CN1209654C

CN1209654C - 高倍短筒望远镜

Info

Publication number: CN1209654C
Application number: CN 03128347
Authority: CN
Inventors: 赵斌
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: CN1480759A

Abstract

本发明公开了一种高倍短筒望远镜，包括物镜和目镜，在物镜前设置有微透镜列阵型角扩束器。在满足下述条件时，本发明具有更好的技术效果：微透镜列阵型角扩束器尽可能靠近物镜，但两者不接触；微透镜列阵型角扩束器的孔径大于其后望远镜的物镜孔径；微透镜列阵型角扩束器的板面与望远镜的光轴垂直。该望远镜的总角放大倍数由于微透镜列阵角扩束器的角放大和普通望远镜的角放大的共同贡献而增大。加上了微透镜列阵角扩束器，在望远镜总长度基本不增大了情况下，总角放大率成倍增大，这样，就可以用一个低倍短筒望远镜配一个N倍的微透镜列阵角扩束器，得到一个高倍短筒望远镜。

Description

高倍短筒望远镜

技术领域

本发明涉及一种望远镜，具体地说，是一种高倍短筒望远镜。这种望远镜由普通望远镜和一种微透镜列阵型角扩束器构成。

背景技术

普通望远镜是一种经典的光学仪器，它是由物镜和目镜组成。普通望远镜有如下性质：

物镜OL的像方焦点F1与目镜EL的物方焦点F2接近但不重合(图1)，远处物体经望远镜目镜成像后成为一虚像S′，该虚像S′距目镜EL大约250毫米至3米，具体位置根据观察者不同的视力及不同的观察习惯而不同，由观察者改变镜筒的长度，既改变物镜与目镜的间隔来调节。

望远镜所成虚像的角放大率

M＝物镜焦距f1/目镜焦距f2 (1)

望远镜的镜筒长度

L＝物镜焦距f1-目镜焦距f2 (2)

若望远镜的视场角为W，则望远镜的孔径

D＝2L×tg(W) (3)

因此，普通望远镜当放大倍数提高时，由于目镜焦距f2不能变，所以，物镜焦距f1必须增大，从而，镜筒长度L必然增长，镜筒孔径D必然增大，这就是现在高倍望远镜都有很长的镜筒的原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的高倍短筒望远镜，它解决了现有高倍望远镜镜筒太长的问题，达到了高倍短筒的效果。

本发明的高倍短筒望远镜，一种高倍短筒望远镜，包括物镜和目镜，所述物镜前设置有微透镜列阵型角扩束器。

在满足下述条件时，本发明具有更好的技术效果：微透镜列阵型角扩束器靠近物镜，但两者不接触；微透镜列阵型角扩束器的孔径大于其后望远镜的物镜孔径；微透镜列阵型角扩束器的板面与望远镜的光轴垂直。

本发明望远镜的工作过程是这样的：当远处物体上一点发出的光束来到望远镜时，它先遇到微透镜列阵角扩束器，由于物体的距离远大于望远镜的口径，因此，入射光束可以看成是平面光，由微透镜列阵角扩束器的性质知道，从角扩束器出射的也是平面光，只是光线方向与望远镜光轴的夹角角度增大了。从角扩束器出射的平面光再依次进入望远镜的物镜、目镜，最后成一个距目镜为人眼明视距离(250毫米~3米)的虚像，由于微透镜列阵角扩束器对物体发出光线的角度的增大作用，这个虚像比直接用望远镜观察时要大。从以上过程可知，系统总角放大倍数由于微透镜列阵角扩束器的角放大和普通望远镜的角放大的共同贡献而增大。由于加上了微透镜列阵角扩束器，在系统总长度基本不增大了情况下，总角放大率成倍增大，这样，就可以用一个低倍短筒望远镜配一个N倍的微透镜列阵角扩束器，得到一个高倍短筒望远镜。

附图说明

图1普通望远镜示意图；图中：f1是物镜的焦距，f2是目镜的焦距，T是正负透镜的间隔，F1是物镜的焦点，F2是目镜的焦点，S′是远方物体经望远镜所成的虚像。

图2为微透镜列阵型角扩束器的原理示意图；图中：f1是正透镜的焦距，f2是负透镜的焦距，T是正负透镜的间隔，F是正透镜和负透镜的公共焦点。

图3为微透镜列阵型角扩束器的结构示意图；图中：1是正透镜折射面，2是负透镜折射面，ab是入射的大孔径平面光束，a′b′是出射的小孔径平面光束，空心圆表示正透镜(左表面)的焦点F1，实心圆点表示负透镜(右表面)的焦点F2，空心圆与实心圆点同心。

图4是本发明望远镜的一个实例的示意图。

具体实施方式

角扩束器的功能是将某一方向入射的平面光变换成另一方向的出射平面光，且入射光、出射光与光轴的夹角满足固定的放大倍数。角扩束器是由焦点重合的一正一负两个透镜或透镜组构成(图2a)，当一束平面光以角度θ入射于左边的正透镜上时，它被聚焦于正透镜的焦平面上，汇聚点至光轴的距离为f1×θ，由于正透镜的焦点与负透镜的焦点重合，因此，该汇聚光束经负透镜折射后，仍将成为一出射平面光，且其方向(图2b)为f1×θ/f2＝M×θ。

采用微透镜列阵的加工方法，可以在一块薄片基材的两边，分别做出正微透镜列阵和负微透镜列阵，并按光焦度为零的原则形成微角扩束器列阵(图3)。由于每一个微角扩束器的厚度都很小，因此微透镜列阵角扩束器的厚度也很小。

角扩束器的进一步说明请见中国发明专利申请“一种列阵型角扩束器”，申请号为03128299.7，申请日为2003年7月8日。

本发明将微透镜列阵角扩束器置于普通望远镜的物镜前，构成一种新望远镜，该望远镜的总角放大倍数等于微透镜列阵角扩束器的角放大率乘以普通望远镜的角放大率。因为微透镜列阵角扩束器的角放大率总是大于1的，因此，新望远镜的总角放大倍数增大了，但由于微透镜列阵角扩束器的厚度很薄，所以新望远镜的总厚度未增加。

如图4所示，本发明将一个微透镜列阵型角扩束器与一个普通望远镜结合，构成一个新型望远镜。该望远镜的优点是可以同时拥有大的角放大倍数和短的镜筒长度。

本发明的望远镜的结构满足以下要求时，望远镜具有更好的技术效果：

1)微透镜列阵型角扩束器的孔径要大于其后望远镜的物镜孔径。

2)微透镜列阵型角扩束器的位置在望远镜的物镜前，他们之间的间隔在不接触的情况下应尽可能小。

3)微透镜列阵型角扩束器的板面与望远镜的光轴垂直。

图4是一个本发明望远镜的实例，其中，微透镜列阵型角扩束器的凸面半径＝0.400mm，凹面半径＝0.1091903mm，厚度＝0.856mm，孔径＝0.44mm，材料折射率n＝1.5168，各微透镜中心按正三边形排列分布，中心距rc＝0.40mm。该微透镜列阵型角扩束器的角放大率＝2

普通望远镜物镜参数为：左表面曲率半径r1＝29.4275mm，表面曲率半径r2＝129.7195mm，厚度d1＝4mm，材料折射率n＝1.5168。目镜参数为：左表面曲率半径r3＝-11.56544mm，表面曲率半径r4＝-50mm，厚度d2＝3mm，材料折射率n＝1.5168。物镜与目镜间隔T＝40mm。物镜孔径22mm，目镜孔径＝11mm。微透镜列阵型角扩束器与物镜间隔g＝2mm。该普通望远镜的角放大率＝2.43

本发明望远镜实例的角放大率＝2×2.43＝4.86。

Claims

1、一种高倍短筒望远镜，包括物镜和目镜，其特征在于：所述物镜前设置有微透镜列阵型角扩束器。

2、根据权利要求1所述的高倍短筒望远镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器靠近物镜，但两者不接触。

3、根据权利要求1或2所述的高倍短筒望远镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器的孔径大于其后望远镜的物镜孔径。

4、根据权利要求1或2所述的高倍短筒望远镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器的板面与望远镜的光轴垂直。

5、根据权利要求3所述的高倍短筒望远镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器的板面与望远镜的光轴垂直。

6、根据权利要求1或2所述的高倍短筒望远镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器由n个相同的角扩束器组件构成面列阵，n≥2，各组件由正微透镜和负微透镜构成，正微透镜和负微透镜的焦距及其间隔应满足每一个由正微透镜和对应负微透镜构成的透镜组的整体光焦度为零；列阵中任一微透镜的中心与相邻微透镜的中心之间的距离相等。