具有可調整光闌的雙放大率雙筒望遠鏡的制作方法

專利名稱：具有可調整光闌的雙放大率雙筒望遠鏡的制作方法
對具有關的臨時專利申請的交叉參考本專利申請根據USC35§119(e)的規定提出對于2001年12月26日提交的美國臨時專利申請60/343,662優先權要求。該臨時專利申請的內容已在本文中被全面引用。
本發明領域本發明涉及雙放大率雙筒望遠鏡，尤其是，下文中將闡述，涉及一種具有可調整的光闌因而具有基本上恒定的亮度的雙放大率雙筒望遠鏡。
本發明背景授予Ellis I.Betensky的美國專利5371,626、5,500,769、5,532,875以及5,499,140揭示了一種具有一個用于在望遠鏡的低放大率(視野較寬)與高放大率(視野較窄)之間進行快速轉換的結構的雙放大率雙筒望遠鏡，本文將引用這些專利的內容。在下文中，本發明的說明將結合這些專利的那種基本結構即具有固定的和可運動的部件的雙筒望遠鏡進行。應該理解，本發明也適用于具有其它結構的雙放大率望遠鏡。
在一個具有不可調孔徑光闌(aperture stop)(例如孔徑光闌是由望遠鏡的物鏡所限定)的雙放大率雙筒望遠鏡被從其低放大率位置(例如5X位置)轉換到其高放大率位置(例如10X位置)時，望遠鏡的出射光瞳的直徑將發生很大變化，因而使用者看見的圖像的亮度也發生變化。具體地說，望遠鏡的出射光瞳的尺寸將減小一個等于低放大率對高放大率之比的量。
例如，下文將圖示說明，按照本發明的某些方面，出射光瞳的直徑可保持在一個3mm或更小一些的數值，以便得到高質量的圖像而又不必用過分復雜因而昂貴的光學系統。如果一個具有不可調孔徑光闌的雙筒望遠鏡在其低放大率位置具有這樣一個出射光瞳，那么在其高放大率位置其出射光瞳直徑僅為1.5mm，就是2∶1(例如10X對5X)的雙放大率雙筒望遠鏡。對使用者來說，出射光瞳的尺寸的減小及其造成的亮度的降低是明顯的，也是很討厭的，尤其是，在能夠在其兩個放大率之間快速轉換的雙放大率雙筒望遠鏡(這是較佳的)中，這種情況尤其明顯。相比之下，那種可變焦距望遠鏡在其放大率調整范圍內的運動相對較慢，因而對使用者來說，其亮度隨放大率增大的降低不明顯因而也不那么令人討厭。
換一種方式來看，可以針對高放大率位置選擇出射光瞳的尺寸，并允許它在低放大率位置變得較大。但是就低成本雙筒望遠鏡而言，這將是一個問題，因為在出射光瞳尺寸增大時很難在低放大率位置校正像差。解決這一問題的一個辦法是在高放大率位置用小的出射光瞳，例如像上述那樣的直徑為1.5mm的出射光瞳。但是，這種變通的作法不是很有吸引力，因為這樣的望遠鏡在高放大率位置時在較暗的光線中的性能將不好，而且在低和高放大率之間亮度的變化對使用者來說也將很明顯。
本發明致力于解決雙放大率雙筒望遠鏡的低和高放大率之間的這一亮度差異問題，并且提供一種既能解決這一問題又容易以低成本大批量制造的光學機械系統。
本發明概述按照本發明的第一方面，本發明提供一種可以傳輸光線并具有第一和第二兩個設定點(setting)的光學系統，第一設定點提供放大率M1，而第二設定點提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述系統的出射光瞳的直徑對于第一設定點為D1，而對于第二設定點為D2；(iii)D2和D1大致相同(即1.0＜D1/D2＜1.5)；以及(iv)第一和第二設定點是這種光學系統的僅有的停靠位置(rest position)。
按照本發明的第二方面，本發明提供一種可以傳輸光線并具有第一和第二兩個設定點的光學系統，第一設定點提供放大率M1，而第二設定點提供放大率M2，其中
(i)M2/M1＞1.0；(ii)第一和第二設定點是這種光學系統的僅有的停靠位置；以及(iii)該光學系統包括一個兩位置孔徑光闌(two position aperture stop)，該孔徑光闌在所述系統處于第一設定點時比在所述系統處于第二設定點時限制更多的光線。
在本發明的這一方面的幾個較佳實施例中，光學系統包括一個物鏡和一個目鏡，兩位置孔徑光闌是在物鏡與目鏡之間，并且它離物鏡更近。
按照本發明的第三方面，本發明提供一種可傳輸光線的光學系統，該系統包括(a)具有一個光圈的光圈組件(aperture assembly)，該光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位該光圈限制光學系統傳輸的光線的量(限制光線方位)，而在其中另一個方位該光圈不限制光學系統傳輸的光線的量(非限制光線方位)；(b)一個第一機構，該機構用于使該光圈組件在限制光線方位與非限制光線方位之間運動，該第一機構具有一個運動路徑，該路徑包括對應于限制光線方位的第一停靠位置和對應于非限制光線方位的第二停靠位置；(c)一個第二機構，該機構具有一個彈簧，該彈簧(1)被構造成能把第一機構偏壓于第一停靠位置或者偏壓于第二停靠位置；(2)一旦第一機構沿著其運動路徑運動超過了一個第一位置就使第一機構自動地轉換到所述第一停靠位置；(3)一旦第一機構沿著其運動路徑運動超過了一個第二位置就使所述第一機構自動地轉換到所述第二停靠位置；以及(d)一個第三機構(例如扳鈕開關17、力傳遞構件62和光圈71)，該機構被構造成(i)在第一機構處在其第一停靠位置時可使第一機構在第一停靠位置與所述第二位置之間運動；以及(ii)在第一機構處在其第二停靠位置時可使第一機構在第二停靠位置與所述第一位置之間運動。
按照本發明的第四方面，本發明提供一種可傳輸光線的光學系統，該系統包括
(a)傳輸光線的透鏡組件(例如物鏡19)；(b)一個用于移動透鏡組件以使光學系統聚焦的聚焦系統；(c)一個接收來自透鏡組件的光線的光圈組件，該光圈組件包括一個具有兩個方位的光圈，在其中一個方位該光圈限制光線傳輸(限制光線方位)，而在另一個方位光圈不限制光線傳輸(非限制光線方位)；以及(d)用于在兩個方位之間轉換光圈組件的光圈驅動機構(例如本發明的第三方面的第一、第二和第三機構)；其中，在聚焦系統使透鏡組件運動時它也使光圈組件運動，但不改變光圈組件的方位。
在本發明的這一方面的幾個較佳實施例中，光圈驅動機構包括一個可運動的構件(例如構件41)，該構件允許光圈組件在聚焦系統使透鏡組件和光圈組件運動的過程中保持其方位。
在另幾個較佳實施例中，光圈組件包括至少一個長槽(例如長槽53)，并且可運動的構件包括至少一個在該至少一個長槽內運動的銷子(例如銷子55)。
在再幾個較佳實施例中，該光學系統還包括一個筒殼(例如物鏡筒殼29)，該筒殼包括至少一個斜面(例如斜面57)，該斜面接觸于可運動的構件(例如接觸于構件41的銷子55)并引導該構件，以便在光圈驅動機構在兩個方位之間轉換光圈組件的過程中使光圈組件從非限制光線方位運動到限制光線方位。
按照本發明的第五方面，本發明提供一種可傳輸光線的光學系統，該系統包括(a)一個包括一個光圈的光圈組件，該光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位光圈限制光學系統傳輸的光線的量(限制光線方位)，而在其中另一個方位光圈不限制光學系統傳輸的光線的量(非限制光線方位)；以及(b)一個用于使該光圈組件在兩個方位之間轉換的光圈驅動機構(例如本發明的第三方面的第一、第二、和第三機構)，該機構包括一個彈簧(例如扭力彈簧59)，在光圈組件處在限制光線方位時該彈簧把光圈組件偏壓于所述限制光線方位，而在光圈組件處在非限制光線方位時該彈簧把光圈組件偏壓于所述非限制光線方位。
按照本發明的第六方面，本發明提供一種可傳輸光線的光學系統，該系統包括(a)一個包括一個光圈的光圈組件，該光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位光圈限制光學系統傳輸的光線的量(限制光線方位)，而在其中另一個方位光圈不限制光學系統傳輸的光線的量(非限制光線方位)；(b)一個用于使光圈組件在所述兩個方位之間轉換的光圈驅動機構(例如本發明的第三方面的第一、第二、和第三機構)，該光圈驅動機構具有對應于限制光線方位的第一停靠位置和對應于非限制光線方位的第二停靠位置；以及(c)一個包括至少一個斜面(例如斜面57)的筒殼(例如物鏡筒殼29)，該斜面接觸于光圈驅動機構，以便在所述光圈驅動機構從其第二停靠位置向其第一停靠位置運動的過程中把光圈組件從非限制光線方位引導到限制光線方位。
在本發明的這一方面的幾個較佳實施例中，該斜面是階梯形的。
按照本發明的第七方面，本發明提供一種可傳輸光線的光學系統，該系統具有一個出射光瞳并且包括(a)傳輸光線的透鏡組件(例如物鏡19)；(b)一個用于使透鏡組件移動以使該光學系統聚焦的聚焦系統；以及(c)一個接收來自透鏡組件的光線的光圈組件，該光圈組件具有兩個設定點，在這兩個設定點該光圈組件對光學系統傳輸的光線的限制量不同；其中，在聚焦系統使透鏡組件運動時它也使光圈組件運動，以使得在聚焦過程中該光學系統的出射光瞳的尺寸基本上保持恒定。
按照本發明的第八方面，本發明提供一種用于使光學系統在一個較低的放大率設定點與一個較高的放大率設定點之間進行轉換的方法，該方法包括(a)提供一個具有對應于較低的放大率設定點的第一停靠位置和對應于較高的放大率設定點的第二停靠位置的轉換機構，該轉換機構具有在第一停靠位置與第二停靠位置之間的運動路徑；以及(b)一旦該轉換機構沿著其運動路徑運動超過了一個第一位置該轉換機構就自動轉換到所述第一停靠位置，以及，一旦該轉換機構沿著其運動路徑運動超過了一個第二位置該轉換機構就自動轉換到所述第二停靠位置。
在本發明的這一方面的幾個較佳實施例中，自動轉換是由一個扭力彈簧(例如跨越彈簧73)促成的。
按照本發明的上述各個方面中的每一方面，這種光學系統較佳地具有兩個放大率(M1和M2)以及兩個對應的出射光瞳直徑(D1和D2)，它們滿足至少下列關系之一并且最好是滿足所有下列關系M2/M1＞1.5；和/或(D1·M1)/(D2·M2)＜1.0；和/或(D1·M1)/(D2·M2)＜0.75。
例如，對于下面提出的規定，M2/M1近似為2(例如為1.9)，以及(D1·M1)/(D2·M2)近似為0.6(例如為0.63)。
本發明的各個方面的上述概要中括號內的附加說明只是為了便于讀者的理解，而不能被認為是也不應該被解釋為限制本發明的范圍。更一般地說，應該理解，以上本發明的概述和下面本發明的詳細說明都只是示例性的，應該被認為是為理解本發明的特性和性質提供了概要或框架。而且，還應該理解，本發明的上述各個方面，包括它們的各較佳實施例，如果愿意，可以單獨應用，也可以幾個方面或將所有各方面組合起來應用。
本發明的其它特點和優點將在下面的詳細說明中闡述，對于熟悉本技術領域的人，很容易從詳細說明中理解并在實踐本發明中認識到這些特點和優點。給出的附圖有助于進一步理解本發明，這些附圖構成本說明書的一部分。
附圖簡要說明

圖1A和1B是按照本發明構造的光學系統的示意性側視圖，它們分別表示光學系統處于其低和高放大率位置。這一實施例在目鏡部件21中采用一個消球差透鏡表面。
圖2A和2B是按照本發明構造的光學系統的示意性側視圖，它們分別表示光學系統處于其低和高放大率位置。這一實施例只采用球面透鏡表面。
圖3是按照本發明構造的一個雙筒望遠鏡的立體視圖。
圖4-10是表示圖3的雙筒望遠鏡的機械方面的結構。在這些圖中，為了表示得清楚，已經去掉了望遠鏡的對于理解圖示的機構是沒有必要的那些構成部件。并且，除圖3，4和9之外，只表示出望遠鏡一側的部件(例如只表示出一個鏡筒)，這也是為了表示清楚起見。應該理解各圖所示的功能和結構適用于望遠鏡的兩個鏡筒，并且兩個鏡筒的功能和動作是同步的。具體地說，圖5-8和10中所示的鏡筒在使用中將是位于使用者的右手邊。
圖4是一個聚焦機構的立體圖。
圖5A和5C是物鏡筒殼的剖面圖，而圖5B是其立體圖，它裝有一個可運動的光圈組件和一個物鏡(例如一個物鏡組)。
圖6A和6B分別是表示圖5的可運動光圈組件的限制光線方位和非限制光線方位的剖面圖，這里的方位是相對于物鏡筒殼而言，兩個方位分別用于望遠鏡的低放大率設定點(圖6A)和高放大率設定點(圖6B)。
圖7A和7B是用于驅動可運動的光圈組件的驅動系統的第一機構(第一機械機構)的立體圖，該機構分別處于其低放大率停靠位置(圖7A)和高放大率停靠位置(圖7B)。
圖8A和8B是用于驅動可運動光圈組件的驅動系統的第二機構(第二機械機構)的立體圖，該機構分別處于其低放大率停靠位置(圖8A)和高放大率停靠位置(圖8B)。圖8C是第二機構處于其高放大率停靠位置的端視圖。這些圖中表示出第二機構使用了一個可運動的跨越彈簧。
圖9A和9B表示出用于驅動可運動的光圈組件的驅動系統的第三機構(第三機械機構)，該機構分別處于其低放大率停靠位置(圖9A)和高放大率停靠位置(圖9B)。
圖10A和10B表示出在為了使望遠鏡聚焦而使物鏡筒殼運動的過程中，相對于光學系統的物鏡可運動的光圈組件的保持其限制光線方位及其位置的能力。這一方位和位置的保持是重要的，因為它可以避免在望遠鏡在其低放大率設定點聚焦時圖像亮度的變化。圖10A表示出物鏡筒殼處在適于對一個遠目標進行聚焦的位置，而圖10B表示出對一個近目標進行聚焦時筒殼的位置。在這兩個圖中可以看出，圖10A中的物鏡筒殼和望遠鏡的目鏡之間的距離比圖10B中的小。在這兩個位置，可運動的光圈組件都保持與物鏡筒殼的遮光圈(diaphragm)接觸。
圖11A和11B表示出可調整的孔徑光闌，尤其是兩個位置的孔徑光闌的另一實施例，分別表示出其處于低放大率(圖11A)和高放大率(圖11B)狀態。
在以上各圖中，用類似的標號標示類似的或對應的零件。各個元件和對應的標號列于表3。
本發明的詳細說明A.光學方面前已指出，本發明致力于解決雙方大率望遠鏡在其高和低放大率設定點之間轉換時的亮度變化問題。具體說，本發明提供的光學系統的出射光瞳的尺寸(直徑)在兩個放大放大率設定點幾乎是相同的，例如，最大的出射光瞳與最小的出射光瞳之比較佳地是小于1.5，更佳地是小于1.4，最佳地是小于1.3，例如是大約1.2。
按照本發明，這一目的是通過減小光學系統在低放大率設定點處的光圈來實現。只能在兩個位置可以這樣作。其中之一是在出射光瞳處，但這是不實際的，因為使用者需要把他的眼睛放在出射光瞳處。雖然使用者的眼睛在明亮的光線中將使系統的光圈縮小，但是望遠鏡也常常在昏暗的光線中使用，它應該在明亮的光線中使用時和在較暗的條件下使用時都能給出極好的圖像質量。
另一個可用于縮小光圈的位置是在與出射光瞳共軛的平面處。對于低放大率位置和上述Betensky的專利中揭示的那種型式的望遠鏡，這一平面是在靠近物鏡處，并且其位置隨著放大率改變到高放大率位置變化相當大(向目鏡移動)。而且，對于Betensky的專利的大多數規定，在處于低放大率方式時這一平面位于物鏡之前好大距離處。用于縮小光圈這是一個不可取的位置，因為它會使光學系統不必要地加長。
因此，本發明的雙放大率雙筒望遠鏡的特點之一是對于其低放大率位置，望遠鏡具有一個有意放在物鏡的后面很近處的光闌。具體地說，這一孔徑光闌的位置是被限定在物鏡的后面(即在物鏡的出射光瞳那一側)，之所以能夠這樣做，是因為用透鏡設計程序，諸如美國亞利桑那州Tucson市的Focus Software公司銷售的ZEMAX程序，把透鏡最佳化了。
以這一限定為條件，位于這一光闌后面的各光學部件應該選擇和定位成能確保在望遠鏡處于低放大率位置時這一光闌平面與出射光瞳互相共軛。如果這一條件得不到滿足，在縮小光學系統的光圈以控制低放大率下的出射光瞳直徑時將發生嚴重的圖像模糊。
除減小光學系統的總長度之外，在系統中用可調的孔徑光闌而不是用不可調的孔徑光闌，特別是把望遠鏡的物鏡作為孔徑光闌，這些作法都使得可以采用更大的物鏡。考慮一下用于3mm的出射光瞳直徑的物鏡的尺寸就能明白這一點。對于作為非可調孔徑光闌的望遠鏡物鏡和5X的低放大率，3mm的出射光瞳直徑對應于直徑15mm的物鏡。相比之下，如下面給出的各例子所示，本發明的具有可調孔徑光闌的的望遠鏡可以具有直徑達例如25mm的物鏡。這一直徑可用在高放大率位置并可使這一方式下的圖像亮度最大化，在昏暗的光線(例如陰暗的天氣)條件下這是特別重要的。在低放大率位置，物鏡的實際直徑比其全直徑(full diameter)小，但是由于在這一位置由可變的孔徑光闌所建立的出射光瞳的直徑為3mm，所以即使在昏暗的光線條件下使用者看到的圖像也是很亮的。當然，在本發明的實際應用中，也可以用直徑大于或小于25mm的物鏡。
圖1表示出按照本發明構造的雙放大率雙筒望遠鏡的較佳形式。具體地說，圖1A表示出光學系統處于其低放大率位置，而圖1B表示出光學系統處于其高放大率位置。用于具有圖1所示結構的兩個實施例的ZEMAX格式的對應規定列出于表1-1和表1-2。圖2和表2表示出另一實施例，其中全部透鏡都是球面的。表1-1、表1-2和表2中全部尺寸都是毫米。可以認為表1-2的規定是當前用于本發明的雙放大率雙筒望遠鏡的較佳規定。
表1-1、表1-2和表2的規定假定了一個12毫米的眼球凸度(eye relief)，并且把在低放大率位置的出射光瞳限制為3毫米。下面將會詳細討論，在功能上，高放大率位置處的出射光瞳的直徑是由物鏡的未受遮擋的孔徑來確定并且是大約2.5mm。這樣，最大出射光瞳的尺寸與最小出射光瞳的尺寸的比值是1.2。在這些規定中標有STO的表面是在光闌位置的一個傍軸透鏡，用于表1-1和表2的焦距長度是18.75mm，而用于表1-2的焦距長度是10mm。在這些規定中包括了對使用者眼睛的光學系統的仿真。
應該注意到本發明的望遠鏡，以表1-1、1-2和2中的規定為例，在位于望遠鏡的目鏡透鏡組的物體側的每一透鏡組中最好采用顏色校正(colorcorrection)。這可以作出一個對放大率的變化不太敏感的全面平衡設計。具體地說，望遠鏡最好用一個雙合透鏡(doublet)作為用以改變望遠鏡的放大率的運動鏡頭組。如表1-1和1-2的規定所示，望遠鏡的目鏡透鏡組最好包括一個在用例如PMMA塑料制造的透鏡元件上的非球表面。或者，如表2的規定所示，光學系統可以完全用球表面的透鏡。一般地說，用至少一個非球表面是較佳的。非球表面可以是表1-1和1-2中所示的錐面，也可以是所需要的一般非球表面。
總括地說，本發明的望遠鏡用最少的透鏡元件達到了極好的光學性能，例如，對于表1-1和1-2的實施例，總共只用8個透鏡元件，其中6個元件構成雙合透鏡，這種透鏡很便于裝配進加工完成的望遠鏡內。作為比較，一個固定焦距望遠鏡具有至少5個透鏡元件，因此可以認為，本發明的較佳實施例的望遠鏡只增加了3個透鏡元件就實現了雙放大率。
通過在本發明的望遠鏡中采用一個或多個衍射表面還可以制成元件更少的雙放大率雙筒望遠鏡。例如，可以用一個具有衍射作用的正像元件(positiveelement)替換物鏡的雙合透鏡，衍射作用成形在或施加于該元件的表面之一上。對這一光學系統的其余的(甚至是全部)雙合透鏡可以進行類似的替換。沿著同一思路，目鏡透鏡組的兩個透鏡元件可以用具有非球表面和衍射表面的一單個元件替換。的確，衍射表面本身可以起非球表面的作用，因此，目鏡透鏡組可以由一個其一側具有衍射表面而另一側具有衍射/非球表面的單個元件構成。
對于表1-1的規定為低和高放大率位置計算的孔徑光闌的位置(5，6)分別示于圖1A和1B。在每一情況中，孔徑光闌都是定位于與系統的出射光瞳共軛的平面處。圖1的兩個圖形的比較表明，共軛于出射光瞳的平面基本上在兩個放大率位置之間移動。
重要的是，應注意到對于低放大率位置，只需要一個實體實體的孔徑光闌處于與出射光瞳共軛的平面的位置。這是因為按照本發明，對于高放大率位置，物鏡(或它的安裝環)起著孔徑光闌的作用。特別是，為了避免物鏡過大，物鏡的無遮擋孔徑可選擇為比需要的小，以避免偏離軸線的光線的模糊成像。這可以做到而又不會產生暗淡的圖形，因為對于高放大率位置，視野是較小的，因而以大的錐角進入物鏡的光線的量也是很小的。對物鏡采用減小尺寸的無遮擋孔徑可以限制可穿過系統的軸向光束的尺寸，這樣就使物鏡起到一個孔徑光闌的作用。
因為本發明的望遠鏡只對低放大率位置在共軛于出射光瞳的平面的位置采用一個實體的孔徑光闌，所以這種望遠鏡的總體結構可以簡化，這是本發明的一個重要優點。而且，這一實體的孔徑光闌本身可以具有簡化的結構，因為它只需要在望遠鏡處于低放大率位置時存在而到望遠鏡處于高放大率位置時它不存在即可。特別是，這種實體的孔徑光闌不需要具有多個設定值的可變光闌，這可以降低望遠鏡的成本。雖然最好是用一個構造盡可能簡單的實體的孔徑光闌，但是如果需要，在本發明的實際應用中也可以用較復雜的構造。
用在本發明的實際應用中的適當的光圈機構(aperture mechanism)的例子結合本發明的機械方面的討論在下文闡述。
歸納一下本發明的光學方面，如上述所表明，光學方面的各較佳實施例的優點包括(1)通過對低放大率位置采用可以在這一放大率下限制出射光瞳的尺寸的一個實體的孔徑光闌，在高放大率和低放大率下都具有極好的光學性能；(2)可以采用機械結構比復雜且笨重的可變光圈遮光圈簡單得多的孔徑光闌，這可以減小望遠鏡的尺寸和降低其成本；(3)與用物鏡作為不可調孔徑光闌的對應的雙筒望遠鏡相比，本發明的望遠鏡的物鏡較大；以及(4)在望遠鏡在其低和高放大率之間轉換過程中圖像的亮度保持相對穩定。
B.機械方面用于產生可調孔徑光闌的特別可取的各種機構示于圖3-10。概括地說，這些圖表示出一個可調孔徑光闌，它包括一個實體的孔徑光闌，這個實體的孔徑光闌具有一個恒定的直徑并且可被移入和移出傳輸光線的光學系統的光路，這樣，這個系統的光圈就可被調整。這些圖表示出本發明的機械方面如何應用于望遠鏡系統，應該理解，這些機械方面可以應用于各種傳輸光線的其他光學系統中。
圖3表示出按照本發明構造的望遠鏡13的外部結構。望遠鏡13具有由過橋11連接起來的兩個鏡筒9。過橋上的拇指轉輪15用于調整望遠鏡的焦距，而扳鈕開關17用于在低放大率設定點與高放大率設定點之間改變望遠鏡的放大率。每一鏡筒都具有裝在其一端的物鏡19和裝在其另一端目鏡21。與常規的結構一樣，兩個目鏡之一包括一個瞄準器調整環23。
雖然扳鈕開關17是表示在過橋11的頂面上，但是這一開關可以設置在望遠鏡的其他部位，例如，可以設置在過橋11的底面上，或任一鏡筒的頂面或底面上。還有，雖然所示的是單個扳鈕開關，但是用作改變望遠鏡的放大率的操作機構，可以用不止一個扳鈕開關或一個或多個按鈕、滑動開關或類似的器件。下面將要討論，放大率轉換機構最好是手動操作的，當然，如果希望，也可以用電動的(例如用電池供電)。例如，在本發明的實際應用中可以用電池供電的自動聚焦系統。
圖4表示出圖1的聚焦拇指轉輪15的操作。更一般地說，圖4表示出用于移動望遠鏡的物鏡透鏡組的傳動機構(聚集系統)的一個實施例。如該圖中所示，拇指轉輪15包括螺旋凸輪25，它嚙合于導軌27并使之作直線運動。望遠鏡的每個鏡筒具有一個與之關聯的導軌。導軌27又連接于物鏡筒殼29，而物鏡筒殼在望遠鏡的兩個鏡筒的筒殼內移動。
如圖5A、5B、和5C所示，物鏡筒殼29攜帶著物鏡19(例如雙合透鏡)以及可運動的光圈組件31(見下面的討論)。導軌27的直線運動使物鏡筒殼29進而物鏡19作直線運動，于是改變望遠鏡的焦點。應該理解圖4和5的機構僅是用于移動透鏡組件的傳動機構的一個例子，在本發明的實際應用中可以用各種其他的機構。
圖6A和6B分別表示出對于低放大率設定點和高放大率設定點可運動的光圈組件相對于物鏡筒殼29的方位。在圖5B中可以看得很清楚，光圈組件31包括光圈32，其直徑按照上面已討論的本發明的光學方面確定。
在圖6A和6B中可以看出，對于低放大率設定點，光圈組件31是處在穿過望遠鏡的光路內(圖6A)，而對于高放大率設定點，光圈組件31是處在光路之外(圖6B)。這樣，在低放大率設定點，光圈組件31限制光學系統傳輸的光線的量(限制光線方位)，而在高放大率設定點，光圈組件31不限制光學系統傳輸的光線的量(非限制光線方位)。在這兩個圖中還可以看到，光圈組件的限制光線方位和非限制光線方位大致是互相垂直的(例如這兩個方位之間的角度較佳的是大于80°，例如最好是約85°)按照本發明的較佳實施例，是用一個傳動機構(這里也可把它稱為“光圈傳動機構”)使光圈組件在其限制光線方位與非限制光線方位之間轉換，較佳的是這個光圈傳動機構由第一、第二、和第三三個機構組成，其例子分別示于圖7、8和9。
圖7表示出可運動的光圈組件31的傳動機構的第一實施例，其中圖7A表示它處在低放大率停靠位置，圖7B表示它處在高放大率停靠位置。這一機構包括導桿33、包括套管37的透鏡架35、輸入聯接件64、移動滑軌39以及可運動構件41。透鏡架35可帶著可運動透鏡組件43一起運動，后者的運動就可改變望遠鏡的放大率。
應該注意到雖然透鏡架35、套管37、輸入聯接件64、移動滑軌39都是表示為單獨的零件，但是這些零件中的幾個可以組合成一個零件，甚至如果愿意，可以把所有這些零件組合成一個零件。(更一般地說，這些圖中所表示的各零件的結構形狀是表示現在較佳的結構形狀，而不應理解為是以任何方式限制本發明的范圍。)但是，應該將透鏡架35、套管37、輸入聯接件64、移動滑軌39互相剛性地連接在一起，以便它們能使可運動透鏡組件43和光圈組件31同步地移動。
圖7中還表示出物鏡19和目鏡21以及中間的透鏡元件45和棱鏡47(例如Porro或Pechan棱鏡，圖中所示的就是Pechan棱鏡)。所有這些零件在光學系統的低放大率停靠位置與高放大率停靠位置之間轉換過程中保持固定不動，因此，通過比較圖7A和7B中第一機構的可運動零件相對于這些固定零件的位置，可以很容易地理解這一第一機構的動作原理。
特別是，在這些圖中可以看到，在第一機構從其低放大率停靠位置(圖7A)向其高放大率停靠位置(圖7B)運動的過程中，在各圖中套管37沿著導桿33從左向右滑動。透鏡架35上具有一個與套管37位置相反的U形缺口43，該缺口騎在導桿34上，用以防止透鏡架35繞導桿33轉動。
下面結合圖8和9討論使套管37作從左向右移動的力。此刻，我們將討論圖7的從左向右移動怎樣使光圈組件31從其限制光線方位(圖7A)轉換到其非限制光線方位(圖7B)。
圖5A中表示得最清楚，光圈組件31是可轉動地安裝在銷軸49上，而銷軸49固定于物鏡筒筒殼29。還是如該圖所示，光圈組件31包括具有兩個臂的導架51，其每個臂上具有長槽53，第一機構的可運動構件41上的兩個銷軸55分別配合在對應的長槽53內。由于用這一結構，在移動滑軌39和可運動構件41在圖7中從左向右運動時，銷軸55在長槽53內向右運動并且通過它們與導架51接觸把光圈組件31拉到它的非限制光線方位(圖7B)。
為了能夠把光圈組件31從圖7B的非限制光線方位可靠地轉換到圖7A的限制光線方位(就是使第一機構從右向左運動)，物鏡筒殼29包括斜面57(見圖5C)，用以引導可運動構件41的銷軸55。如圖5C所示，斜面57是階梯形的。借助這些階梯斜面，在第一機構從右向左運動即從圖7B走向圖7A的過程中，銷軸55在長槽53內運動并與導架51接觸而迫使光圈組件31向下轉動到其限制光線方位。
除階梯斜面57之外，在圖6A和6B中可以清楚地看到(圖10A和10B中也可以看到)，第一機構包括一個裝在可運動構件41與移動滑軌39之間的扭力彈簧59。這一彈簧迫使可運動構件41相對于移動滑軌39作順時針運動。在光圈組件31處于其限制光線方位時，這種順時針的迫使力可保持光圈組件與物鏡筒殼29的遮光圈61接觸，即它把光圈組件31偏壓于它的限制光線方位。在光圈組件31處于其非限制光線方位時，這種順時針的迫使力可保持光圈組件處于望遠鏡的光路之外，即它把光圈組件31偏壓于它的非限制光線的方位。這樣，在這兩個方位位置上，扭力彈簧59都幫助光學系統可靠地保持在其停靠方位或稱停靠位置。這一彈簧在這兩個功能位置之間扭轉變形約45°圖7的第一機構是借助由圖8的第二機構和圖9的第三機構提供的力的組合在其第一停靠(低放大率)位置與第二停靠(高放大率)位置之間轉換。
圖9表示出怎樣將轉換力輸入給光圈組件的傳動系統。如圖9所示，第三機構包括扳鈕開關17和力傳遞構件62，后者又包括一個在其遠側的銷子(未示)，這個銷子被接納在第一機構的輸入聯接件64的扁孔71中。扳鈕開關17的翹動使力傳遞構件62把力施加于扁孔71的內壁，扁孔71又使輸入聯接件64進而第一機構運動。雖然如果愿意可以用兩個扁孔71和兩個力傳遞構件62，即每個鏡筒用一套，但是在實際應用中最好是把兩個鏡筒的左和右輸入聯接件64連接到一起，而用一單個扁孔71和一單個力傳遞構件62來使左和右輸入聯接件64同步運動。
如圖9所示，為此目的采用力傳遞聯動機構85。具體地說，這一聯動機構使左輸入聯接件64跟隨右輸入聯接件64的運動同步運動。如圖9所示，這一聯動機構包括中央壁85a和兩邊的壁85b和85c，兩邊的壁形成一個U形的凹口而中央的壁位于其中。中央的壁可以連接在例如右輸入聯接件64上，而兩邊的壁可以連接在左輸入聯接件64上。當然，如果愿意這種安排也可以反過來。類似地，在本發明的實際應用中，也可以用具有不同結構的力傳遞聯動機構。不管用什么機構，最好是允許望遠鏡的左和右鏡筒的機構之間具有一定的運動自由度，以補償制造上的差異，而且也便于整個系統的裝配。
應該注意到由于只用一個力傳遞構件62和一個扁孔71，用于望遠鏡的左和右鏡筒的第三機構具有不同的結構。因此，用于右鏡筒的第三機構包括扳鈕開關17、力傳遞構件62和扁孔71，而用于左鏡筒的第三機構除包括這三個元件之外還加上右側輸入聯接件64的一部分和力傳遞聯動機構85。但是，在構造上，用于左和右鏡筒的第三機構最好共用至少一個公共元件，以確保兩個鏡筒的第一機構同步運動。
回到圖9，如該圖所示，力傳遞構件62可繞扳鈕開關外殼65上的銷軸63樞轉并且包括一個嚙合于扳鈕開關上的U形凹槽69的內裝銷子67。扳鈕開關本身可以繞銷軸83翹轉。為了在第三機構和第一機構這兩方面之間具有一個自由運動范圍，且不說別的例如一個能夠適應制造允差的自由運動范圍，力傳遞構件62不是剛性地連接于輸入聯接件64，而是以一個銷子(未示)插入聯接件64上的扁孔71。由扁孔71提供的自由運動范圍可以是例如約1毫米。前面已提到，再一個自由運動范圍(一般較小)可由力傳遞聯動機構85來提供。
為了使望遠鏡能夠在低放大率設定點與高放大率設定點之間快速而可靠地轉換，圖9的主要的力輸入機構(第三機構)附加了一個如圖8中所示的利用彈簧力的系統。這個系統采用了一個彈簧(“跨越(over-the-center)”彈簧)73，該彈簧73把移動滑軌39偏壓于它的對應于光圈組件的限制光線方位的第一(低放大率)停靠位置，或者偏壓于它的對應于光圈組件的非限制光線方位的第二(高放大率)停靠位置。
一旦移動滑軌39沿著其運動路徑向第一(低放大率)停靠位置運動超過了一個第一位置(高放大率向低放大率過渡的位置)，跨越彈簧73就使移動滑軌39自動轉換到其第一(低放大率)停靠位置。而一旦這一滑動機構沿著其運動路徑向第二(高放大率)停靠位置運動超過了一個第二位置(低放大率向高放大率過渡的位置)，跨越彈簧73也就使移動滑軌39自動轉換到其第二(高放大率)停靠位置。
具體地說，如果移動滑軌的運動路徑的總長度是L，那么第一位置(高放大率向低放大率過渡的位置)最好是在朝第一(低放大率)停靠位置方向至少三分之二L處。類似地，第二位置(低放大率向高放大率過渡的位置)最好是在朝第二(高放大率)停靠位置方向至少三分之二L處。就是說，一旦使用者把扳鈕開關17操作到能使力傳遞構件62把兩個鏡筒的輸入聯接件64移動到它們的全運動距離的例如75％的程度，那么不管制造誤差如何，兩個鏡筒的移動滑軌39將總是移動它們的全行程L的三分之二，接下來總是由跨越彈簧73來完成這個運動。
應該注意到在按動扳鈕開關17時，使用者必須克服跨越彈簧73施加的抵抗力(偏壓力)。因此，需要根據這種需要來選擇這個彈簧的力。更具體地說，既然每個鏡筒包括一個跨越彈簧73，選擇彈簧的力就應滿足為使用者在操作扳鈕開關17時能夠容易克服這兩個彈簧的力的需要。
在選擇彈簧力(彈簧剛度)時，應該注意到，在把望遠鏡從高放大率設定點轉換到低放大率設定點時必須克服由扭力彈簧59施加的力。這個力在這兩個設定點之間的運動路徑上不是恒定的，而是在運動開始時較小，隨后在運動的中段增大(即當銷子55接觸斜面57并在其上走動時)，再后在運動路徑的末端又較小。盡管在從高放大率設定點向低放大率設定點運動中需要克服扭力彈簧59的力，但在反向的運動中，也就是從低放大率設定點向高放大率設定點運動中這不是主要因素，而且如果它起作用也是傾向于有助于反向的運動。
跨越彈簧73最好是一個具有第一和第二兩個臂并且每一臂端具有一個鋼絲圈79的扭力彈簧。兩個圈中的一個套在與移動滑軌39相關的例如位于透鏡架35或套管37上的銷子75(“輸入銷子”)上，而另一個圈套在固定的銷子也就是相對于望遠鏡的筒殼固定的一個銷子例如固定于望遠鏡的筒殼或構成其一部分的一個銷子77上。用這一方式，如圖8A和8B所示，當光圈組件在其限制光線方位(圖8A)與其非限制光線方位(圖8B)之間轉換時，跨越彈簧73在移動滑軌39的一部分的上方既轉動又前后擺動。為了便于這一運動，移動滑軌39最好削出一個凹部81，使在移動滑軌39在其兩個停止位置之間運動的過程中使得跨越彈簧73的主圈部分能夠順利地從凹部81的上方通過。
概括地說，第二和第三機構一起工作如下開始時，由第三機構的力傳遞構件62提供的力和第二機構的跨越彈簧73產生的力互相對抗。但是，一旦跨越彈簧73的主圈越過移動滑軌39的凹部81，這兩個力就變成相加。隨后很快跨越彈簧73就開始控制第一機構的運動，而力傳遞構件62由于扁孔71處自由連接的存在隨之變成與第一機構有效地脫離。具體地說，扁孔71允許跨越彈簧73使兩個鏡筒移動滑軌39移動，進而使它們的輸入聯接件64相對于力傳遞構件62移動。
為了避免停滯現象，接受來自扳鈕開關1 7的輸入力的輸入聯接件64和接收來自跨越彈簧73的輸入力的銷子75最好是設置在導桿33的同一象限內。圖8C表示出輸入聯接件64、銷子75和套管37之間的這種關系的較佳結構，這種關系可使套管37停滯在導桿33上不動的可能性為最小。如該圖所示，由銷子75和輸入聯接件64施加于套管的力是在導桿33的同一半個象限內，這是最佳的。
雖然在本發明的實際應用中可以使用在望遠鏡聚焦過程中停留在一個位置的光圈組件，但是在聚焦中這樣的系統會使使用者看到圖像亮度的變化。為了避免這種亮度變化，在聚焦過程中光圈組件最好隨物鏡一起運動。圖10A和圖10B表示出，扭力彈簧59、可運動構件41以及銷子55可以在導架51上的長槽53中的移動使得能自動達到這一結果。具體地說，圖10A表示出光圈組件處在其限制光線方位，用于遠物的焦距調整；而圖10B表示出光圈組件處在其非限制光線方位，用于近物的焦距調整。在這兩個圖中，銷子55在長槽53內的運動和可運動構件41與移動滑軌39之間的角度變化是明顯的。在每一情況中，光圈組件完全坐落在物鏡筒殼29的遮光圈61上，這正是所希望的。
在圖3-10的實施例中，光圈32具有恒定的直徑并且可移進和移出望遠鏡的光路。在本發明的實際應用中也可以用其他的辦法。作為一個例子，可以用兩個半遮光圈元件來構成低放大率位置的孔徑光闌，這兩個半遮光圈元件在它們向前運動時可以在望遠鏡的鏡筒內向前滑動并朝著光軸向內轉。可以用成形于和/或固定于鏡筒的內表面和/或透鏡元件的安裝結構的導軌、凸輪、和/或斜面來達到這一運動。向前又向內的運動允許鏡筒具有較小的外徑同時又能提供可變的孔徑光闌。
圖11表示出一個這種型式的機構。具體地說，圖11A表示出這一機構處在低放大率位置，而圖11B表示出這一機構處在高放大率位置。在每一情況中，低放大率位置和高放大率位置都是表示在圖的右邊部分，在圖11A中，低放大率位置以實線表示，而高放大率位置以虛線表示；在圖11B中，高放大率位置以實線表示，而低放大率位置以虛線表示。在兩圖的左邊部分表示出低放大率位置的圓形光圈，在圖11A中兩個半遮光圈元件的內邊緣是在圓光圈處，而在圖11B中它們離開了圓的光圈。
在使用中，圖11的可運動光圈組件31是靠在構成物鏡筒殼29的一部分的斜面57上。這一斜面引導光圈組件在其圖11A的限制光線方位與其圖11B的非限制光線方位之間運動。
從上述可以看到，本發明的各個較佳的特點包括(a)光學系統的孔徑光闌被限定在物鏡的成像側(目鏡側)，具體地說，在望遠鏡處于其低放大率位置時是被限定在這一位置；(b)一個實體的孔徑光闌僅用于望遠鏡的低放大率位置；(c)在高放大率位置物鏡執行孔徑光闌的功能；以及(d)對于高和低放大率位置，系統的出射光瞳直徑基本上保持恒定。
盡管已經說明和圖示了本發明的幾個特定實施例，但是應該理解，在本發明的精神和范圍內可以作出許多變型。例如，雖然本發明是以雙筒望遠鏡描述的，但是它也適用于單筒望遠鏡。
類似地，雖然具具有全部上述特點的光學系統是較佳的，但是應該理解，不必同時應用本發明的各個方面。就是說，在實際應用中可以單獨應用本發明其中的一個方面，或者組合應用幾個方面。
還有，表1-1、1-2和2的規定僅僅是代表性的規定，不能被認為是限制本發明的范圍。因此，根據本發明，熟悉本技術領域的人可以把這些表格中給出的本發明的特點應用到按照其開發的各種其他規定的光學系統中。類似地，各圖中表示的機械系統也是代表性的，熟悉本技術領域的人可以依照本發明開發出各種其他的機械系統。
表1-1系統/規定數據各表面數據一覽表面半徑厚度 玻璃直徑錐形OBJ 無窮大 無窮大 0 01 59.3779 5.5BK7 25 02 -59.37793 SF4 25 03 -150.6326 30.86342 25 04 無窮大 75 BK7 17 05 無窮大 0.65 17 06 41.094052.80883SF6 17 07 -31.60547 1 LAK817 08 19.405185.622095 15.209 42.842573.675603 LAK816.44 010 -18.67626 1 SF6 16.44 011 -38.88099 23.67654 16.44 012 11.026122 PMMA14.03644-1.17846513 10.896260.9282009 13.4014 11.919943.526014 SK2 13.4015 -100.3734 12 13.40STO - 18.75 3 -IMA -52.5 14.51812 0多構形數據構形A 構形B厚度 8 5.622095 25.90834厚度 11 23.67654 3.390295出射光瞳直徑 3 2.5
折射率數據表面玻璃0.486133 0.587562 0.6562730 1.000000001.000000001.000000001 BK7 1.522376291.516800031.514322352 SF4 1.774680861.755201251.747298153 1.000000001.000000001.000000004 BK7 1.522376291.516800031.514322355 1.000000001.000000001.000000006 SF6 1.827752111.805182081.796091947 LAK81.722218951.713003171.708973898 1.000000001.000000001.000000009 LAK81.722218951.713003171.7089738910 SF6 1.827752111.805182081.7960919411 1.000000001.000000001.0000000012 PMMA1.497760721.491755711.4891996313 1.000000001.000000001.0000000014 SK2 1.614857071.607380971.6041354515 1.000000001.000000001.0000000016 1.000000001.000000001.0000000017 1.000000001.000000001.00000000
表1-2系統/規定數據各表面數據一覽表面半徑 厚度玻璃直徑錐形OBJ 無窮大 無窮大 0 01 58.55938 5.5 BK7 25 02 -58.559383 SF4 25 03 -147.876128.1590625 04 無窮大 75 BK7 19.3898205 無窮大 0.6515.8884 06 42.06329 3.8 SF6 15.8960407 -30.647321 LAK815.5559608 18.95255 26.2700514.8411709 42.746 4.6 LAK816.14615010 -18.793641 SF6 16.12432011 -39.306993.41592616.19464012 11.07818 2 PMMA14.36807-1.20632813 10.73653 0.4600734 13.52872014 11.41979 4.4 SK2 13.58497015 -126.306212 12.727390STO -10 2.5 -IMA -28 7.9230710多構形數據構形A 構形B厚度 8 5.77219226.27005厚度 1123.913793.415926出射光瞳直徑3 2.5
折射率數據表面玻璃0.486133 0.587562 0.6562730 1.000000001.000000001.000000001 BK7 1.522376291.516800031.514322352 SF4 1.774680861.755201251.747298153 1.000000001.000000001.000000004 BK7 1.522376291.516800031.514322355 1.000000001.000000001.000000006 SF6 1.827752111.805182081.796091947 LAK81.722218951.713003171.708973898 1.000000001.000000001.000000009 LAK81.722218951.713003171.7089738910 SF6 1.827752111.805182081.7960919411 1.000000001.000000001.0000000012 PMMA1.497760721.491755711.4891996313 1.000000001.000000001.0000000014 SK2 1.614857071.607380971.6041354515 1.000000001.000000001.0000000016 1.000000001.000000001.0000000017 1.000000001.000000001.00000000
表2系統/規定數據各表面數據一覽表面半徑 厚度 玻璃直徑OBJ 無窮大 無窮大 01 59.3779 5.5BK7 252 -59.3779 3 SF4 253 -150.632631.44615 254 無窮大 75 BK7 16.732045 無窮大 0.65 15.633886 41.09405 2.80883SF6 15.643417 -31.605471 LAK815.459748 19.40518 5.622095 14.766619 42.84257 3.675603 LAK815.940510 -18.676261 SF6 15.9178511 -38.8809921.65279 15.9702912 40.93013 5 F2 13.7116713 -9.5574741 SF1113.461914 -28.284540.513.6005315 11.2854 2 F2 12.5998916 25.72916 12 12.06239STO -18.75 3IMA -52.5 14.60573多構形數據構形A 構形B厚度 8 5.62209523.87525厚度 11 21.652794出射光瞳直徑 3 2.5
折射率數據表面玻璃0.486133 0.587562 0.6562730 1.000000001.000000001.000000001 BK7 1.522376291.516800031.514322352 SF4 1.774680861.755201251.747298153 1.000000001.000000001.000000004 BK7 1.522376291.516800031.514322355 1.000000001.000000001.000000006 SF6 1.827752111.805182081.796091947 LAK81.722218951.713003171.708973898 1.000000001.000000001.000000009 LAK81.722218951.713003171.7089738910 SF6 1.827752111.805182081.7960919411 1.000000001.000000001.0000000012 F2 1.632081461.620040141.6150316913 SF111.806454391.784719851.7759876814 1.000000001.000000001.0000000015 F2 1.632081461.620040141.6150316916 1.000000001.000000001.0000000017 1.000000001.000000001.0000000018 1.000000001.000000001.00000000
表權利要求
1.一種可傳輸光線并具有第一和第二兩個設定點的光學系統，所述第一設定點提供放大率M1以及所述第二設定點提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述光學系統的出射光瞳直徑對于所述第一設定點為D1而對于所述第二設定點為D2；(iii)D2和D1大致相同；以及(iv)所述第一和第二設定點是所述光學系統的僅有的停靠位置。
2.如權利要求1所述的光學系統，其特征在于1.0＜D1/D2＜1.5。
3.一種可傳輸光線并具有第一和第二兩個設定點的光學系統，所述第一設定點提供放大率M1以及所述第二設定點提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述第一和第二設定點是所述光學系統的僅有的停靠位置；(iii)所述光學系統包括一個兩個位置的孔徑光闌，該孔徑光闌在所述系統處于第一設定點時比在所述系統處于第二設定點時限制更多的光線。
4.如權利要求3所述的光學系統，其特征在于，所述兩個位置的孔徑光闌在所述光學系統處于第二設定點時不限制光線。
5.如權利要求3所述的光學系統，其特征在于(i)所述光學系統的出射光瞳直徑對于所述第一設定點為D1而對于所述第二設定點為D2；以及(ii)D2和D1大致相同。
6.如權利要求5所述的光學系統，其特征在于1.0＜D1/D2＜1.5。
7.如權利要求3所述的光學系統，其特征在于，所述光學系統包括一個物鏡和一個目鏡，所述兩個位置的孔徑光闌位于所述物鏡與所述目鏡之間并且到物鏡的距離比到目鏡的距離近。
8.一種具有一個物鏡端和一個目鏡端的雙放大率雙筒望遠鏡，所述雙筒望遠鏡包括兩個如權利要求1或3所述的光學系統和一個轉換機構，該轉換機構可以使所述兩個光學系統在它們的兩個設定點之間同步地轉換。
9.如權利要求8所述的雙放大率雙筒望遠鏡，其特征在于(i)所述雙筒望遠鏡還包括一個具有手動輸入機構的聚焦系統；(ii)所述轉換機構具有手動輸入機構；以及(iii)所述聚焦系統的手動輸入機構到所述物鏡端的距離比所述轉換機構的手動輸入機構到所述物鏡端的距離近。
10.如權利要求9所述的雙放大率雙筒望遠鏡，其特征在于，所述雙筒望遠鏡包括一個過橋，所述聚焦系統的手動輸入機構和所述轉換機構的手動輸入機構都設置在所述過橋上。
11.一種可傳輸光線的光學系統包括(a)具有一個光圈的光圈組件，所述光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位上所述光圈限制所述光學系統傳輸的光線量(限制光線的方位)，而在其中另一個方位上所述光圈不限制所述光學系統傳輸的光線量(非限制光線的方位)；(b)一個第一機構，該機構用于使所述光圈組件在所述限制光線方位與非限制光線方位之間運動，所述第一機構具有一個運動路徑，該路徑包括對應于所述限制光線方位的第一停靠位置和對應于所述非限制光線方位的第二停靠位置；(c)一個第二機構，該機構具有一個彈簧，該彈簧(1)被構造成能把所述第一機構偏壓于所述第一停靠位置或所述第二停靠位置；(2)一旦所述第一機構沿著其運動路徑運動超過了一個第一位置就使所述第一機構自動轉換到所述第一停靠位置；(3)一旦所述第一機構沿著其運動路徑運動超過了一個第二位置就使所述第一機構自動轉換到所述第二停靠位置；以及(d)一個第三機構，該機構被構造成(i)在所述第一機構處在其第一停靠位置時可使所述第一機構在所述第一停靠位置與所述第二位置之間運動；以及(ii)在所述第一機構處在其第二停靠位置時可使所述第一機構在所述第二停靠位置與所述第一位置之間運動。
12.如權利要求11所述的光學系統，其特征在于，所述第一機構包括一個第一銷子，所述系統包括一個筒殼，所述筒殼包括一個第二銷子，以及所述第二機構的所述彈簧是一個具有第一臂和第二臂并且兩個臂端各具有一個鋼絲圈的扭力彈簧，其中一個鋼絲圈可轉動地套在所述第一銷子上，而另一個鋼絲圈可轉動地套在所述第二銷子上。
13.如權利要求12所述的光學系統，其特征在于，所述扭力彈簧包括主圈部分，所述第一機構包括一個凹部，在所述第一機構在其第一停靠位置與第二停靠位置之間運動時所述彈簧主圈越過該凹部。
14.如權利要求11所述的光學系統，其特征在于，所述第一機構包括一個導桿和一個可沿著所述導桿移動的套管，所述第二和第三兩個機構在所述導桿的同一象限內對所述套管施加力。
15.如權利要求11所述的光學系統，其特征在于，所述第一機構除可使所述光圈組件運動之外還可使透鏡組件運動。
16.如權利要求15所述的光學系統，其特征在于，所述透鏡組件的運動可改變所述光學系統的放大率。
17.如權利要求11所述的光學系統，其特征在于，所述第三機構與所述第一機構之間具有一個自由運動范圍。
18.如權利要求11所述的光學系統，其特征在于，所述第三機構是手動操作的。
19.一種包括兩個如權利要求11所述的光學系統的雙筒望遠鏡，其中，兩個光學系統的第三機構至少共用一個公共元件，以確保兩個光學系統的所述第一機構能沿著它們的運動路徑同步地運動。
20.一種可傳輸光線的光學系統包括(a)一個傳輸光線的透鏡組件；(b)一個用于移動所述透鏡組件以使所述光學系統聚焦的聚焦系統；(c)一個接收來自所述透鏡組件的光線的光圈組件，所述光圈組件包括一個具有兩個方位的光圈，在其中一個方位上所述光圈限制光線傳輸(限制光線的方位)，在其中另一個方位上所述光圈不限制光線傳輸(非限制光線的方位)；以及(d)一個用于使所述光圈組件在所述兩個方位之間轉換的光圈驅動機構；其中，在所述聚焦系統使所述透鏡組件運動時它也使所述光圈組件運動但不改變光圈組件的方位。
21.如權利要求20所述的光學系統，其特征在于，所述系統包括與所述透鏡組件關聯的遮光圈，在所述光圈組件處在其限制光線方位時，它與所述遮光圈接觸并在所述聚焦系統使所述透鏡組件和光圈組件運動的過程中保持與所述遮光圈接觸。
22.如權利要求20所述的光學系統，其特征在于，所述光圈驅動機構包括一個可運動構件，該構件允許在所述聚焦系統使所述透鏡組件和光圈組件運動的過程中所述光圈組件保持其方位。
23.如權利要求22所述的光學系統，其特征在于，所述可運動構件具有叉形的形狀，其兩個叉臂合抱所述光圈。
24.如權利要求22所述的，其特征在于，在所述聚焦系統使所述透鏡組件和光圈組件運動的過程中，如果所述光圈組件是處在其非限制光線方位所述可運動構件就相對于所述光圈組件平移；如果所述光圈組件是處在其限制光線方位所述可運動構件就平移并翻轉。
25.如權利要求22所述的光學系統，其特征在于，所述光圈組件包括至少一個槽，所述可運動構件包括至少一個在所述至少一個槽內運動的銷子。
26.如權利要求22所述的光學系統，其特征在于，所述光圈驅動機構具有一個對應于限制光線方位的第一停靠位置和一個對應于非限制光線方位的第二停靠位置；所述光學系統還包括一個筒殼，該筒殼包括至少一個斜面，該斜面接觸所述可運動構件并引導這一構件，以便在所述光圈驅動機構從其第二停靠位置向其第一停靠位置運動過程中把所述光圈組件從所述非限制光線方位移動到所述限制光線方位。
27.如權利要求26所述的光學系統，其特征在于，所述可運動構件包括至少一個接觸于所述至少一個斜面的銷子。
28.如權利要求27所述的光學系統，其特征在于，所述光圈組件包括至少一個槽，并且所述可運動構件的至少一個銷子配合在所述至少一個槽內。
29.如權利要求26所述的光學系統，其特征在于，所述聚焦系統使所述筒殼運動，而所述筒殼帶著所述透鏡組件一起運動。
30.如權利要求29所述的光學系統，其特征在于，所述光圈組件是可樞轉地安裝在所述筒殼上。
31.如權利要求20所述的光學系統，其特征在于，所述光圈驅動機構包括一個彈簧，在所述光圈組件處在所述限制光線方位時該彈簧把所述光圈組件偏壓于所述限制光線方位，而在所述光圈組件處在所述非限制光線方位時該彈簧把所述光圈組件偏壓于所述非限制光線方位。
32.如權利要求20所述的光學系統，其特征在于，所述透鏡組件包括至少一個物鏡透鏡元件。
33.如權利要求20所述的光學系統，其特征在于，所述限制光線方位和所述非限制光線方位基本上互相垂直。
34.一種包括兩個如權利要求20所述的光學系統的雙筒望遠鏡，其中，所述兩個光學系統的聚焦系統共用至少一個公共元件，以確保兩個光學系統同步聚焦，并且所述兩個光學系統的所述光圈驅動機構共用至少一個公共元件，以確保所述兩個光學系統的所述光圈組件在它們的兩個方位之間同步轉換。
35.一種可傳輸光線的光學系統包括(a)一個包括一個光圈的光圈組件，所述光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位上所述光圈限制所述光學系統傳輸的光線量(限制光線的方位)，而在其中另一個方位上所述光圈不限制所述光學系統傳輸的光線量(非限制光線的方位)；以及(b)一個用于使所述光圈組件在所述兩個方位之間轉換的光圈驅動機構，所述機構包括一個彈簧，在所述光圈組件處在限制光線方位時該彈簧把所述光圈組件偏壓于所述限制光線方位，而在所述光圈組件處在非限制光線方位時該彈簧把所述光圈組件偏壓于所述非限制光線方位。
36.一種包括兩個如權利要求35所述的光學系統的雙筒望遠鏡，其中，所述兩個光學系統的所述光圈驅動機構共用至少一個公共元件，以確保所述兩個光學系統的所述光圈組件在它們的兩個方位之間同步轉換。
37.一種可傳輸光線的光學系統包括(a)一個包括一個光圈的光圈組件，所述光圈組件具有兩個方位，在其中一個方位上所述光圈限制所述光學系統傳輸的光線量(限制光線方位)，而在其中另一個方位上所述光圈不限制所述光學系統傳輸的光線量(非限制光線方位)；(b).一個用于使所述光圈組件在所述兩個方位之間轉換的光圈驅動機構，所述光圈驅動機構具有對應于限制光線方位的第一停靠位置和對應于非限制光線方位的第二停靠位置以及(c)一個包括至少一個斜面的筒殼，該斜面接觸所述光圈驅動機構，以便在所述光圈驅動機構從其第二停靠位置向其第一停靠位置運動的過程中把所述光圈組件從所述非限制光線方位引導到所述限制光線方位。
38.如權利要求37所述的光學系統，其特征在于，所述光圈驅動機構包括至少一個接觸所述斜面的銷子。
39.如權利要求37所述的光學系統，其特征在于，所述斜面是階梯形的。
40.一種包括兩個如權利要求37所述的光學系統的雙筒望遠鏡，其中，所述兩個光學系統的所述光圈驅動機構共用至少一個公共元件，以確保所述兩個光學系統的所述光圈組件在它們的兩個方位之間同步轉換。
41.一種可傳輸光線的光學系統，所述系統具有一個出射光瞳并且包括(a)傳輸光線的透鏡組件；(b)一個用于使所述透鏡組件移動以使所述光學系統聚焦的聚焦系統；以及(c)一個接收來自所述透鏡組件的光線的光圈組件，該光圈組件具有兩個設定點，在這兩個設定點所述光圈組件對所述光學系統傳輸的光線的限制量不同；其中，在所述聚焦系統使所述透鏡組件運動時它也使所述光圈組件運動，以使得在聚焦過程中所述光學系統的所述出射光瞳的尺寸基本上保持恒定。
42.如權利要求41所述的光學系統，其特征在于，在一個所述設定點上所述光圈組件的方位限制所述光學系統傳輸的光線量(限制光線方位)，而在另一個所述設定點上所述光圈組件的方位不限制所述光學系統傳輸的光線量(非限制光線方位)。
43.一種包括兩個如權利要求41所述的光學系統的雙筒望遠鏡，其中，所述兩個光學系統的聚焦系統共用至少一個公共元件，以確保所述兩個光學系統同步聚焦。
44.如權利要求1、3、11、20、35、37、或41所述的光學系統，其特征在于(i)所述系統包括可運動的透鏡組件；(ii)所述可運動的透鏡組件的運動可改變所述系統的放大率；以及(iii)所述可運動的透鏡組件包括一個雙合透鏡。
45.如權利要求44所述的光學系統，其特征在于(i)所述系統包括一個目鏡，以及(ii)所述目鏡包括非球面表面；
46.如權利要求11、20、35、37、或42所述的光學系統，其特征在于(i)對于所述限制光線方位，所述光學系統的放大率是M1，出射光瞳直徑是D1；(ii)對于所述非限制光線方位，所述光學系統的放大率是M2，出射光瞳直徑是D2；(iii)M2/M1＞1.0；以及(iv)1.0＜D1/D2＜1.5。
47.如權利要求1、3、或46所述的光學系統，其特征在于M2/M1≥1.5。
48.如權利要求1、3、或46所述的光學系統，其特征在于(D1·M1)/(D2·M2)＜1.0。
49.如權利要求48所述的光學系統，其特征在于(D1·M1)/(D2·M2)＜0.75。
50.一種用于使一個光學系統在一個較低的放大率設定點與一個較高的放大率設定點之間進行轉換的方法，該方法包括(a)提供一個具有對應于較低的放大率設定點的第一停靠位置和對應于較高的放大率設定點的第二停靠位置的轉換機構，所述轉換機構具有在所述第一停靠位置與第二停靠位置之間的運動路徑；以及(b)一旦所述轉換機構沿著其運動路徑運動超過了一個第一位置，所述轉換機構就自動轉換到所述第一停靠位置，一旦所述轉換機構沿著其運動路徑運動超過了一個第二位置，所述轉換機構就自動轉換到所述第二停靠位置。
51.如權利要求50所述的方法，其特征在于，所述自動轉換是由一個扭力彈簧促成的。
全文摘要
本發明揭示了一種雙放大率雙筒望遠鏡(13)，這種望遠鏡可以在其低放大率設定點(視野較寬)與其高放大率設定點(視野較窄)之間快速轉換。較佳的是，轉換是用設置在望遠鏡(13)的例如過橋(11)上的一個轉換開關(17)進行。望遠鏡的每個鏡筒(9)具有一個可調孔徑光闌。較佳的是，可調孔徑光闌是在物鏡(19)的后面，也就是在物鏡(19)與目鏡(21)之間。最佳的是，可調孔徑光闌是一個可運動的光圈組件(31)，在低放大率設定點它能夠限制通過望遠鏡的光線，而在高放大率設定點它不限制通過望遠鏡的光線。通過采用可調孔徑光闌，對于兩個放大率設定點，可以做到出射光瞳直徑進而使用者感覺到的圖像的亮度基本上相同。
文檔編號G02B15/14GK1618034SQ02827727
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月23日 優先權日2001年12月26日
發明者E·I·比特斯基, J·B·卡爾德維爾, K·G·拉斯克 申請人:光控股份有限公司