專利名稱：扁形望遠(yuǎn)鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以微透鏡元陣列型的物鏡和目鏡替代普通的單透鏡物鏡和目鏡的方法來(lái)制作扁形望遠(yuǎn)鏡。屬應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域。
至今使用的望遠(yuǎn)鏡都呈筒形(下簡(jiǎn)稱其為普通望遠(yuǎn)鏡)，即使是小型望遠(yuǎn)鏡，人們?cè)谑褂脮r(shí)都需用手把持。其實(shí)，在很多使用望遠(yuǎn)鏡的場(chǎng)合，如觀球、觀演出、旅游及軍用等，人們渴望有體積大大減小及重量大大減輕的望遠(yuǎn)鏡，如能制成眼鏡式，最為理想。普通望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)限制了其體積的進(jìn)一步減小及重量的進(jìn)一步減輕。如所周知，普通望遠(yuǎn)鏡是共軸的且焦點(diǎn)近于重合的單透鏡物鏡和目鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，

圖1示出伽利略(Galileo)望遠(yuǎn)鏡的例子，由該圖易證明物點(diǎn)P(s，h)的經(jīng)系統(tǒng)作用形成的虛象P′(s′，h′)位置為s′=(f2／f1)2s+(f1-f2)f2／f1(1b)h＇=(f2／f1)h(1a)由物點(diǎn)發(fā)出的入射至物鏡上r處的入射線的入射角ar及經(jīng)系統(tǒng)作用后的出射角br分別為tg ar=(r+h)／s (2a)tg br=(f1／f2)tg ar(2b)此處的物距s及s′分別相對(duì)于物鏡和目鏡。顯然，使用望遠(yuǎn)鏡的場(chǎng)合總符合條件s＞f1、f2、r。(2)式表明，保證一定的放大率(f1／f2)的前提下，望遠(yuǎn)鏡的筒長(zhǎng)基本上決定于物鏡焦距f1，欲縮短筒長(zhǎng)，就需減小f1，但過(guò)分減小f1，必過(guò)分減小入射孔徑，從而導(dǎo)致虛象的亮度過(guò)弱。
本發(fā)明指出，以相應(yīng)的微透鏡元陣列型物鏡和目鏡替代普通的單透鏡物鏡和目鏡，就可制成扁形望遠(yuǎn)鏡。
圖2給出了這種新型望遠(yuǎn)鏡的示意圖，分別作為物鏡和目鏡的兩微透鏡元陣列上的微透鏡元的焦距分別為f1及f2，兩者上的微透鏡元的分布應(yīng)相同，陣列中相鄰微透鏡間距為K。兩者應(yīng)共軸，焦點(diǎn)近于重合。如圖所示，物點(diǎn)P(s，h)射至第n微透鏡元中心的入射線的入射角acn為tg acn=(h+nK)／sn=...-1，0，1，... (3)相應(yīng)出射線的出射角bcn及出射點(diǎn)位置Hcn(指該點(diǎn)至主軸的距離)為tg bcn=(f1／f2)tg acn=(f1／f2)(h+nk)／s (4a)Hcn=nK+(f1-f2)tg acn=nK+(f1-f2)(h+nK)／s (4b)可欣喜地發(fā)現(xiàn)這些線的延長(zhǎng)線會(huì)聚于P′c(s″，h″)點(diǎn)，h″=h (5a)s″=f2(s+f1-f2)／f1≈(f2／f1)s(5b)P′c(s″，h″)不會(huì)是其余出射線延長(zhǎng)線的會(huì)聚點(diǎn)，如(1)所示，目鏡上第n個(gè)微透鏡元上的所有出射線延長(zhǎng)線應(yīng)會(huì)聚于P″n(s′n′h′n′)s′n=(f2／f1)2s+f2(f1-f2)／f1≈(f2-f1)2s (6a)h′n=(f2／f1)(h+nK) (6b)這些線會(huì)聚于P′n(s′n′h′n′)后將散開(kāi)，在P′c(s″，h″)所在的象平面s″=(f2／f1)s上形成的是P′c(s″，h″)處在其中的一個(gè)面積約為微透鏡元面積[(f1／f2)-1]倍的象斑，可是，只要微透鏡元孔徑做得足夠小，則此象斑就很接近于可視為是一個(gè)象點(diǎn)。
以上分析表明，只要微透鏡元孔徑足夠小，這種由微透鏡元陣列型物鏡和目鏡組成的新型望遠(yuǎn)鏡中觀察到的虛像有兩大部分一是由各單個(gè)微透鏡元組(n=...-1，0，1...)形成的象點(diǎn)由(2)式確定的系列虛象，因微透鏡元孔徑很小，這些虛象亮度很弱；另一是由微透鏡元陣列總體效應(yīng)形成的象點(diǎn)由(5)式確定的虛象，此虛象比前一系列虛象亮得多，設(shè)陣列共含N個(gè)微透鏡元，則亮度比約為N，因N一般很大，故實(shí)際觀察中，那些單個(gè)微透鏡元組形成的系列虛象會(huì)暗淡得幾乎看不見(jiàn)。因此，用本新型望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，其效果如(5)式所示，相當(dāng)于把物由物距s處移近至s″=(f2／f1)s處再用眼直接觀察，放大率為物鏡上微透鏡元焦距f1與目鏡上微透鏡元焦距f2之比。選用小的微透鏡元焦距而又保證足夠的入射光通，是本發(fā)明的要點(diǎn)。
據(jù)此，可設(shè)計(jì)制作眼鏡式望遠(yuǎn)鏡，例如，若取f2=2mm，f1=1cm，則放大率為5，物鏡和目鏡間距僅為8mm。當(dāng)然，既然制作成眼鏡式，還需盡量減輕重量。
類似于普通望遠(yuǎn)鏡，本新型望遠(yuǎn)鏡中的物鏡和目間間距也應(yīng)是可微調(diào)的。
本新型望遠(yuǎn)鏡所用的微透鏡元陣列，包括折射式光學(xué)透鏡(即常見(jiàn)的光學(xué)透鏡)型及消色差衍射光學(xué)元件型。
以上論證亦適用于開(kāi)普勒(Kepler)望遠(yuǎn)鏡。
附圖二幅，說(shuō)明如下圖1傳統(tǒng)伽利略望遠(yuǎn)鏡示意圖。
圖2采用微透鏡元陣列型物鏡和目鏡的伽利略望遠(yuǎn)鏡示意圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明“扁形望遠(yuǎn)鏡”由微透鏡元陣列型物鏡和目鏡組成，與普通望遠(yuǎn)鏡相比，其特征是取用適當(dāng)?shù)奈⑼哥R元陣列型物鏡和目鏡替代普通望遠(yuǎn)鏡中的單透鏡物鏡和目鏡。
2.權(quán)項(xiàng)1中所述的微透鏡元陣列，包括折射式光學(xué)透鏡(即常見(jiàn)的光學(xué)透鏡)型及消色差衍射光學(xué)元件型。
全文摘要
發(fā)明了制作扁形望遠(yuǎn)鏡的方法。屬應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域。關(guān)鍵是以微透元陣列型物鏡和目鏡替代單透鏡物鏡和目鏡,發(fā)現(xiàn)只要微透鏡元孔徑足夠小,則從這種新型望遠(yuǎn)鏡目鏡上觀察到的,主要是一個(gè)亮度強(qiáng)得多的由陣列總體效應(yīng)形成的虛像,放大率由物鏡上微透鏡元與目鏡上微透鏡元的焦距比確定,而那些預(yù)料中必存在的由單個(gè)微透鏡元組形成的系列虛像亮度很小,暗到幾乎看不見(jiàn)。這種新型望遠(yuǎn)鏡的好處,一是微透鏡元的焦距是可以很小的,這使新型望遠(yuǎn)鏡可以做得相當(dāng)薄,二是仍可保證觀察所需的足夠的入射光通量,這就為制作眼鏡式望遠(yuǎn)鏡提供了保證。
文檔編號(hào)G02B23/00GK1292502SQ9910994
公開(kāi)日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者楊楚良, 唐惟瑯, 楊軍, 楊剛 申請(qǐng)人:楊楚良