阅读说明：本技术 一种轻量化变焦望远眼镜 (Lightweight zoom telescopic glasses ) 是由 李磊 陈雅妮 薛健 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种轻量化变焦望远眼镜,包括：驱动控制装置、驱动器、物镜入射面圆形反射膜、物镜出射面环带反射膜、目镜入射面环带反射膜、目镜出射面圆形反射膜、变焦面Ⅰ、变焦面Ⅱ、变焦面Ⅲ、变焦面Ⅳ、介质Ⅰ和介质Ⅱ；该发明技术要点是：系统使用的变焦面在驱动装置工作时曲率均可发生改变,不仅可以实现对远距离物体的高分辨率成像,还可以连续变焦快速识别物体的微小细节；本发明采用折反混合式结构,在变焦面镀有反射膜,光线入射到透镜上时,透镜变焦面上的反射膜使光路在透镜内多次反射,减小了望远镜的径向尺寸,与传统望远镜相比系统更加紧凑、轻量化,填补了变焦眼镜在望远方面的空缺。(The invention discloses a light-weight zoom telescopic glasses, comprising: the device comprises a drive control device, a driver, an objective lens incidence surface circular reflecting film, an objective lens emergence surface annular reflecting film, an eyepiece lens incidence surface annular reflecting film, an eyepiece lens emergence surface circular reflecting film, a zoom surface I, a zoom surface II, a zoom surface III, a zoom surface IV, a medium I and a medium II; the technical key points of the invention are as follows: the curvature of a zooming surface used by the system can be changed when the driving device works, so that high-resolution imaging of a remote object can be realized, and tiny details of the object can be quickly identified through continuous zooming; the invention adopts a catadioptric hybrid structure, the zoom surface is plated with the reflecting film, when light rays are incident on the lens, the reflecting film on the zoom surface of the lens enables the light path to be reflected for multiple times in the lens, the radial size of the telescope is reduced, compared with the traditional telescope, the system is more compact and lighter, and the vacancy of the zoom glasses in the aspect of telescope is filled.)

一种轻量化变焦望远眼镜

技术领域

本发明涉及一种望远眼镜，更具体地说，本发明涉及一种轻量化变焦望远眼镜。

背景技术

望远镜是进行远距离天文或地面观测时必不可少的工具，经过400 多年的发展已经在军事作战、天文观测、野外探险、安防警用、航海巡察等方面得到广泛使用。随着科技的进步，人们对于望远镜的需求也不再局限于看的更宽、望的更远。如何研制具有更大变倍比，更短的后工作距离，更加轻量化的变焦望远镜成为人们关注的重点。近些年来，随着AR等技术的兴起，将望远镜制作成轻量化的头戴产品成为了新的需求，而具有自动变焦功能的自适应透镜的出现为轻量化光学变焦提供了新思路。

传统的变焦望远镜多采用光学补偿的方式进行变焦设计，通常只让物镜、转向系统或目镜中的一个连续变焦，来实现系统的变倍，变倍比受到局限，变焦结构也相对复杂，不够轻量化。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能够应用于头戴式设备的轻量化、变倍比大的连续光学变焦望远眼镜，该发明不仅可以实现对远距离物体的高分辨率成像，还可以连续变焦快速识别物体的微小细节，填补了变焦眼镜在望远方面的空缺。

本发明提出的一种轻量化变焦望远眼镜，如附图1所示，包括：驱动控制装置、驱动器、物镜入射面圆形反射膜、物镜出射面环带反射膜、目镜入射面环带反射膜、目镜出射面圆形反射膜、变焦面Ⅰ、变焦面Ⅱ、变焦面Ⅲ、变焦面Ⅳ、介质Ⅰ和介质Ⅱ。

本发明提出的一种轻量化变焦望远眼镜的工作原理如附图2所示，系统采用折反式光路结构，这种结构结合了折射与反射可以最大限度的压缩光程。光线首先入射到物镜的入射面（变焦面Ⅰ）上，经过其折射进入到介质Ⅰ中；当光线到达物镜的出射面（变焦面Ⅱ）时，由于物镜出射面环带反射膜反射，光路折回，光线重新回到介质Ⅰ中；光线再次到达入射面时，被物镜入射面圆形反射膜反射再次折回，从物镜出射面的中心区域离开进入介质Ⅱ，聚焦在光轴上形成实像；该实像点的光线在轴上继续前进到达目镜的入射面（变焦面Ⅲ），折射进入到介质Ⅰ中。光线到达目镜出射面（变焦面Ⅳ）时，通过目镜出射面圆形反射膜的反射，光线重回介质Ⅰ并被目镜入射面环形反射膜反射，从目镜出射面的上下离开形成平行光离开。最终，光线进入人眼经由人眼晶状体聚焦，成像在视网膜上放大的像。当需要改变望远放大倍率时，驱动控制装置发出指令通过驱动器改变变焦面Ⅰ，变焦面Ⅱ，变焦面Ⅲ，变焦面Ⅳ的曲率半径，如附图3所示。望远系统由开普勒式结构变为伽利略式结构，透镜的焦距也随之改变，入射平行光经过物镜双侧变焦面的折射和二次反射形成的实像落在目镜的像方焦点上，这对目镜是一个虚像，该虚像经过目镜的折射和二次反射最终以平行光离开，在人眼视网膜上形成放大的像，此时系统的放大率也发生了变化，实现变焦功能。在整个光线追迹的过程中，变焦望远系统的物镜焦距

、目镜焦距和放大率可以由下面公式给出：

其中，

为介质I的折射率，

为介质II的折射率，，为物镜厚度，

为目镜厚度，

、

、、依次为变焦面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的曲率。由于透镜变焦面上的反射膜使光路在透镜内多次反射，缩短了光路，减小了望远镜的径向尺寸，与传统望远镜相比系统更加紧凑。

优选地，介质Ⅰ通常为柔性固体或液体，介质Ⅱ可以为气体或者液体。

优选地，物镜和目镜共同驱动且驱动模式为压电陶瓷驱动、电磁驱动或者步进电机驱动。

优选地，光路在物镜或目镜中折叠的次数N≥2，且N≤10。

优选地，需要满足透镜曲率变化时，物镜焦距大于目镜焦距且可实现开普勒式和伽利略式两种望远系统结构。

优选地，反射膜材料为银或铝。

优选地，轻量化变焦望远眼镜的口径D≥15，且D≤50。

附图说明

附图1为本发明轻量化变焦望远眼镜的结构示意图。

附图2为本发明轻量化变焦望远眼镜开普勒式模式原理图。

附图3为本发明轻量化变焦望远眼镜伽利略式模式原理图。

附图4为实施例中折反式自适应透镜的焦距与电压的关系示意图。

上述附图中的图示标号为：

1驱动控制装置，2驱动器，3物镜入射面圆形反射膜，4物镜出射面环带反射膜，5目镜入射面环带反射膜，6目镜出射面圆形反射膜，7变焦面Ⅰ，8变焦面Ⅱ，9变焦面Ⅲ，10变焦面Ⅳ，11介质Ⅰ，12介质Ⅱ，13人眼，14晶状体，15视网膜。

具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种轻量化变焦望远眼镜的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的一个实施例为：

如附图1所示，该轻量化变焦望远眼镜，从物侧到像侧依次包含：驱动控制装置、驱动器、物镜入射面圆形反射膜、物镜出射面环带反射膜、目镜入射面环带反射膜、目镜出射面圆形反射膜、变焦面Ⅰ、变焦面Ⅱ、变焦面Ⅲ、变焦面Ⅳ、介质Ⅰ和介质Ⅱ。

如附图2所示，该轻量化变焦望远眼镜使用折反混合式系统结构，利用透镜聚焦再反射镜进行二次反射，经由人眼晶状体聚焦后，成像在视网膜上。

所述的折反式自适应透镜采用电压电陶瓷驱动的PDMS弹力膜，膜厚度为500µm，透镜口径为35mm。反射膜选用银膜，其反射率~92%。在入射面板外表面镀银膜，镀银膜的区域为直径15mm的圆区域。出射面板镀银膜的区域为环带，其外径35mm，内径25mm。透镜主体部分的具体参数：透镜外框的外径为39mm，厚度为2mm；介质I为NaCl溶液，其折射率为1.38，阿贝数为55.8，介质II为空气。

本实施例采用的工作波段为456nm-656nm。驱动器采用压电陶瓷。对本发明施加电压时，透镜双侧曲率随之发生变化，引起焦距的变化，可以实现连续变焦的效果。当电压从0V到60V变化时，透镜焦距变化如附图4所示。需要指出的本发明实施例中透镜的驱动电压为~30V，因此0-30V时，焦距并无变化。