CN110727098B - 一种自适应变倍望远镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种自适应变倍望远镜，它由物镜固体透镜组、物镜可调焦透镜组、分划板、目镜可调焦透镜组、目镜固体透镜组、测距模组、物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组组成。确定观察物后，测距模组会测量当前观察物的位置，反馈给物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组。两控制模组会根据预设的电压值分别给内部的自适应变焦透镜施加电压，使望远镜清晰成像，此时望远镜的放大倍率为β1。再次按下测距模组按钮，两控制模组会重新给每个自适应变焦透镜分配电压值，此时望远镜的放大倍率为β2。本发明可实现望远镜自适应变倍功能。

Description

一种自适应变倍望远镜
一、技术领域
本发明涉及一种望远镜，更具体地说，本发明涉及一种自适应变倍望远镜。
二、背景技术
望远镜是一种利用多组透镜、反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。望远镜不仅可以放大远处物体，使人眼能分辨角距更小的细节。同时望远镜的物镜可以收集到比瞳孔直径大得多的光束，并将其送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1609年伽利略发明了世界上第一部双镜望远镜，这也是第一部应用于科学研究的望远镜。经过400多年的发展，望远镜的功能越来越强大，观测的距离也越来越远。目前望远镜的应用非常广泛，包括军事作战、安防警用、航海巡察、户外旅游、野外探险、体育赛事、电力安全巡查、观演唱会、林业调查、工业巡查、考古研究、铁路选线、国土资源调查，等等。
具体来讲，在天文和宇宙学研究领域，最著名的当属哈勃太空望远镜和中国的“天眼”射电望远镜，这两款望远镜为人类探索宇宙，发现和验证新的物理规律提供了宝贵的研究资料；在军事战争领域，往往需要具有夜视功能的高分辨、轻量化的望远镜；在民用方面，人们也迫切需求体积小、可变焦的便携式望远镜。然而，传统的军民两用望远镜的设计中，均是由多种固体透镜组合而成，调焦方式也分为内调焦和外调焦。无论哪种调焦方式，都避免不了使用机械移动部件，若在战争中实用，时间就是生命，快速自动变倍调焦尤为迫切。同时，固体元件笨重、易磨损也满足不了当代轻量化单兵作战的需求。
三、发明内容
本发明提出一种自适应变倍望远镜。如附图1所示，该自适应变倍望远镜由物镜固体透镜组、物镜可调焦透镜组、分划板、目镜可调焦透镜组、目镜固体透镜组、测距模组、物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组组成。
首先，在初始状态时，物镜调焦控制模组为物镜可调焦透镜组内部的自适应变焦透镜设定初始电压值，同时目镜调焦控制模组也会为目镜可调焦透镜组内部的自适应变焦透镜设定初始电压值，此时使得望远镜可以清晰成像。之后，调整望远镜所要观察的物体，确定观察物后，按下测距模组按钮，测距模组会测量当前观察物的具体位置，并反馈给物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组。此时，两模组会根据已经预设的电压值，分别给内部的自适应变焦透镜输入不同电压值，使得望远镜重新清晰成像，如附图2所示。此时望远镜物镜和目镜的焦距分别为F1和F2，图像的放大倍率为β1。之后，再次按下测距模组按钮，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组会重新给每个自适应变焦透镜分配电压值，此时望远镜物镜和目镜的焦距分别为F3和F4，图像的放大倍率为β2，如附图3所示。
以附图2所示的放大倍率为例，在光学设计初始结构时，可设定物镜固体透镜组的光焦度为
Figure BDA0002227407150000021
物镜可调焦透镜组的焦距可以预制，并存储在物镜调焦控制模组中，其光焦度为
Figure BDA0002227407150000022
物镜固体透镜组主面(主面1)和物镜可调焦透镜组主面(主面2)间隔为d1，则望远镜物镜的焦距F1可表示为：
F1＝(φ1+φ2-d1φ1φ1)-1 (1)
同理，目镜固体透镜组的光焦度为
Figure BDA0002227407150000023
目镜可调焦透镜组的光焦度为
Figure BDA0002227407150000024
目镜可调焦透镜组主面(主面3)和目镜固体透镜组主面(主面4)间隔为d2，则望远镜目镜的焦距F2可表示为：
F2＝(φ3+φ4-d2φ3φ4)-1 (2)
则，此时图像的放大率β1＝-F1/F2；同理，附图3所示放大倍率β2＝-F3/F4。
本发明中，在每一种望远距离下，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组均可预制多组电压输出值，因此在每一种距离下，均有多组变焦倍率。两控制模组在预制电压时，对于望远镜物镜，在变焦预制过程中，均需保证像面距离不变；对于望远镜目镜，在变焦预制过程中，均需保证物面距离不变，这样设置可以保证分划板上的中继像稳定。
优选地，测距模组可采用激光测距、超声波测距和红外测距等。
优选地，物镜可调焦透镜组和目镜可调焦透镜组中的自适应变焦透镜为液体透镜，包括电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜和电子肌肉驱动的液体透镜等。
优选地，物镜可调焦透镜组经过物镜调焦控制模组调焦后，像距d3保持不变；目镜可调焦透镜组经过目镜调焦控制模组调焦后，物距d4保持不变。
优选地，物镜可调焦透镜组内自适应变焦透镜的个数M1≥2；目镜可调焦透镜组内自适应变焦透镜的个数M2≥2。
四、附图说明
附图1为自适应变倍望远镜的结构图。
附图2为图像放大倍率为β1时的望远镜原理图。
附图3为图像放大倍率为β2时的望远镜原理图。
附图4为实施例中四片自适应变焦透镜预制驱动电压同变焦倍率测试表。
上述各附图中的图示标号为：
1物镜固体透镜组、2物镜可调焦透镜组、3分划板、4目镜可调焦透镜组、5目镜固体透镜组、6测距模组、7物镜调焦控制模组、8目镜调焦控制模组。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种自适应变倍望远镜的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
一种自适应变倍望远镜由物镜固体透镜组、物镜可调焦透镜组、分划板、目镜可调焦透镜组、目镜固体透镜组、测距模组、物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组组成。
本发明的一个实施例为：望远镜物镜和目镜中自适应变焦透镜为美国康宁公司39N0液体透镜，测距模组为激光测距仪。物镜固体透镜组由三片固体透镜组成，光焦度为5D，物镜可调焦透镜组中有两片液体透镜组成，分别为液体透镜1和液体透镜2；目镜固体透镜组由两片固体透镜组成，光焦度为8D，目镜可调焦透镜组中有两片液体透镜组成，分别为液体透镜3和液体透镜4。
首先为望远镜设置初始值，物镜可调焦透镜组光焦度为4D，与固体透镜组的主面间隔约为0.04m，望远镜物镜总光焦度为8.2D；目镜可调焦透镜组光焦度为5D，与固体透镜组的主面间隔约为0.02m，望远镜目镜总光焦度为12.2D，故此时望远镜的放大率约为1.5倍。重新对准要观测的物体，按下激光测距仪按钮，被测物体约为800m，此时物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组会重置四片液体透镜的电压，分别为23V，60V,55V和32V，此时的变焦倍率约为4.5倍。重新按下激光测距仪按钮，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组重新分配电压，分别为34V，55V,45V和39V，此时的变焦倍率约为7.4倍。后续操作如前，附图4为在同等观测距离下，五组不同电压分配及变焦倍率实验结果。

Claims (3)

1.一种自适应变倍望远镜，包括：物镜固体透镜组、物镜可调焦透镜组、分划板、目镜可调焦透镜组、目镜固体透镜组、测距模组、物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组；物镜可调焦透镜组和目镜可调焦透镜组中的自适应变焦透镜为液体透镜，包括电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜或电子肌肉驱动的液体透镜；在初始状态时，物镜调焦控制模组为物镜可调焦透镜组内部的自适应变焦透镜设定初始电压值，同时目镜调焦控制模组也会为目镜可调焦透镜组内部的自适应变焦透镜设定初始电压值，此时使得望远镜可以清晰成像；之后，调整望远镜所要观察的物体，确定观察物后，按下测距模组按钮，测距模组会测量当前观察物的具体位置，并反馈给物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组；此时，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组会根据已经预设的电压值，分别给内部的自适应变焦透镜输入不同电压值，使得望远镜重新清晰成像，此时望远镜物镜和目镜的焦距分别为F1和F2，图像的放大倍率为β1；之后，再次按下测距模组按钮，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组会重新给每个自适应变焦透镜分配电压值，此时望远镜物镜和目镜的焦距分别为F3和F4，图像的放大倍率为β2；在光学设计初始结构时，可设定物镜固体透镜组的光焦度为
Figure FDA0003070602870000011
物镜可调焦透镜组的焦距可以预制，并存储在物镜调焦控制模组中，其光焦度为
Figure FDA0003070602870000012
物镜固体透镜组主面和物镜可调焦透镜组主面间隔为d1，则望远镜物镜的焦距F1可表示为：
Figure FDA0003070602870000013
同理，目镜固体透镜组的光焦度为
Figure FDA0003070602870000014
目镜可调焦透镜组的光焦度为
Figure FDA0003070602870000015
目镜可调焦透镜组主面和目镜固体透镜组主面间隔为d2，则望远镜目镜的焦距F2可表示为：
Figure FDA0003070602870000016
此时图像的放大率β1＝-F1/F2；在每一种望远距离下，物镜调焦控制模组和目镜调焦控制模组均可预制多组电压值，因此在每一种距离下，均有多组图像的放大倍率；两控制模组在预制电压值时，对于望远镜物镜，在变焦预制过程中，均需保证像面距离d3不变；对于望远镜目镜，在变焦预制过程中，均需保证物面距离d4不变。
2.根据权利要求1所述的一种自适应变倍望远镜，其特征在于，测距模组采用激光测距、超声波测距或红外测距。
3.根据权利要求1所述的一种自适应变倍望远镜，其特征在于，物镜可调焦透镜组内自适应变焦透镜的个数M1≥2；目镜可调焦透镜组内自适应变焦透镜的个数M2≥2。
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