專利名稱：觀察裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的觀察裝置。更具體地講，本發(fā)明涉及這樣一 種改進的觀察裝置，這種觀察裝置能夠在允許該觀察裝置自身保持固定 的同時，觀察遠離它視場的中心的對象并且對該對象的觀察像進行調(diào)整 從而使得可以將該對象重新定位到觀察像的中心。
背景技術(shù)：
這種觀察裝置適用于其中期望不需要移動該觀察裝置就可以橫掃整 個視場的任何觀察系統(tǒng)。 一個這種應(yīng)用可以是用于跟隨對象的移動的監(jiān)
視或閉路電視(CCTV)攝像機。其他應(yīng)用存在于檢查領(lǐng)域中，例如，油 氣工業(yè)中執(zhí)行的"降壓試井(downwdl)"檢査或者在無損測試(NDT) 活動期間執(zhí)行的檢查。
知道如下的觀察裝置，該觀察裝置能夠在不需要移動該觀察裝置良 身的情況下移動觀察像的中心。在專利申請GB 2186993中，英國核能公 司(BNF)提供了一種用于在管道工程或者在放射性單元中進行觀察的 觀察裝置。這個觀察裝置包括與一個或更多個棱鏡結(jié)合使用的攝像機， 所述棱鏡可以進行移動以有角度地改變系統(tǒng)的視場。
BNF提出這些棱鏡必須置于該觀察裝置的第一端的光學(xué)器件之前， 其中，入射光從所述第一端進入該系統(tǒng)。為了該規(guī)范，透鏡組件的"第 一端"應(yīng)該被定義為透鏡組件的末端，來自對象的入射光在該末端處進 入透鏡組件。相似地，觀察裝置的"第二端"被定義為透鏡組件的產(chǎn)生 對象像以進行觀察的末端。對這些棱鏡進行如此定位的原因在于，現(xiàn)有 技術(shù)認為棱鏡僅僅在完全準(zhǔn)直光的情況下才能夠進行有效工作。這是因 為當(dāng)棱鏡以非垂直的入射角接收光時，光線根據(jù)它們的波長而折射到 不同度數(shù)。這將導(dǎo)致不期望的像失真和可能被觀察為色彩分裂的色像差。然而，由BNF提供的將這些棱鏡定位在裝置的第一端的缺點在于 如果要這些棱鏡能夠即時對實際尺寸的視場進行成像，則需要這些棱鏡 非常大。該裝置中的這個限制意味著它不適用于空間通常是關(guān)鍵考慮 因素的諸如監(jiān)視和檢查領(lǐng)域中的許多應(yīng)用。
還知道另一種裝置，其中，通過使用機械致動器移動裝置自身來實 現(xiàn)圖像的移動。這種裝置通常采取配備有多個電機以使其能夠搖攝和/或
傾斜到期望朝向的攝像機的形式。這種類型的裝置不需要BNF所需要的 大的棱鏡；實際上，它們根本不需要使用棱鏡來改變光的方向。然而，
它們的機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由此體積大且昂貴。
當(dāng)需要使用觀察裝置通過屏障中的孔觀察對象時，會出現(xiàn)另一個問 題。這種需要可以出現(xiàn)在許多不同的情況中。 一個這種情況是監(jiān)視，例 如，希望在一個人不知道的情況下觀察此人。在這種情形下，屏障可以 是墻，攝像機嵌入在該墻中。第二種情況是在諸如可疑炸彈的精密產(chǎn)品 的殼體內(nèi)進行檢査以確定關(guān)于炸彈結(jié)構(gòu)的足夠信息，從而使得能夠在確 保對炸彈殼體的破壞最小的同時成功地去掉雷管。在這個第二種情況下， 屏障通?？梢允菤んw。
在這些情況中使用諸如以上描述系統(tǒng)的常規(guī)觀察系統(tǒng)會由于孔的邊
緣與視場緊密接觸而出現(xiàn)嚴(yán)重的像暈影。當(dāng)使用由BNF提供的系統(tǒng)時， 由于拍攝實際視場需要這種大棱鏡，所以這個問題尤其突出。為了使用 這種類型的系統(tǒng)獲得高品質(zhì)像，孔需要非常大，這在很多情況下是根本 不可能的。
另外，隨著孔與觀察裝置之間的距離("間隔"距離)增大，這種暈 影效應(yīng)急劇增大。在期望大間隔距離的應(yīng)用中，這會出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。 例如，當(dāng)安置隱藏的監(jiān)視攝像機時，大間隔距離是有利的，這是因為這 減小攝像機被看見和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險。
另外，當(dāng)使用采取機械搖攝和傾斜機構(gòu)的攝像機時，必須擴大屏障 中的孔以允許攝像機的移動。這種孔的擴大是非常不利的。例如，在監(jiān) 視應(yīng)用中，孔的擴大會顯著增大攝像機被發(fā)現(xiàn)的可能性。在炸彈處置應(yīng) 用中，孔的擴大可能有更加嚴(yán)重的后果，因為它增大了導(dǎo)致爆炸的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種使得能夠?qū)⒂^察裝置包含在小巧得多的空間內(nèi)
的新穎透鏡布置，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的這些問題。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于通過提供將內(nèi)部孔徑光闌的實像向前投
影到物方空間中從而在透鏡組件前產(chǎn)生固定的外部入射光瞳的裝置，本 發(fā)明解決了與通過屏障中的孔觀察對象相關(guān)聯(lián)的問題。
本發(fā)明因此提供了一種觀察裝置，該觀察裝置包括第一端，該第一 端接收來自視場內(nèi)的入射光并且適于在該觀察裝置的第二端上的像平面 上產(chǎn)生聚焦像，所述觀察裝置還包括一個或更多個光學(xué)元件，所述一個 或更多個光學(xué)元件可以移動以使得可以將來自該觀察裝置的視場內(nèi)的任 何地方的光的方向改變?yōu)楣廨S，由此不需要移動該觀察裝置自身就能夠 移動視場，該觀察裝置的特征在于該觀察裝置在該觀察裝置的第一端 包括中繼透鏡組，該中繼透鏡組在使用中可以在光入射到所述一個或更 多個光學(xué)元件之前將該光調(diào)節(jié)成類準(zhǔn)直狀態(tài)。
該觀察裝置可以包括攝像機、雙目鏡或望遠鏡。該裝置可以包括在 常規(guī)視頻/靜止攝像機的透鏡中普遍出現(xiàn)的類型的常規(guī)透鏡元件或者這種 透鏡元件組。優(yōu)選的是，該觀察裝置還包括位于所述像平面上的像接收 裝置。該像接收裝置可以是適于接收像的任何裝置，例如照相膠片、數(shù) 字或模擬成像傳感器或眼睛。還可以想象采用這些像接收裝置中的兩個 或更多個的組合的裝置。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的這些問題并且產(chǎn)生可以包含在更加小巧空間內(nèi) 的觀察裝置，需要減小使用的光學(xué)部件的尺寸。然而，諸如由BNF提議 的現(xiàn)有技術(shù)布置中的光學(xué)部件的尺寸的減小會導(dǎo)致視場顯著減小，這是 由于需要將準(zhǔn)直空間內(nèi)的光學(xué)部件定位在觀察裝置的第一端。這些光學(xué) 部件的尺寸的減小還會導(dǎo)致像差和失真增大并且由此損壞像質(zhì)量。
然而，在本發(fā)明中，發(fā)明人己經(jīng)發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)相反，如 果進入光學(xué)部件的光事實上沒有完全準(zhǔn)直，而僅僅是近似準(zhǔn)直或類準(zhǔn)直， 則觀察裝置的光學(xué)部件的尺寸和復(fù)雜度將能夠顯著減小。通過在觀察裝置的第一端在光學(xué)元件之前設(shè)置中繼透鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)將類準(zhǔn)直光引入光 學(xué)元件。
因此，根據(jù)本發(fā)明，位于觀察裝置的第一端的中繼透鏡組具有小量 的光功率，從而它對準(zhǔn)直入射光進行調(diào)節(jié)以產(chǎn)生近似或類準(zhǔn)直狀態(tài)的光。 由于隨后不需要保持光的完全準(zhǔn)直，所以可以大大簡化光束的進一步處 理。
因此可以說中繼透鏡組對光束進行調(diào)節(jié)以進入后繼光學(xué)元件。與現(xiàn) 有技術(shù)相比較而言，對光束的這種調(diào)節(jié)使得可以使用小得多的光學(xué)元件
來控制視場的移動，同時可以保持即時對大至180。的視場進行成像的能 力。還將認識到，與使光完全準(zhǔn)直所需要的等同透鏡組相比較而言，該 中繼透鏡組自身可以小得多并且更簡單。
使用這種小的光學(xué)元件可以產(chǎn)生非常小的攝像機，這在諸如隱藏監(jiān) 視攝像機的許多領(lǐng)域中具有顯著的優(yōu)點。
可以使用己知的光學(xué)布置產(chǎn)生中繼組，并且該中繼組可以有利地包 括變型為產(chǎn)生近似準(zhǔn)直光而不是完全準(zhǔn)直光的開普勒望遠鏡。開普勒望 遠鏡型的布置優(yōu)選于常規(guī)的高斯望遠鏡型的布置，這是因為它產(chǎn)生內(nèi)部 焦平面，由此使得望遠鏡能夠更加小巧。
由于光進入光學(xué)元件時不是完全準(zhǔn)直而產(chǎn)生的像差可以在光學(xué)元件 自身內(nèi)部進行校正，或者可以通過光在由光學(xué)元件處理之后進入的調(diào)節(jié) 透鏡或透鏡組進行校正。應(yīng)該明白，可以以任何己知方式進行這種校正， 然而，還應(yīng)該清楚，光的"非準(zhǔn)直"程度對本發(fā)明的操作是非常關(guān)鍵的。
為了產(chǎn)生良好結(jié)果，從中繼組出射的光應(yīng)該展示小于或等于0.03的 數(shù)值孔徑(NA)，優(yōu)選在0.03與0.017之間。對于大于0.03的數(shù)值孔徑， 光入射到光學(xué)元件上的角度太大，并且校正由此引入的色像差和失真是 不實際的。同樣，對于顯著小于0.017的數(shù)值孔徑，光束接近完全準(zhǔn)直狀 態(tài)，并且處理近準(zhǔn)直光的優(yōu)點逐漸喪失，從而導(dǎo)致該裝置的尺寸增大。
具體地講，使用0.028與0.022之間的數(shù)值孔徑實現(xiàn)了良好結(jié)果，按 照NA-0.025的標(biāo)稱值執(zhí)行了重要測試。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明等同地應(yīng)用到正或負值的數(shù)值孔徑。
雖然在光學(xué)元件的尺寸的角度，還使用中繼透鏡組來減小(類)準(zhǔn)
直之前的入射光束的尺寸可以是有利的；但是應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明可以獨
立于由中繼組產(chǎn)生的放大程度進行操作。實際上，可以使用匯聚或發(fā)散 以及放大或縮小的入射光束來實現(xiàn)用類準(zhǔn)直光來工作的優(yōu)點。
一個或更多個光學(xué)元件的移動使得不需要殼體自身進行搖攝和/或傾 斜以調(diào)整觀察像以使得遠離視場中心的對象重新定位在觀察像的中心。
優(yōu)選的是，用于使入射光改道的一個或更多個光學(xué)元件包括一個或
更多個累斯萊棱鏡(Risley prism)(也已知為赫歇爾棱鏡(Herschel prism))。累斯萊棱鏡包括兩個楔形棱鏡的組件，這兩個楔形棱鏡可以獨 立或相結(jié)合進行控制從而經(jīng)由光的折射使得穿過它們的光的光軸發(fā)生偏 移。在本發(fā)明中，使用這個效果以在入射光通過透鏡組件時改變?nèi)肷涔?的方向，從而使得原本遠離視場中心的對象可以重新定位在觀察像的中 心。這例如可以通過使得累斯萊棱鏡的楔形棱鏡圍繞該裝置的中心線而 彼此相對旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。
使用累斯萊棱鏡的優(yōu)點在于使得能夠在笛卡爾意義上掃描視場， 即從左到右和/或從上到下。
在本發(fā)明的另選實施方式中，所述一個或更多個光學(xué)元件可以包括 一種布置的反射鏡，這些反射鏡可以用于經(jīng)由光的反射而改變?nèi)肷涔獾?方向。然而，與采取累斯萊棱鏡的攝像機相比較，采用這種布置的攝像 機會占據(jù)較大的包裝體積。也可以通過采用單個元件透鏡并且在與光軸 垂直的平面上移動這個透鏡來產(chǎn)生期望的入射光角度偏移。然而，與使 用累斯萊棱鏡或反射鏡的情況相比較而言，使用這種技術(shù)導(dǎo)致的像質(zhì)量 的劣化大得多。
優(yōu)選的是，累斯萊棱鏡的楔體中的至少一個包括兩個或更多個元件， 各元件由不同折射率的材料形成。與使用共同折射率的材料相比較而言， 本發(fā)明的這個方面有助于減小色像差，這是因為，它允許對透鏡組件進 行設(shè)計從而使得由第二元件引入的像差可以補償由第一元件引入的像 差。由此，累斯萊棱鏡的結(jié)構(gòu)還可以用于補償由于使用類準(zhǔn)直而非完全
9準(zhǔn)直光而引入的色像差。
如上所述，優(yōu)選的是， 一旦光從光學(xué)元件出射，它穿過用于校正由 中繼組或者光學(xué)元件所引入的任何殘余像差的調(diào)節(jié)透鏡或者透鏡組。
有利的是，透鏡組件還包括用于放大所產(chǎn)生的像的變焦裝置。在這 種情況下，調(diào)節(jié)透鏡可以并入在變焦裝置內(nèi)部，不過這并不是必要的。 變焦裝置提供如下的優(yōu)點使得透鏡組件的焦距可以改變，從而能夠?qū)?調(diào)整后的對象的像的尺寸進行放大或縮小。當(dāng)與上述的光學(xué)元件的移動 相結(jié)合使用時，這使得觀察裝置可以變焦到系統(tǒng)的最大視場內(nèi)的任何點 并且在系統(tǒng)的最大視場內(nèi)的任何點之間進行移動。
如上所述的調(diào)節(jié)透鏡或者透鏡組與變焦裝置的相結(jié)合使用提供了使 得光學(xué)元件和變焦裝置能夠同時進行操作而不會損失任何像質(zhì)量的優(yōu) 點。這是因為在光由變焦裝置進行處理之前，調(diào)節(jié)透鏡或透鏡組校正 了由光學(xué)元件引入的像差。
優(yōu)選的是，該變焦裝置可以包括兩組或更多組的透鏡元件并且可以 通過這兩組或更多組之間的線性相對移動而進行工作。在具有兩組或更 多組透鏡元件的常規(guī)變焦透鏡中，這兩組或更多組透鏡元件可以按非線 性方式彼此相對移動，以使透鏡組件的焦平面的移動最小化并且由此確 保觀察像保持在焦點上。然而，雖然使用透鏡的線性移動而不是常規(guī)的 非線性移動所能夠?qū)崿F(xiàn)的絕對像質(zhì)量出現(xiàn)一些下降，但是這不會帶來嚴(yán) 重的問題。實際上，當(dāng)使用成像傳感器時，由于能夠?qū)⑷魏蔚南褓|(zhì)量下 降控制為低于傳感器能夠進行檢測的級別，所以不會察覺到任何像質(zhì)量 損失。兩組或更多組的線性移動的優(yōu)點在于減小了攝像機的內(nèi)部工作的 復(fù)雜度，由此使得能夠?qū)⒂^察裝置的尺寸保持在最小并且允許在有限空 間內(nèi)使用觀察裝置。使用此線性相對移動使得諸如攝像機的觀察裝置的 結(jié)構(gòu)可以占據(jù)小至150cr^的包裝體積，其中透鏡布置自身的體積僅僅是 100 cm3。
有利的是，變焦組件是可以拆卸的，由此允許觀察裝置的用戶選擇 最適于所觀察對象的變焦裝置。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述變焦裝置可以由"固態(tài)"變焦器件提供。固態(tài)變焦包括一個或更多個透鏡，并且設(shè)置有用于改變這些 透鏡的幾何結(jié)構(gòu)以控制它們產(chǎn)生的縮放率的裝置。
應(yīng)該明白，任何已知結(jié)構(gòu)的變焦裝置都可以與本發(fā)明的觀察裝置結(jié) 合使用，只要它使得用戶能夠?qū)λ麄冞x擇的部分視場迸行放大即可。
優(yōu)選的是，該觀察裝置還包括孔徑光闌以限制系統(tǒng)的入射光瞳的尺 寸。有利的是，如果正在使用變焦裝置，則這個孔徑光闌可以設(shè)置在變 焦裝置內(nèi)。在變焦裝置內(nèi)設(shè)置孔徑光闌減小了高變焦縮放時的像失真。 然而，如果不使用變焦裝置，則孔徑光闌可以設(shè)置在調(diào)節(jié)透鏡中，或者 可以設(shè)置在優(yōu)選位于可移動光學(xué)元件與像平面之間的另一定焦透鏡或透 鏡組中。
本發(fā)明提供的另一個優(yōu)點在于中繼透鏡組還用于將孔徑光闌的實 像從觀察裝置的第一端向前投影到"物方空間"。在這個說明書中，術(shù)語 "物方空間"用于表示觀察對象所在的、觀察裝置的第一端之前的空間。 將孔徑光闌向前投影到物方空間在觀察裝置的第一端之前的特定距 離處形成入射光瞳，所述入射光瞳用于限制能夠進入系統(tǒng)的光量。優(yōu)選 的是，在觀察裝置的工作期間內(nèi)，甚至在光學(xué)元件或變焦裝置正在移動 時，該入射光瞳保持固定。這可以通過仔細選擇所使用的透鏡的幾何結(jié) 構(gòu)來實現(xiàn)。
固定外部入射光瞳的產(chǎn)生使得能夠使用上述的可移動光學(xué)元件將由 該裝置成像的視場的中心圍繞入射光瞳進行轉(zhuǎn)動，由此允許該裝置橫掃 最大視場。
因此，如上所述，本發(fā)明的這個方面使得它特別適用于通過屏障中 的孔觀察對象。這是因為外部入射光瞳使得能夠最大化觀察像的尺寸， 同時避免由屏障中的孔的周緣所導(dǎo)致的任何影暈。孔徑光闌的實像的前 向投影還減小了觀察裝置產(chǎn)生的像質(zhì)量對所使用孔的尺寸、形狀和質(zhì)量 的改變的靈敏度。這是因為入射光瞳的尺寸是由光學(xué)中繼裝置向前投 影的孔徑光闌的像來限制的，而不是由孔自身來限制的。
將孔徑光闌從透鏡組件的第一端向前投影還使得觀察裝置的第一端 的最外端可以與孔有所偏移而不會導(dǎo)致所獲得的像質(zhì)量下降。換言之，這允許系統(tǒng)的間隔距離增大。通過將觀察裝置定位為使得屏障中的孔和 外部入射光瞳基本重合，能夠獲得良好結(jié)果。優(yōu)選的是，本發(fā)明的觀察 裝置按照范圍在2毫米到4毫米的距離將入射光瞳向前投影到物方空間。
屏障中的孔可以是任何形狀或尺寸的。實際上，孔的尺寸僅僅受到 用于接收像的裝置的光敏度的限制，并且由此可以將其設(shè)計為提供使用 的特定部件的最佳性能。然而，應(yīng)該認識到，本發(fā)明的優(yōu)點在于所獲 得的像質(zhì)量在可使用極限內(nèi)，對孔的尺寸和形狀不靈敏。
為了在典型環(huán)境條件下提供有效成像并且減小觀察裝置的成像的不 利效果(例如所觀察到的像的影暈)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利的是，孔可以具有
提供F/7到F/12的范圍內(nèi)的相對孔徑的直徑。然而，在明亮條件下，例 如在陽光充足的夏日，可以使用F/15的相對孔徑。出于本發(fā)明的目的，"直
徑"被定義為孔的短軸的尺寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用直徑在0.8毫米到1.0
毫米的范圍內(nèi)的孔以提供良好質(zhì)量的成像，同時能夠?qū)⒃谄琳现行纬煽?的沖擊最小化。在非常明亮的條件下，孔的直徑能夠進一步減小，減小
到小至0.3毫米。
如上所述，觀察裝置可以具有大至180。的視場。然而，應(yīng)該注意
隨著最大視場的增大，觀察裝置可以實現(xiàn)的最大間隔距離將會減小。


作為示例，現(xiàn)在說明適用于位于屏障中的孔后面的監(jiān)視攝像機的本
發(fā)明的實施方式。將參照附圖，在附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的攝像機的剖面圖。
圖2示出了圖1的攝像機的第二剖面圖，它顯示了組成變焦裝置的
兩組透鏡元件的相對移動的效果。
圖3示出了圖1的攝像機的第三剖面圖，它顯示了設(shè)置在透鏡組件
內(nèi)的累斯萊棱鏡的相對轉(zhuǎn)動的效果。
具體實施例方式
攝像機(1)包括透鏡組件(2)，透鏡組件(2)位于殼體(3)內(nèi)。透鏡組件(2)具有光軸(4)。當(dāng)使用時，將攝像機置于屏障(5)的后 面，在這個實施方式中，攝像機(1)的間隔距離(S)是2毫米。屏障 包括孔(6)，在這個實施方式中，孔(6)的直徑近似是1 mm。透鏡組 件(2)包括中繼透鏡組(7)，中繼透鏡組(7)位于攝像機(1)的第一 端(8)。這個中繼透鏡組(7)包括開普勒望遠鏡型的透鏡結(jié)構(gòu)，并且用 于將光聚焦到內(nèi)部焦平面，然后使光基本但不是完全地準(zhǔn)直，從而使得 從中繼透鏡組(7)出射的光線是類準(zhǔn)直的。在本發(fā)明的這個實施方式中， 從中繼透鏡組(7)出射的光的數(shù)值孔徑近似是0.025。因此，中繼透鏡 組(7)將光束調(diào)節(jié)為使得該裝置中的后繼光學(xué)元件可以做得更加小巧。 離開中繼透鏡組(7)的經(jīng)調(diào)節(jié)光然后進入累斯萊棱鏡(9)。累斯萊棱鏡
(9)包括兩個分離的楔形棱鏡(10， 11)。這兩個楔形棱鏡(10， 11) 可以一起旋轉(zhuǎn)或者可以彼此相對獨立地旋轉(zhuǎn)，以改變從透鏡組件(2)的 視場(15)內(nèi)的任何地方進入透鏡組件(2)的光線的方向從而使得視場
(15)可以移動。這兩個楔形棱鏡(10， 11)中的每一個均由兩個光學(xué) 元件(10a， 10b， lla， lib)組成，這些光學(xué)元件(10a， 10b， lla， lib) 成對結(jié)合在一起以形成兩個楔形棱鏡(10， 11)并且由折射率不同的材 料形成以減小像差的出現(xiàn)。透鏡組件(2)還包括變焦裝置(12)，變焦 裝置(12)具有兩組透鏡元件(12a， 12b),這兩組透鏡元件(12a， 12b) 可以沿著光軸(4)彼此相對移動。變焦裝置(12)的透鏡組(12a)用 作調(diào)節(jié)透鏡組并且適于校正由中繼透鏡組(7)或累斯萊棱鏡(9)引入 的任何殘余像差。變焦裝置(12)的透鏡組(12b)附加地包括孔徑光闌
(13)。這個孔徑光闌(13)的實像經(jīng)由中繼透鏡組(7)向前投影到物 方空間，從而產(chǎn)生固定的外部入射光瞳以限制可以進入透鏡組件(2)的 光量。攝像機(1)相對于屏障(5)中的孔(6)被設(shè)置為使得外部入射 光瞳與孔(6)基本重合，以防止由于孔(6)的形狀或質(zhì)量而對像質(zhì)量 造成任何不利影響。攝像機還相對于孔(6)被設(shè)置為使得對象(14)位 于透鏡組件(2)的視場(15)內(nèi)。
圖1到圖3示出了來自對象(14)的入射光(16)隨著其穿過屏障
(5)中的孔(6)和透鏡組件(2)、直到它聚焦到位于攝像機(1)的在透鏡組件(2)后面的第二端(18)的像接收裝置(17)(在這種情況下 是成像傳感器)上的通道。圖2示出了組成變焦裝置(12)的兩組元件 (12a， 12b)的相對移動對入射光(16)的影響。從圖1和圖2可以看 出，對象(14)位于光軸(4)上，即，該對象位于視場(15)的中心。 圖3示出了組成累斯萊棱鏡(9)的兩個楔形棱鏡(10， 11)的相對旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)致現(xiàn)在的位置遠離視場中心的對象(14)儼然進入所觀察像的中心、 從而使得能夠通過變焦裝置(12)的動作來放大或縮小對象的尺寸。
應(yīng)該明白，以上描述并且在附圖中示出的示例僅僅是本發(fā)明的一個 實施方式的示例，并且不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍。
還應(yīng)該明白，盡管本說明書在可見光的角度描述了本發(fā)明的裝置和 方法，但是它的教述還可以應(yīng)用到所有的電磁頻譜，例如對于紅外輻射。
權(quán)利要求
1、一種觀察裝置，該觀察裝置包括第一端(8)，所述第一端(8)用于接收來自視場(15)內(nèi)的入射光并且適于在所述觀察裝置的第二端(18)的像平面上產(chǎn)生聚焦像，所述觀察裝置還包括一個或更多個光學(xué)元件，所述一個或更多個光學(xué)元件可以移動從而可以將來自所述觀察裝置的視場內(nèi)的任何地方的光的方向改變?yōu)楣廨S(4)，由此不需要移動所述觀察裝置自身就能夠移動視場(15)，所述觀察裝置的特征在于所述觀察裝置在所述觀察裝置的第一端(8)包括中繼透鏡組(7)，所述中繼透鏡組(7)在使用中可以在光入射到所述一個或更多個光學(xué)元件之前將該光調(diào)節(jié)成類準(zhǔn)直狀態(tài)。
2、 如權(quán)利要求1所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述中 繼透鏡組(7)的數(shù)值孔徑小于或等于0.03。
3、 如權(quán)利要求l所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述中 繼透鏡組(7)的數(shù)值孔徑在0.017到0.03的范圍內(nèi)。
4、 如權(quán)利要求l所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述中 繼透鏡組(7)的數(shù)值孔徑在0.022到0.028的范圍內(nèi)。
5、 如上述任一項權(quán)利要求所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于 所述觀察裝置包括調(diào)節(jié)透鏡或透鏡組(12a)，所述調(diào)節(jié)透鏡或透鏡組(12a)在使用中位于所述一個或更多個光學(xué)元件與所述觀察裝置的第二 端(18)之間，并且適于在使用中補償由所述中繼透鏡組(7)或者所述 一個或更多個光學(xué)元件引入的任何像差。
6、 如上述任一項權(quán)利要求所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于 所述觀察裝置還包括變焦裝置(12)，所述變焦裝置(12)用于放大所觀 察的像。
7、 如權(quán)利要求6所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于在所述 變焦裝置(12)中并入有調(diào)節(jié)透鏡或透鏡組(12a)。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所 述變焦裝置(12)包括兩組或更多組的透鏡元件(12a， 12b)，并且可以通過所述兩組或更多組之間的線性相對移動而進行工作。
9、 如權(quán)利要求6或7所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述變焦裝置(12)包括固態(tài)變焦透鏡。
10、 如權(quán)利要求6到9中的任一項所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述變焦裝置(12)是可以拆卸的。
11、 如上述任一項權(quán)利要求所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述一個或更多個光學(xué)元件包括一個或更多個累斯萊棱鏡(9)。
12、 如權(quán)利要求ll所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于組成累斯萊棱鏡(9)中的至少一個的楔形棱鏡(10， 11)中的至少一個包括 兩個或更多個元件(10a， 10b， lla， llb)，各個元件由折射率不同的材 料形成。
13、 如權(quán)利要求1到10中的任一項所述的觀察裝置，該觀察裝置的 特征在于所述一個或更多個光學(xué)元件包括一個或更多個反射鏡。
14、 如上述任一項權(quán)利要求所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述透鏡組件具有大至180。的視場。
15、 如上述任一項權(quán)利要求所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述觀察裝置包括孔徑光闌(13)。
16、 如權(quán)利要求15所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于所述孔徑光闌(13)設(shè)置在變焦裝置(12)內(nèi)。
17、 如權(quán)利要求15或16所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于 所述中繼透鏡組(7)在使用中可以將所述孔徑光闌(13)的實像從所述 觀察裝置的第一端(8)向前投影到物方空間，由此產(chǎn)生外部入射光瞳。
18、 如權(quán)利要求17所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于在使 用中，所述孔徑光闌(13)的實像相對于所述觀察裝置保持固定。
19、 如權(quán)利要求17或18所述的觀察裝置，該觀察裝置的特征在于 向前投影所述孔徑光闌(13)的實像，以在距所述觀察裝置的第一端(8) 在2毫米到4毫米的范圍內(nèi)的距離處產(chǎn)生入射光瞳。
20、 如權(quán)利要求17到19中的任一項所述的觀察裝置，該觀察裝置 的特征在于所述觀察裝置在使用中包含在殼體(3)內(nèi)，所述殼體(3)中具有孔(6)，所述觀察裝置按如下方式布置在所述殼體(3)中使得 由所述中繼透鏡組(7)投影的所述孔徑光闌(13)的實像與所述孔(6) 基本重合。
21、 一種通過孔(6)觀察對象的方法，該方法包括使用如權(quán)利要求 17到19中的任一項所述的裝置，將所述裝置布置為使得由所述中繼裝置 向前投影的所述孔徑光闌(13)的實像與所述孔(6)基本重合。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，該方法的特征在于所述孔(6) 的直徑在0.3毫米到1毫米的范圍內(nèi)。
23、 如權(quán)利要求21或22所述的方法，該方法的特征在于所述孔 (6)產(chǎn)生F/7到F/15范圍內(nèi)的相對孔徑。
24、 一種觀察裝置，該觀察裝置基本上如本文參照附圖所述。
25、 一種通過孔觀察對象的方法，該方法基本上如本文所述。
全文摘要
一種觀察裝置包括一個或更多個光學(xué)元件，所述一個或更多個光學(xué)元件可以移動以改變進入該觀察裝置的光的方向，從而使得不需要移動該觀察裝置自身就可以將視場的任何地方的對象重新定位到觀察像的中心。該觀察裝置還包括中繼透鏡組，該中繼透鏡組在光進入光學(xué)元件之前將光調(diào)節(jié)成類準(zhǔn)直狀態(tài)，由此可以產(chǎn)生更加小巧的裝置。該觀察裝置可以附加地包括變焦透鏡機構(gòu)從而使得能夠放大觀察像。
文檔編號G02B26/08GK101479642SQ200780024172
公開日2009年7月8日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者哈賓德爾·拉娜 申請人:英國國防部