述支撑部件(3)的底面外，在所述成像面(4)上获得清晰并且完整的成像。