CN1658014A - 光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，由一插入会聚光路物镜与焦点F’之间的分光镜构成，其特征在于：所述分光镜为一反射镜，该反射镜中心有一通孔，通孔的轴线与光轴重合，并与反射镜的反射面成锐角。单独作为瞄准观察时，将有孔反射镜移出光路，通过物镜的光线全部进入到目视观察光路中，使视场内有充分亮度。当数码望远镜用于数码照相时，移入光路中，有孔反射镜将光线分为两路，一路通过反射镜中心孔，到达目镜供目视观察；另一路经孔外的反射面反射，到达影像传感器，用于数码照相。由于有孔反射镜移入和移出过程中，在物镜与目镜之间的光程(光线行经的距离称光程)不发生变化，在观察与照相切换过程中，目镜不需要重新调焦，所以是一个无光程差的分光装置。

Description

光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置
技术领域
本发明涉及望远镜、观靶镜、瞄准镜等光学成像系统会聚光路中的分光装置，具体涉及一种无光程差分光装置。该装置以无光程差分光为特征，在移出、移入光路时，无光程差，不需重新调焦，从而使目视观察和数码照相切换更加方便。
背景技术
在普通光学瞄准的望远镜中，人们直接从目镜中观察和捕捉目标。这种望远镜只能用于观察，不能照相，其光路原理见图1所示，平行光经物镜1成像在位于焦点F’的焦平面上，人眼3在目镜2中进行瞄准和观察。
为了用望远镜实现既能瞄准观察，又能照相的功能，需要在图1的焦点F’前插入一分光镜，使光线在分光面上分成二路，其中，一路透射到目镜2，用于人眼瞄准观察，而另一路反射至影像传感器7(见图3)，用于照相。图2(a)为没有插入分光镜时的光路原理图，入射平行光线通过物镜1后，会聚成像在通过焦点F’的焦平面上。图2(b)为插入分光镜时的光路原理图，图示在物镜1和焦点F’间插入一传统的立方棱镜分光镜，该分光镜由二块直角棱镜6胶合而成，在中间胶合斜面上镀有分光膜5，使光线在分光面上分成二路，一路透射，另一路反射。而加入立方棱镜分光镜后，由于分光棱镜的折射率n玻与空气的折射率n不同(一般情况下，空气的折射率n近似1，而玻璃的折射率n玻约为1.5左右)，因此在光路中，若分光镜的厚度为L，通过厚度为L玻璃的光程为L/n玻＝L/1.5＝0.67L，与不加入分光镜时的光程差Δ＝L-L/n玻＝0.33L，即像面需往后移0.33L。分光棱镜的厚度越大，光程差也越大，像面需移动的距离也越大。
数码望远镜可以利用以上分光原理来实现，即在物镜与焦点F’间插入一立方棱镜分光镜，使透过物镜的光线在分光镜分光面上分成二路，一路透射到达目镜，由人眼瞄准观察，另一路反射到光学影像传感器，用于照相，见图3所示。在立方棱镜分光镜的设置上，有两种方式，第一种是将分光镜固定在会聚光路中；第二种是采用一个移动或转动机构将分光镜安置在望远镜中，通过移入、移出光路来实现单纯观察与瞄准照相之间的功能切换。
针对现有技术，从分光镜本身来看，采用立方棱镜有以下三点不足：
1、所需尺寸大，分光面要镀分光膜，不易制作，再加精密的棱镜材料，成本高；
2、镀分光膜易产生颜色失真及光线的损耗；
3、因尺寸大，移入、移出光路时，会产生较大的光程差。
从立方棱镜分光镜的两种设置方式来看，第一种方式不论瞄准观察或照相分光镜均固定在光路中，这样透过物镜的光线就要分为二部份，分别用于瞄准观察和照相，使光能损失较大，将会影响观察和照相的效果。第二种方式在使用瞄准照相功能时需将分光镜移入光路，而在使用单纯观察功能时可将分光镜移出光路。这样虽能减少光能损失，使单纯观察变得更加清楚，但由于分光镜的移入，移出，在目视观察光路中产生的光程差，又使目镜需要重新调焦。显然两种方式均存在明显缺陷。
发明内容
本发明提出了一种光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其目的是使分光镜在会聚光路中移入、移出切换时无光程差，从而避免目镜重新调焦。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，由一插入会聚光路物镜与焦点F’之间的分光镜构成，所述分光镜为一反射镜，该反射镜中心有一通孔，通孔的轴线与光轴重合，并与反射镜的反射面成锐角。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，为了简化结构，所述反射镜通孔的轴线与反射面成45°角。
2、上述方案中，所述反射镜可以由平板镜片构成，其反射面镀有全反射膜。平板镜片可以由玻璃或其它材料构成。
3、上述方案中，所述反射镜由一移动或转动机构支撑，并在移入和移出光路两种工作状态之间进行切换，以此实现单纯观察和瞄准照相两种功能。也可以将反射镜固定设置在光路中。
4、关于反射镜中心通孔的孔径d尺寸，应根据目视和照相对亮度的不同要求，按照孔的面积和物镜成像光束在反射镜上所截光斑面积之比确定，选择合适比例，一般在5％～30％范围内，较好的可取10％左右。
本发明工作原理是：将中心有孔反射镜移入光路，见图6(a)所示，光路中心部分的光线通过中心孔，到达焦面，见图中的阴影部分。其余大部分光线，由反射镜中心孔外的光斑反射面反射，构成另一路光线，见图6(b)所示阴影部分。从图6(a)与图6(b)的比较可以看出，两路光线从分光面到达像面的距离相等，即L1＝L2。当单独用于目视瞄准观察时，将反射镜移出光路，此时通过物镜的光线不受反射镜中心孔限制，全部成像在目镜视场内，能够获得足够的亮度。当用于照相时，将中心有孔的反射镜移入光路，此时，光线分成两部分，通过中心孔部分的光线成像在目镜视场，用于目视观察，其余部分光线经反射面反射，有90％左右的光能射到影像传感器，有足够的光能用于照相。在中心有孔反射镜移入和移出光路的整个过程中，目视光路中的光程都一样，没有变化，不产生光程差，因而是一个无光程差的分光系统。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明分光镜易生产、只要一块中间有孔的平板玻璃，一面镀全反射膜即可进行光路分光；
2、本发明分光镜只镀全反射膜，不产生分光颜色失真；
3、本发明分光镜移入、移出光路时，不产生光程差，目视观察时不需要重新调焦。
附图说明
附图1为望远镜光路原理图；
附图2(a)为现有移出分光镜时的望远镜光路原理图；
附图2(b)为现有移入分光镜时的望远镜光路原理图；
附图3为数码望远镜原理图；
附图4为本发明有孔反射镜剖视图；
附图5为图4的左视图；
附图6(a)为本发明无光程差分光原理图(一)；
附图6(b)为本发明无光程差分光原理图(二)；
附图7为本发明用于望远镜式数码望远镜时光路原理图；
附图8为图7中的A向分光光束分布图。
以上附图中，1、物镜；2、目镜；3、人眼；4、光程差；5、分光膜；6、直角棱镜；7、影像传感器；8、反射镜；9、通孔；10、全反射膜；11、反射光束截面；12、光轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见图7所示，一种用于数码望远镜的无光程差分光装置，由一插入会聚光路物镜1与焦点F’之间的分光镜构成，所述分光镜为一反射镜8，见图4和图5所示，该反射镜8中心有一通孔9，通孔9的轴线与光轴12重合，并与反射镜8的反射面成45°角。反射镜8由平板玻璃构成，其反射面镀有全反射膜10(见图4)。反射镜中心通孔9的孔径d尺寸，按照孔的面积和物镜成像光束在分光镜上所截光斑面积之比确定，选择合适比例，一般可取10％左右。为了使数码望远镜同时具有单独观察和瞄准照相两种功能，反射镜8由一移动或转动机构支撑，并在移入和移出光路两种工作状态之间进行切换。当单独用于目视瞄准观察时，通过移动或转动机构将反射镜8移出光路，此时通过物镜1的光线不受反射镜8中心通孔9的限制，全部成像在目镜2视场内，能够获得足够的亮度，见图1所示。当用于照相时，将中心有通孔9的反射镜8移入光路，此时，光线分成两部分，通过中心通孔9部分的光线成像在目镜2视场，用于目视观察，见图6(a)中的阴影部分；其余部分光线经反射面反射，有90％左右的光能射到影像传感器7，有足够的光能用于照相，见图6(b)中的阴影部分。在中心有通孔9的反射镜8移入和移出光路的整个过程中，目视观察光路的光程不发生变化。
图8为图7中的A向分光光束分布图，图中阴影部分表示反射光束截面11。
本发明除了用于数码望远镜外，也能用于其它类似的会聚光路中，达到分光切换时无光程差的目的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，由一插入会聚光路物镜与焦点F’之间的分光镜构成，其特征在于：所述分光镜为一反射镜，该反射镜中心有一通孔，通孔的轴线与光轴重合，并与反射镜的反射面成角度。
2、根据权利要求1所述的光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其特征在于：所述反射镜通孔的轴线与反射面成45°角。
3、根据权利要求1或2所述的光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其特征在于：所述反射镜由平板镜片构成，其反射面镀有全反射膜。
4、根据权利要求1或2所述的光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其特征在于：所述反射镜中心通孔的孔径d尺寸，以孔的面积与物镜成像光束在反射镜上所截光斑面积之比在5％～30％范围内确定。
5、根据权利要求1所述的光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其特征在于：所述反射镜由一移动或转动机构支撑，并在移入和移出光路两种工作状态之间进行切换。
6、根据权利要求1所述的光学成像系统会聚光路中的无光程差分光装置，其特征在于：所述反射镜固定设置在光路中。
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