CN114442304A - 一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统，该光学系统包括物镜胶合透镜1、施密特屋脊棱镜2、棱镜分划板3、目镜胶合透镜4、目镜第三透镜5。其中物镜胶合透镜1、目镜胶合透镜4、目镜第三透镜5共轴排列，施密特屋脊棱镜2、棱镜分划板3均设置在物镜胶合透镜1与目镜胶合透镜4之间的光路上。整个光学系统的视场是8°，出瞳距离为45.8mm，实测系统的出瞳直径为11mm，放大率为3.2倍，显著优于市场同类产品。该光学系统具有对比度高、瞄准速度快、生产成本低、易加工易检测易装配等诸多优点。

Description

一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统

技术领域

本发明涉及光电设备技术领域，具体涉及一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统。

背景技术

出瞳直径是指光线经过目镜汇聚后，在目镜后形成的亮斑直径。出瞳直径的计算公式为：p＝D/M，其中p代表出瞳直径，D代表物镜有效口径，M代表放大倍数。一般而言人类的瞳孔在白天大约为3mm，夜晚最大可达7mm左右。当我们借助光学观瞄器材观察物体的时候，目镜汇聚光线形成的亮斑投射到瞳孔上，越大的出瞳直径给人感觉成像的亮度也越大，往往意味着效果越好。

为适应极其困难情况下对目标的观察，同时满足不同瞳距观察者的使用需求，对于瞄准具望远系统提出了较高的要求，例如需要较大的出瞳直径。此外对于瞄准具望远系统而言还需要便携，这就要求整个系统总长较小、结构尽量简单。为了解决以上问题，在对瞄准具望远系统进行设计时，需要同时实现较短的系统长度、简单的结构、较大的出瞳直径以及较长的出瞳距，这些要求对产品设计提出了极大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统，包括物镜胶合透镜1、施密特屋脊棱镜2、棱镜分划板3、目镜胶合透镜4、目镜第三透镜5；其中物镜胶合透镜1、目镜胶合透镜4、目镜第三透镜5共轴排列，施密特屋脊棱镜2、棱镜分划板3均设置在物镜胶合透镜1与目镜胶合透镜4之间的光路上。

进一步的，所述物镜胶合透镜1具体由双凸型的物镜第一透镜a与弯月型物镜第二透镜b胶合而成，所述目镜胶合透镜4具体由双凹型的目镜第一透镜f和目镜第二透镜g胶合而成，所述目镜第三透镜5具体为双凸透镜。

进一步的，所述棱镜分划板3包括胶合固定在一起的棱镜基体31和保护层32，所述棱镜基体31为半五棱镜，所述保护层32具体为平板玻璃。在棱镜基体31的入光面上设置有黑色分划图形33，在保护层32表面设置有反射膜和透明分划图形37，所述透明分划图形37正对黑色分划图形33。

更进一步的，所述反射膜和透明分划图形37设置在保护层32靠近棱镜基体31的表面上，并且透明分划图形37位于保护层32中间。

进一步的，所述透明分划图形37具体为透明十字线，棱镜基体31与保护层32的接触面为矩形(如正方形)，所述反射膜具体为银膜(R≥95％)。

进一步的，所述物镜胶合透镜1最左端到目镜第三透镜5最右端的距离为121.5mm。

进一步的，所述物镜胶合透镜1右侧中心与施密特屋脊棱镜2左侧端面之间的距离是61.8mm，即物镜胶合透镜1与施密特屋脊棱镜2相距61.8mm。

进一步的，施密特屋脊棱镜2右上端斜面与棱镜分划板3左下端斜面平行，并且两者之间的距离为2mm。

进一步的，棱镜分划板3右端面与目镜胶合透镜4左端面之间的距离为8.8mm(即棱镜分划板3与目镜胶合透镜4相距8.8mm)，目镜胶合透镜4右侧中心与目镜第三透镜5左侧中心之间的距离为0.5mm(即目镜胶合透镜4与目镜第三透镜5相距0.5mm)。

进一步的，所述光学系统的视场是8°，出瞳距离为45.8mm，实测系统出瞳直径为11mm，放大率为3.2倍。

与现有同类产品相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：

(1)物镜和目镜都采用了胶合透镜，有效缩短了光学系统的总长(120mm左右)，减少了镜片数量，使得整个光学系统在装配后具有更小的体积和重量，最终实现了3.2倍放大、8°的视场、11mm出瞳直径以及45.8mm出瞳距离等优异性能参数，能够适应极其困难情况下的观察条件，满足了不同瞳距观察者的使用需求，利于快速瞄准。

(2)本发明采用施密特屋脊棱镜、半五棱镜及分划板相互配合的方式，通过有效的控制棱镜位置、镜身直径和系统长度，从而提高了整个望远镜系统的便携性。

(3)本发明所采用的各光学玻璃表面面型均为球面，并且均可采用普通通用型国产玻璃，具有生产成本低，易加工、易检测、易装配等优点。

(4)本发明中的棱镜分划板使分划照明方式由传统的侧边照明变为背部照明，提高了相同光源下通过分划刻线的光通量，提高了对比度和瞄准速度。

附图说明

图1为本发明大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统图。

图2为棱镜分划板的剖面结构示意图。

图3为棱镜分划板的分划层示意图。

图4为棱镜分划板的保护层示意图。

图5为棱镜分划板的成像示意图。

图6为图1中的目镜加半五棱镜的场曲和畸变特性曲线图。

图7为图1中的目镜加半五棱镜的轴向像差曲线图。

图8为图1中的物镜加施密特屋脊棱镜的场曲和畸变特性曲线图。

图9为图1中的物镜加施密特屋脊棱镜的轴向像差曲线图。

图10为图1中光学系统的场曲和畸变特性曲线图。

图11为图1中光学系统的轴向像差曲线图。

1-物镜胶合透镜，2-施密特屋脊棱镜，3-棱镜分划板，4-目镜胶合透镜，5-目镜第三透镜；31-棱镜基体，32-保护层，33-黑色分划图形，34-反射面a，35-反射面b，36-定位线，37-透明分划图形。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。

如图1-11所示的一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统，从物方到像方依次分布有物镜胶合透镜1、施密特屋脊棱镜2、棱镜分划板3、目镜胶合透镜4、目镜第三透镜5。其中物镜胶合透镜1由两件不同材料的镜片(a和b)胶合而成，主要用于校正物镜的色差。物镜胶合透镜1的左侧为凸面，右侧为凸面。目镜胶合透镜4是由两件不同材料的镜片(f和g)胶合而成的弯月型透镜，并且凸面朝像方向。目镜第三透镜5为双凸透镜。

如图2-4所示的棱镜分划板3，由一块半五棱镜(即棱镜基体31)和一块正方形平板镀膜玻璃(即保护层32)粘合而成。其中半五棱镜拥有至少3个反射面，分别为黑色分划图形33所在的上反射面、底部的反射面a 34、右侧的反射面b 35。在半五棱镜上反射面的中心位置以及边缘位置处分别刻有十字线形的铬线、短线，分别用作分划线和定位线36(装配时定位)。在正方形平板镀膜玻璃的底面上镀制有R≥95％、银材质的高反射层。高反射层并非覆盖整个玻璃表面，而是在正对半五棱镜上反射面分划线的位置处留有透明分划图形37。透明分划图形可以透射光线，透明分划图形37与黑色分划图形33组成完整的分划图案。

该棱镜分划板的成像原理如图5所示。光源发出的光照射到光学玻璃或石英玻璃(即保护层32)后，由于高反射层的反射作用，照射到透明分划图形37的光线和物方入射的光线能够进入半五棱镜中并且正好穿过分划线。进入半五棱镜中的光线一部分从反射面a34折射出去，另外一部分被反射面a 34反射到反射面b 35并射出，最终被人眼或者接收设备检测到，由此实现瞄准或者观测。

各个透镜之间的相对位置关系如下：物镜胶合透镜1与施密特屋脊棱镜2之间的距离为61.8mm，施密特屋脊棱镜2与棱镜分划板3之间的距离为2mm，棱镜分划板3与目镜胶合透镜4之间的距离为8.8mm，目镜胶合透镜4与目镜第三透镜5之间的距离为0.5mm。从物镜胶合透镜1最左端到目镜第三透镜5最右端的距离为121.5mm。

各个透镜的尺寸如下：物镜胶合透镜1的轮廓直径为37mm，目镜胶合透镜4的轮廓直径为24.5mm，目镜第三透镜5的轮廓直径均为28mm。

各个透镜的光学参数如下：物镜胶合透镜1左侧镜片左端曲率半径为72.95mm，右端曲率半径为-42.46mm，中心厚度为7.6mm；物镜胶合透镜1右侧镜片左端曲率半径为-42.46mm，右端曲率半径为-164.4mm，中心厚度为2mm；目镜胶合透镜4左端曲率半径为-52.72mm，右端曲率半径为37.68mm，中心厚度为3mm；目镜胶合透镜4右侧镜片左端曲率半径为37.68mm，右端曲率半径为-26.18mm，中心厚度为6.8mm；目镜第三透镜5左端曲率半径为46.56mm右端曲率半径为-64.57mm，中心厚度为5.2mm。各个透镜的光学参数具体如下表：

本发明提供的光学系统视场是8°，出瞳距离为45.8mm，实测系统的出瞳直径为11mm，放大率为3.2倍。

Claims (8)

1.一种大出瞳直径的棱镜望远镜光学系统，其特征在于：该光学系统包括物镜胶合透镜(1)、施密特屋脊棱镜(2)、棱镜分划板(3)、目镜胶合透镜(4)、目镜第三透镜(5)；其中物镜胶合透镜(1)、目镜胶合透镜(4)、目镜第三透镜(5)共轴排列，施密特屋脊棱镜(2)、棱镜分划板(3)均设置在物镜胶合透镜(1)与目镜胶合透镜(4)之间的光路上。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述物镜胶合透镜(1)由双凸型的物镜第一透镜a与弯月型物镜第二透镜b胶合而成，所述目镜胶合透镜(4)由双凹型的目镜第一透镜f和目镜第二透镜g胶合而成，所述目镜第三透镜(5)具体为双凸透镜。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述棱镜分划板(3)包括胶合固定在一起的棱镜基体(31)和保护层(32)，所述棱镜基体(31)为半五棱镜，所述保护层(32)具体为平板玻璃；在棱镜基体(31)的入光面上设置有黑色分划图形(33)，在保护层(32)表面设置有反射膜和透明分划图形(37)，所述透明分划图形(37)正对黑色分划图形(33)。

4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于：所述反射膜和透明分划图形(37)设置在保护层(32)靠近棱镜基体(31)的表面上，并且透明分划图形(37)位于保护层(32)中间。

5.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于：所述透明分划图形(37)为透明十字线，棱镜基体(31)与保护层(32)的接触面为矩形，所述反射膜具体为银膜。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述物镜胶合透镜(1)最左端到目镜第三透镜(5)最右端的距离为121.5mm。

7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：施密特屋脊棱镜(2)右上端斜面与棱镜分划板(3)左下端斜面平行，并且两者之间的距离为2mm。

8.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述光学系统的视场是8°，出瞳距离为45.8mm，实测系统出瞳直径为11mm，放大率为3.2倍。

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