用于望远镜的无焦附件的制作方法

用于望远镜的无焦附件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年7月15日提交的美国临时申请no.62/874,490的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及一种用于望远镜的无焦附件。


背景技术：

4.无焦适配器是通常由两个或更多个透镜制成的光学设备，该两个或更多个透镜接收并扩展或收缩进入跟随无焦适配器的透镜的电磁辐射波。无焦适配器没有焦点，但会调整所接收的图像的大小。无焦适配器的另一个名称是“光束扩展器”。光束扩展器可以扩展或收缩入射光束。


技术实现要素：

5.本公开涉及一种用于望远镜的无焦附件。如本文所公开的望远镜可以被认为是光学的或数字的，并且指的是例如武器瞄准镜、双筒望远镜、相机镜头或其他光学设备。本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节在以下描述和附图中阐述，以使本领域普通技术人员能够实践所公开的主题。通过说明书、附图和权利要求书，所述主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
6.在实施方式中，一种无焦附件，包括：光通道，包括接收端和发送端，所述光通道限定第一光轴。该无焦附件还包括：第一透镜，位于光通道的接收端处；以及第二透镜，位于光通道的发送端处；内壳，包括内表面，该内表面限定用于第二透镜的盛载器。该内壳可以包围光通道的一部分。无焦附件还包括外壳，其包围内壳的至少一部分，并且可移动地附接到内壳，以允许相对于无焦附件来调节光轴。提供了安装连接件，用于将无焦附件安装在光学仪器(例如，望远镜或步枪瞄准镜)的物镜前面的位置中，其中该光学仪器限定第二光轴。安装位置可以使得第一光轴和第二光轴可以对准。无焦附件还包括至少一个调节机构，其与内壳接触，并允许精确调节第一光轴的对准。
7.实施方式可以可选地包括以下特征中的一个或多个。
8.在一些实例中，安装连接件是摩擦安装件，其包括保持带和紧固螺钉。安装连接件可以固定到内壳或外壳。
9.在一些实例中，安装连接件是螺纹和螺钉型连接件，并且无焦附件直接螺纹连接到光学仪器上。安装连接件可以固定到内壳或外壳。
10.在一些实例中，安装连接件是卡口式安装件。
11.在一些实例中，安装连接件包括安装块，该安装块附接到外壳，并被配置为安装到由光学仪器共享的皮卡汀尼导轨。附加地，安装块可以允许调节无焦附件在轨道上方的高度。
12.在一些实例中，由无焦附件产生的放大率是可调节的。可以通过平移第三透镜来调节放大率，该第三透镜由位于第一透镜和第二透镜之间的中间壳体支撑，并可沿光轴平移。
13.在一些实例中，无焦附件包括主反射器和辅反射器，并且进入无焦附件的辐射从主反射器反射到辅反射器。
14.在一些实例中，无焦附件包括数字光学封装，该数字光学封装位于第一透镜的中心死区中并包括：至少一个孔，用于接收电磁辐射；处理设备，用于将电磁辐射转换为数据；以及数字光学投影仪，被配置为除了由光通道提供的图像之外还通过第二透镜投影基于数据生成的叠加图像。数字光学封装可以包括夜视光学系统、红外光学系统、激光测距仪或其任何组合。
15.本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。通过说明书、附图和权利要求书，所述主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
16.图1是根据本公开的实施方式的被配置有无焦附件的望远镜的等距视图100。
17.图2是根据本公开的实施方式的被配置有如图1所示的示例无焦附件的望远镜的局部分解侧视图200。
18.图3是根据本公开的实施方式的双透镜配置中的示例无焦附件的剖视图300。
19.图4是根据本公开的实施方式的三透镜配置中的示例无焦附件的剖视图400。
20.图5是根据本公开的实施方式的安装有数字光学封装的示例无焦附件的剖视图500。
21.各附图中相似的附图标记和标志指示相似的要素。
具体实施方式
22.本公开描述了用于望远镜(特别是望远镜的物镜端)的无焦适配器附件(“无焦附件”)。在本公开中，“望远镜”可以被认为是光学的或数字的，并且指的是例如武器瞄准镜、双筒望远镜、相机镜头或其他光学设备。无焦系统由两个光学聚焦系统的组合形成，并且可以具有固定的或可变的命名。
23.所描述的无焦附件允许在进入望远镜之前改变(例如，放大)所接收的电磁辐射(或“光”)。例如，步枪瞄准镜可以具有2倍的基本放大率，并且无焦附件可以允许对所接收的图像在范围从2倍至4倍水平的放大率。在该示例中，安装有无焦附件的整个望远镜系统将具有4倍至8倍的整体放大率。在另一示例中，可以增大望远镜的放大率，将具有4倍放大率的望远镜转换为具有更高有效放大率(例如8倍或16倍)的望远镜。在一些实例中，无焦附件的光轴可以被配置为允许独立调节，从而允许容易移除和重新安装该无焦附件，而无需重新调节望远镜本身。
24.本文提出的设计的益处在于，所描述的无焦附件可以允许对望远镜的光学特性进行快速且廉价的改变。在一些实施方式中，无焦附件可以允许改变望远镜的一个或多个特性(例如，视场或放大率)，或以其他方式影响所接收的电磁辐射(例如光的光学、紫外线和红外线波长)。在一些实施方式中，无焦附件可以向用户提供附加细节或信息，而这是常规
望远镜无法提供的。例如，除了增加望远镜的放大率之外，无焦附件还可以附加地包括激光测距仪或红外(ir)成像设备，该红外(ir)成像设备为望远镜的物镜提供ir叠加图像。
25.图1是根据本公开的实施方式的被配置有示例无焦附件102的望远镜100的等距视图。在图1中，望远镜101是步枪瞄准镜。尽管没有示出所有可能的实施方式，但是如本领域普通技术人员将理解的，可以以不同方式实现无焦附件102到望远镜101的附接。在一些实施方式中，无焦附件102可以通过半永久性安装件104耦接到望远镜101。在一些实例中，安装件104可以使用夹紧机构、螺纹、磁铁、翼形螺钉、弹性带、粘合剂或与本公开一致的任何其他方法来将无焦附件102附接到望远镜101的物镜端。在一些实例中，无焦附件102可以螺纹连接到安装件104。在一些实例中，用户可以从望远镜101的末端容易地附接或移除无焦附件102。在一些实例中，可以在无焦附件102和安装件104之间使用快速释放机构，从而通过例如无焦附件102相对于安装件104简单转动45度或90度来允许安全地连接无焦附件102以及从安装件104容易地移除无焦附件102。在一些实施方式中，无焦附件102不直接安装到望远镜101，而是将望远镜101和无焦附件102两者同轴地安装在导轨上。例如，如果望远镜101是步枪瞄准镜，并安装到枪支上的皮卡汀尼导轨上，则安装件104可以被配置为将无焦附件102刚性地附接到望远镜101前面的皮卡汀尼导轨。在这些实施方式中，因为无焦附件102本质上是无焦的，所以不需要将其定位在距望远镜101的物镜的精确距离处。这些实施方式还可以包括垫圈或盖，其可以阻挡光和/或灰尘进入无焦附件102与望远镜101之间的系统。
26.在一些实施方式中，安装件104可以被配置为是防震的，并被设计为承受枪支的后坐力而不破坏无焦附件102与望远镜101之间的对准。在一些实例中，安装件104可以被配置为与无焦附件102的外壳106或内壳(未示出-参见图3)是一体的，并且整个系统可以螺纹连接或附接到望远镜101(例如，使用本领域普通技术人员将理解的卡口凸耳或其他安装点)。因此，本公开不限于所提供的示例。例如，所使用的不同安装结构可以是锁定型表面(未示出)，其插入对应的配合型表面(被配置为望远镜101的一部分)，并滑动/扭转到位以将无焦附件102锁定在望远镜101上。
27.在另一示例中，安装件104可以由磁吸材料(例如，铁、钢或其他铁磁/顺磁材料)制成，并且无焦附件102的外壳106可以被配置有磁体，以将无焦附件102固定到望远镜101(或反之亦然)。在一些配置中，无焦附件102可以被配置为使用螺纹、夹子、螺钉或其他附接方法来与望远镜101耦接。例如，望远镜101的物镜端可以带有螺纹，以与配置在无焦附件102的外壳106或内壳(未示出-参见图3)中的螺纹或其他结构接合。
28.在一些实施方式中，无焦附件102可以被密封(例如，气密地)，以防止光通道的外部污染。在这些实施方式中，光学腔室可以填充有例如氮气或氩气，以防止可以降低无焦附件102的光学性能的气体、水蒸气或其他不期望的物质(例如灰尘或污垢)的侵入。
29.图2是根据本公开的实施方式的被配置有如图1所示的示例无焦附件102的望远镜101的局部分解侧视图200。在图2的一些实施方式中，安装件104是夹式设计，其使用摩擦力固定在望远镜101的前部。光轴202被描绘为虚线，并表示无焦附件102的主光轴。在一些实施方式中，无焦附件102提供用于对光轴202的对准进行调节的机构(例如，转塔螺钉、蜗杆驱动器或弹簧，以及与本公开一致的其他机构)，使得无焦附件102可以标称与望远镜101的光轴对准。
30.图3是根据本公开的实施方式的双透镜配置中的示例无焦附件102的剖视图300。虽然所描绘的实施方式包括两个透镜，但多于两个透镜是可能的(例如，参考图4)。此外，虽然第一透镜304和第二透镜306均被示为单个透镜，但在一些实施方式中，它们都是透镜系统，其包括用于每个透镜系统的多个分级透镜。
31.如图3所示，第一透镜304可以定位为将入射电磁辐射重定向到第二透镜306。在一些实施方式中，第二透镜306将从第一透镜304接收的电磁辐射发送到望远镜101的物镜(未示出)。在一些实例中，第一透镜304和第二透镜306可以以提供放大功能的方式布置。在该配置中，无焦附件102可以被配置为扩展电磁辐射，并提供大于1倍(例如，2倍或4倍)的放大率。备选地，无焦附件102可以用于收缩电磁辐射束，并提供小于1倍(例如，0.5倍或0.7倍)的放大率。
32.在一些实施方式中，第二透镜306可以由内壳302支撑。内壳包围由光轴202限定的光通道的至少一部分。在一些实施方式中，并且如图3所描绘的，第一透镜304也可以由内壳302支撑。在其他实施方式中，第一透镜可以替代地固定到外壳106，或固定到未示出的附加结构。应当注意，在一些实施方式中，第一透镜304和第二透镜306可以是单个透镜或多个透镜的组(例如，使用粘合剂或其他方式固定的两个或更多个透镜)。
33.在一些实施方式中，内壳302可以以允许调节内壳302的对准的方式与外壳106耦接。在备选实施方式(未示出)中，光轴202和光通道可以由外壳的轴(例如，纵轴)限定。在该备选实施方式中，第一透镜304可以固定到外壳106，并且外壳106可以被配置为是可移动的，而内壳302和第二透镜306固定到安装件104。在该配置中，第二透镜306是固定的，并且第一透镜304是可移动的。
34.在一些实施方式中，可以使用允许内壳302与外壳106之间的移动的耦接件308(例如一个或多个螺旋弹簧、板簧、摩擦安装件或与本公开一致的其他类型的耦接件)来将内壳302和外壳106耦接在一起。在这些实施方式中，耦接件308可以处于压缩应力下，并确保内壳302保持在固定位置，除非使用调节机构手动调节。在一些实施方式中，耦接件308可以是但不限于螺旋弹簧、板簧、球窝型接头、摩擦安装件或与本公开方法一致的允许内壳302与外壳106相对于彼此移动的任何其他附接方法。例如，移动可以是关于一个或多个轴的平移，或关于一个或多个枢轴点的旋转。例如，在一个实施方式中，内壳302以球窝型接头安装到外壳106中，这允许围绕在球中心处的枢轴点旋转。然后调节转台(例如，升降转台107)可以推动或拉动内壳302的一部分。
35.在一些实施方式中，调节机构可以是一个或多个升降转台107，其设置为允许对光轴202(例如，光轴202的水平轴或垂直轴)的微调。尽管图3中描绘了升降转台107，但除了升降型转台组件之外的其他机构也可以用于执行所描述的对光轴202的微调。在所描绘的图3的实施方式中，随着升降转台107升高或降低(例如，通过螺纹或类似机构)，内壳302的一个或多个部分可以相对于外壳106物理地升高或降低。该功能允许光轴202的对准，以获得最佳观察或确保武器准确性。
36.在一些实施方式中，可以提供视差机构(例如旋钮)(未示出)，其可以调节无焦附件102中的一个或多个透镜的位置，以允许用户补偿用户眼睛的位置与光轴202之间的视差误差。例如，视差机构可以通过调节第一透镜304的位置来调节在望远镜101内部的标线的焦距，以在用户的眼睛离轴时最小化标线的明显移动。
37.图4是根据本公开的实施方式的三透镜配置中的示例无焦附件102的剖视图400。在图4中，光轴202与第二透镜306和内壳302对准。与前面的时论一致，在该实施方式中，第一透镜304固定到外壳106，而不是如图3中的内壳302。所示配置包括位于第一透镜304与第二透镜306之间的附加第三透镜402。
38.在一些实施方式中，第三透镜402可以由中间壳体404支撑，该第三透镜402可以被配置为可沿光轴平移。例如，蜗轮(未示出)可以与旋转环(未示出)一起使用，以允许操作者调节第一透镜304/第三透镜402与第二透镜306/第三透镜402之间的相对距离。该配置可以允许在特定范围(例如，2倍-4倍)内连续提供可调节放大率的可调节变焦特征或无焦附件102。
39.在一些实施方式中，当第三透镜402平移时，第一透镜304也可以以成比例的距离平移，以确保无焦附件102的焦点在变焦改变时保持恒定。这可以通过例如蜗杆驱动系统来实现，该蜗杆驱动系统使用凸轮和销配置以在外环旋转时以非线性方式平移第三透镜402和第一透镜304两者。
40.在一个示例中，无焦附件可以提供设定的放大率(例如2倍或3倍)，并提供用于将无焦附件瞄准望远镜(例如，步枪瞄准镜)的转台调节。
41.在一些实施方式中，无焦附件可以可选地包括焦点调节特征。例如，可以提供机构(例如，旋钮、齿轮或枢轴槽)以允许操作者调节无焦附件的透镜几何，以便调节产生的焦点。
42.在与任何描述的实施方式可组合的另一实施方式中，无焦附件可以被配置为提供多个放大率水平。例如，无焦附件可以提供2倍放大率，其可以切换到4倍放大率。在另一示例中，无焦附件可以被配置为提供两个值之间的连续可调节放大率水平。在该示例中，可以通过移动系统中的一个或多个透镜(例如，向前或向后平移中间透镜)来调节放大率。
43.在与所描述的实施方式中的任何一个可组合的另一实施方式中，无焦附件可以以串联对准的折射透镜或连续透镜为特征。备选地，透镜可以被配置为是反射性的(例如，一组镜子或部分镜面)，并且可以通过多个路径(例如，将光发送到望远镜的物镜端的路径和将光发送到仪器(例如，数字接收器、夜视系统或记录系统等)的路径)分割所接收的电磁辐射。在一些实施方式中，仪器可以在透镜内居中，或放置在相对于透镜的任何位置。
44.图5是根据本公开的实施方式的安装有数字光学封装的示例无焦附件的剖视图500。
45.图5中所示的无焦附件500包括外壳106、升降转台107、内壳302和耦接件308，如前所述。在该实施方式中，第一透镜304和第二透镜306是透镜组，其包括多个透镜，该多个透镜可以是分离的或连接为单个部件(例如，通过粘合剂或其他接合方法)。
46.无焦附件500包括安装件104，该安装件104可以类似于关于图1所描述的安装件104，或是不同的。例如，如图5所示，安装件104位于无焦附件500下方，并被配置为安装到公共底座510上。在该实施方式中，底座510可以是皮卡汀尼导轨，其可以在安装件104与望远镜101之间共享。在一些实施方式中，安装件104可以是高度可调节的，以允许无焦附件500与望远镜101对准。在其他实施方式中，安装件104可以被定制设计为预定高度或其他尺寸。在无焦附件500不直接固定到望远镜101的物镜端的实施方式中，可以提供盖512以防止或限制光、灰尘或其他形式的污染进入无焦附件500与望远镜101之间的空间。盖512可以是橡
胶套盖、折叠式盖、垫圈或其他合适的部件。
47.无焦附件500包括数字光学封装502。数字光学封装502可以是单独的系统，其与第一透镜组304同时接收电磁辐射。数字光学封装502可以具有位于第一透镜组304中心的独立孔。在一些实施方式中，数字光学封装位于死区中，或位于第一透镜组304不接收有用电磁辐射的区域中。在一些实施方式中，数字光学封装在外壳106外部，并且来自数字光学封装502的数据通过外壳106(例如，经由光纤或导线)发送到数字光学投影仪(未示出)。
48.在一些实施方式中，数字光学封装502包括夜视封装。在这些实施方式中，来自可见光谱和近ir光谱的环境光在孔处被收集，通过一个或多个光电倍增管，并到达位于数字光学投影仪508中的荧光屏上。在一些实施方式中，数字光学封装502包括ir封装，其产生表示所接收的ir辐射的热图像。例如，数字光学封装502可以包括微测热辐射计阵列，其基于变化的入射ir辐射来产生变化的电阻。这些电阻可以由计算设备测量和处理，并且结果可以在数字光学投影仪508中的显示器上产生。在一些实施方式中，数字光学封装502包括激光测距仪。在这些实施方式中，数字光学封装可以发射激光脉冲，并记录发射时间与接收到从物体反射的激光返回的时间之间的时间延迟，从而产生飞行时间。可以基于所测量的飞行时间和所估计的激光速度来计算到物体的距离。然后可以在数字光学投影仪508的显示器上呈现该信息。数字光学封装502可以包括前述特征的组合或所接收的电磁辐射的其他数字处理。在一些实施方式中，数字光学封装502具有两个或更多个孔，并将数据提供给两个或更多个显示器。在一些实施方式中，数字光学封装502包括单个孔。数字光学封装502可以包括一个或多个电源(例如，电池、太阳能电池等)，其可以位于数字光学封装502和外壳106的内部，但也可以位于数字光学封装502的外部，或位于无焦附件500的外部。
49.数字光学投影仪508从数字光学封装502接收数据。该数据可以是离散信息(例如，串行数据或数字数据)或模拟信息(例如，连续电压或光子等)。数字光学投影仪508可以具有一个或多个显示器，其将所接收的数据转换为图像中的光，然后该图像被投影到无焦附件500的发送端。数字光学投影仪508可以包括一个或多个透镜，其可以与光通道分开或作为光通道的一部分。
50.进入无焦附件500的电磁辐射或光通过第一透镜组304，其中电磁辐射或光被引导到第一反射器504。第一反射器504将入射辐射重定向并聚焦回第二反射器506。离开第二反射器506的辐射可以与离开数字光学投影仪508的辐射结合，通过第一反射器504中的开口或切口，然后通过第二透镜组306进入望远镜101的物镜端。这导致在望远镜101的观看端的用户看到与在没有无焦附件500的情况下将看到的图像相比经放大的图像，该图像包括包含由数字光学投影仪508产生的数字图像在内的叠加。例如，这可以产生具有热图像叠加的经放大图像，显示高ir发射区域或“热点”区域。在另一示例中，可以在望远镜101的观看端观看具有如由激光测距仪确定的数字地显示的距离的经放大图像。
51.上述描述是在一个或多个特定实施方式的上下文中提供的。在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施方式进行各种修改、改变和置换。例如，虽然上述无焦附件102已经根据图1中所示的望远镜101的附件进行了描述，但是如本领域技术人员将理解的，无焦附件可以适于以与本公开一致的方式附接到任何其他相机/光学系统，或与任何其他相机/光学系统一起使用。此外，尽管无焦附件102以特定的形状、配置或定向示出，但是如本领域技术人员将理解的，无焦附件102可以被配置为与本公开一致的任何形状、配置或
定向。因此，本公开并非意在仅限于所描述的或示出的实施方式，而应赋予与本文中公开的原理和特征一致的最宽范围。