[發明專利]一種輕量化變焦望遠眼鏡

有效

• 申請號: 202010742969.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111897122B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 李磊;陳雅妮;薛健
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G02B23/02
• 分類號: G02B23/02;G02B3/14;G02B15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種輕量化變焦望遠眼鏡，包括：驅動控制裝置、驅動器、物鏡入射面圓形反射膜、物鏡出射面環帶反射膜、目鏡入射面環帶反射膜、目鏡出射面圓形反射膜、變焦面Ⅰ、變焦面Ⅱ、變焦面Ⅲ、變焦面Ⅳ、介質Ⅰ和介質Ⅱ；該發明技術要點是：系統使用的變焦面在驅動裝置工作時曲率均可發生改變，不僅可以實現對遠距離物體的高分辨率成像，還可以連續變焦快速識別物體的微小細節；本發明采用折反混合式結構，在變焦面鍍有反射膜，光線入射到透鏡上時，透鏡變焦面上的反射膜使光路在透鏡內多次反射，減小了望遠鏡的徑向尺寸，與傳統望遠鏡相比系統更加緊湊、輕量化，填補了變焦眼鏡在望遠方面的空缺。

技術領域

本發明涉及一種望遠眼鏡，更具體地說，本發明涉及一種輕量化變焦望遠眼鏡。

背景技術

望遠鏡是進行遠距離天文或地面觀測時必不可少的工具，經過400 多年的發展已經在軍事作戰、天文觀測、野外探險、安防警用、航海巡察等方面得到廣泛使用。隨著科技的進步，人們對于望遠鏡的需求也不再局限于看的更寬、望的更遠。如何研制具有更大變倍比，更短的后工作距離，更加輕量化的變焦望遠鏡成為人們關注的重點。近些年來，隨著AR等技術的興起，將望遠鏡制作成輕量化的頭戴產品成為了新的需求，而具有自動變焦功能的自適應透鏡的出現為輕量化光學變焦提供了新思路。

傳統的變焦望遠鏡多采用光學補償的方式進行變焦設計，通常只讓物鏡、轉向系統或目鏡中的一個連續變焦，來實現系統的變倍，變倍比受到局限，變焦結構也相對復雜，不夠輕量化。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種能夠應用于頭戴式設備的輕量化、變倍比大的連續光學變焦望遠眼鏡，該發明不僅可以實現對遠距離物體的高分辨率成像，還可以連續變焦快速識別物體的微小細節，填補了變焦眼鏡在望遠方面的空缺。

本發明提出的一種輕量化變焦望遠眼鏡，如附圖1所示，包括：驅動控制裝置、驅動器、物鏡入射面圓形反射膜、物鏡出射面環帶反射膜、目鏡入射面環帶反射膜、目鏡出射面圓形反射膜、變焦面Ⅰ、變焦面Ⅱ、變焦面Ⅲ、變焦面Ⅳ、介質Ⅰ和介質Ⅱ。

本發明提出的一種輕量化變焦望遠眼鏡的工作原理如附圖2所示，系統采用折反式光路結構，這種結構結合了折射與反射可以最大限度的壓縮光程。光線首先入射到物鏡的入射面（變焦面Ⅰ）上，經過其折射進入到介質Ⅰ中；當光線到達物鏡的出射面（變焦面Ⅱ）時，由于物鏡出射面環帶反射膜反射，光路折回，光線重新回到介質Ⅰ中；光線再次到達入射面時，被物鏡入射面圓形反射膜反射再次折回，從物鏡出射面的中心區域離開進入介質Ⅱ，聚焦在光軸上形成實像；該實像點的光線在軸上繼續前進到達目鏡的入射面（變焦面Ⅲ），折射進入到介質Ⅰ中。光線到達目鏡出射面（變焦面Ⅳ）時，通過目鏡出射面圓形反射膜的反射，光線重回介質Ⅰ并被目鏡入射面環形反射膜反射，從目鏡出射面的上下離開形成平行光離開。最終，光線進入人眼經由人眼晶狀體聚焦，成像在視網膜上放大的像。當需要改變望遠放大倍率時，驅動控制裝置發出指令通過驅動器改變變焦面Ⅰ，變焦面Ⅱ，變焦面Ⅲ，變焦面Ⅳ的曲率半徑，如附圖3所示。望遠系統由開普勒式結構變為伽利略式結構，透鏡的焦距也隨之改變，入射平行光經過物鏡雙側變焦面的折射和二次反射形成的實像落在目鏡的像方焦點上，這對目鏡是一個虛像，該虛像經過目鏡的折射和二次反射最終以平行光離開，在人眼視網膜上形成放大的像，此時系統的放大率也發生了變化，實現變焦功能。在整個光線追跡的過程中，變焦望遠系統的物鏡焦距、目鏡焦距和放大率可以由下面公式給出：

其中，為介質I的折射率，為介質II的折射率，，為物鏡厚度，為目鏡厚度，、、、依次為變焦面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的曲率。由于透鏡變焦面上的反射膜使光路在透鏡內多次反射，縮短了光路，減小了望遠鏡的徑向尺寸，與傳統望遠鏡相比系統更加緊湊。

優選地，介質Ⅰ通常為柔性固體或液體，介質Ⅱ可以為氣體或者液體。

優選地，物鏡和目鏡共同驅動且驅動模式為壓電陶瓷驅動、電磁驅動或者步進電機驅動。