专利名称：全方位监视镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种望远镜类型的观测设备，尤其是具有广泛视野，完整精确记录采视空间对象的全方位监视镜。
背景技术：
人类为了弥补眼力的不足，而发明了望远镜，它的主要作用在于集光、放大，提高解析度。然而，集光率受巨大望远镜工艺制造技术与操作上的困难限制，不易无限加大，也使鉴别率无法继续提高，从而放大率也受到限制。
当望远镜本身的极限不容易有较大突破的时候，为了进一步观测，只有在其他方面设法加强，例如加强软片的感光能力，延长暴光时间，各种灵敏侦测器的开发。又如，折光望远镜色散无法完全消除，为此牛顿发明了抛物面反光望远镜，它可以没有色散差。因为抛物面镜磨制比较困难，而球面镜则又会产生球面像差，为此，前苏联光学家马克斯托夫发明了马克斯托夫望远镜(参阅图1及图2，其中虚线部分表示球面像差(1))，它使用球面反射镜(2)与弯月型改正透镜(3)成同心(4)球面，光束(5)经适当厚度与折射率的弯月型改正透镜(3)两次折射后，致使色散接近相互抵消，且略向外侧偏斜，越靠外缘，偏斜越多，再被球面反射镜(2)反射，就可以颇精确的聚焦点(8)，得到品质良好的成像。而今天因为可以磨制极精细的抛物面镜，故很少使用这种球面主镜的望远镜，但也有继续使用的，例如美国德州McDonald天文台的HET(Hobby EberlyTelescope)鉴别率最高可达0.6″。
又如，电荷耦合器(CCD)的制造，它是在一块矽片上制成许多电极，形成相间分布的位井和位垒，当光子射入，产生电子、电洞对，电洞导入基板，电子则被附近的位井所收集，每个位井相当于一个像元(或称画素)，整片就是一个像元阵，形成的电子信号，以时计脉冲驱动，用移动位井的方法转移电荷团，从而读出各像元所收集的信号。
又如，光纤由石英等材料作成，可将一端点位置收集到的讯号，在其外壁全反射前进，至任何其他点再送出处理，输送量大，损失小，不受干扰。
上述的这些新的科学创造，又加上我们对马克斯托夫望远镜长时间使用的经验和理解，为我们创造新的望远镜结构准备了技术基础。
发明内容
根据背景技术的论述，本实用新型的目的在于结合已有有关望远镜的科学技术和产品的工艺技术，提供一项运作时外表只见一个半球，它会把它前方的空间完整且精确的记录下来，视野广阔，其集光，放大和鉴别率都会强于现有技术，可用于天象，地动观测，防空，防盗，数位摄影等的全方位监视镜。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的，全方位监视镜主要由主镜(10)，改正透镜(12)，光圈(14)，半圆弧带(24)，盖板(34)，齿环(36)，齿轮(38)，电源输入线(44)，信号输出线(46)，电荷耦合器(CCD)(50)，光纤(52)组成，其中主镜(10)与改正透镜(12)皆为半球形状，且与半圆弧带(24)共有同一曲率中心(26)，在盖板(34)中央设有光圈(14)，由数条半圆弧带(24)中央成交叉相连，边缘连接至齿环(36)并与齿轮(38)啮合构成一运转架，各半圆弧带(24)上分别镶附CCD群(50)及光纤(52)。
本实用新型的特点和效果是运作时外表只见一半圆球，在它前方空间都被完整且精确的记录下来，视野范围之广非一般器材可及，可同时对大范围，多目标区做精细观测。其可能的集光、放大及鉴别率，与现有望远镜相比，增益很多，它可以应用的地方，包括天象、地动观测、防空、防盗、数位摄影等。
图1为马克斯托夫望远镜(a)图2为马克斯托夫望远镜(b)图3为全方位监视镜略图图4为全方位监视镜断面图图5为聚焦区各弧带与运转架图6为列集光纤两端的聚合与展开图中1-球面像差，2-球面反射镜，3-弯月型改正透镜，4-同心，5-入射光束，8-聚焦点，10-主镜，12-改正透镜，14-光圈，24-半圆弧带，26-中心，28-光束a，29-θa角，30-光束b，32-光束c，34-盖板，35-焦点a，36-齿环，38-齿轮，44-电源输入线，46-信号输出线，48-中轴，50-电荷耦合器(CCD)，52-光纤具体实施方式
由图3和图4可知，本实用新型主要由主镜10，改正透镜12，光圈14，半圆弧带24，盖板34，齿环36，齿轮38，电源输入线44，信号输出线46，电荷耦合器(CCD)50，光纤52组成，其中主镜10与改正透镜12皆为半球形状，且与半圆弧带24共有同一曲率中心26，在盖板34中央设有光圈14，由数条半圆弧带24中央成交叉相连，边缘连接至齿环36并与齿轮38啮合构成一运转架，各半圆弧带24上分别镶附CCD群50及光纤52。
所以这样提出本实用新型的结构方案是考虑到由于马克斯托夫望远镜(参阅图1)的各镜面皆为同心圆球面，顺其曲率延伸，可成为对称于中心点的同心圆球，因此不论任何方向射来的光束，指向球心，经折射与反射后，都会在距主镜曲率半径一半的各光轴上聚焦，所有聚焦点的集合也恰成为另一个同心圆球面。这是个令人兴奋的发现，但有两个问题必须解决第一，必须能控制光束的投影面积，此面积太小，则集光率小，可能的放大率与鉴别率也较差，若太大，会引发色散及球面像差，也会使放大率与鉴别率变差。第二，成像必须能从聚焦面上取出，且不致太过阻挡入射光量，才有意义，一般望远镜多使用副镜将焦面引出，方便侦测，阻挡比率不大，可是副镜为平面或双曲面，没有如球面主镜般可以延伸的条件。
另一方面，由于近年半导体材料、光纤、集成电路、各种软硬件的突破，可望直接在焦面上做扫描式的侦测，再把讯息传递出来分析，并交与电脑做影象处理、放大、显示等，因此前述问题也就一一迎刃而解。
从图可更详细的得知，半球面的主镜10，半球面的改正透镜12，半圆弧带24皆有共同的曲率中心26，经此中心指向任一作用区，都会有相同性质的状态产生。在中心区域设有光圈14机构，其运作方式与一般相机类似，可用以控制入射光量的大小。半球面的改正透镜12材料的折射率，厚度、曲率等，须配合半球面主镜10的曲率加以计算，此可参考马克斯托夫望远镜的制造关系式，任何方向入射的光束，例如光束a28，光束b30，光束c32经过半球面改正透镜12两次折射，再经过半球面主镜10反射后，可以分别得到良好的聚焦，焦点在个别光轴上，位于此主镜10曲率半径约一半的地方，在此聚焦区域，有成十字交叉的两半圆弧带24，其上用许多现有CCD 50(平面一次元或狭长二次元)以错列的方式一一镶附，并可做小间隙聚焦调整。
由图5和图6可知，半圆弧带24连接至齿环36上形成一个运转架，此运转架由一可控制转速的电动的齿轮38，经齿环36传动，绕中轴48运转，每转半圈，前方景物被扫描一周，CCD 50能用以探测影象，所需电脉冲，由电源输入线44传入所获得的电子信号，再由信号输出线46传出，此传出的信号需要有特别设计的软、硬件，经电脑收集、储存及处理后才能做完整的显示，这一套侦测系统做来回半圈式的扫描，便能捕捉连续变动的画面，唯其缺点是在衔接处会有些失真，将来若能配合曲度的弧形CCD，则可以达到接合的完美。
连接于齿环36上，另有一半圆弧带24，其上的聚焦区域列集微细的光纤52，随之来回扫描，传出的讯号同样可以利用电脑合成全体影象。此加入光纤52的优势，在于能将讯息由每一端点任意引至另一处，(参阅图6)展开后方便一一接入分析仪，配合电脑软硬件进行光谱分析、记录、储存、处理及显示，甚至可以只显示其中一单频或一段频率的结合影象等，若再与CCD 50的侦测影象相互对比、检视，会比较容易找出天地间异象发生的位置及状况。另外，此镜所见各方向与其聚焦点系一一对应，所以对事物的发生位置坐标容易准确掌握，若取此镜两套相距两地而置，联合针对一物体观测，可以由彼此所见方位上的差异等，算出此物体的距离及速度等因子。
来自不同方向的入射光束，穿过光圈14，经折射及反射后聚焦，每一处焦点的集光率视光圈14大小及个别入射光束的投影面积大小而不同，例如入射光束a28与中轴48夹θa角29，光圈14所张的面积设为A，则此光束a28投影面积的大小为Acosθa，由此可知，若光圈14不变，入射光束与中轴48夹角越小，投影面积越大，集光率也越大，反之此夹角越大，投影面积越小，集光率也越小。
由于半圆弧带24绕中轴48转，弧带上的旋转半径越大，周长也越长，但每周期内对应同样大小的景物区，暴光率则越小，因此最后收集到的景观影象靠中央区较明亮，越往边缘越暗淡，其它也要考虑入射光束被聚焦弧带阻挡的比例等。调节的方法必须在设计软、硬件时，对亮度做精确的加强与抑制处理，使做后展现的影象较少失真。
权利要求1.一种全方位监视镜，主要由主镜(10)，改正透镜(12)，光圈(14)，半圆弧带(24)，盖板(34)，齿环(36)，齿轮(38)，电源输入线(44)，信号输出线(46)，电荷耦合器(CCD)(50)，光纤(52)组成，其特征在于主镜(10)与改正透镜(12)皆为半球形状，且与半圆弧带(24)共有同一曲率中心(26)，在盖板(34)中央设有光圈(14)，由数条半圆弧带(24)中央成交叉相连，边缘连接至齿环(36)并与齿轮(38)啮合构成一运转架，各半圆弧带(24)上分别镶附CCD群(50)及光纤(52)。
2.根据权利要求1所述的全方位监视镜，其特征在于用于观测时各部件不动，仅半圆弧带(24)绕中轴(48)旋转。
3.根据权利要求2所述的全方位监视镜，其特征在于其中安置有许多CCD(50)的半圆弧带(24)，绕中轴(48)来回做半圈旋转。
4.根据权利要求2所述的全方位监视镜，其特征在于其中列集有细光纤(52)的半圆弧带(24)，绕中轴(48)来回做半圈旋转。
专利摘要一种全方位监视镜,主要由主镜(10),改正透镜(12),光圈(14),半圆弧带(24),盖板(34),齿环(36),齿轮(38),电源输入线(44),信号输出线(46),电荷耦合器(CCD)(50),光纤(52)组成,其中主镜(10),改正透镜(12),半圆弧带(24)共有同一曲率中心(26),中央设有光圈(14),多条半圆弧带(24)成交叉相连,其上分别镶附CCD群(50)及光纤(52)。本实用新型视野广阔,精确记录,可用于天象,地动观测,防空,防盗,数位摄影等,使用维护修理简易。
文档编号G02B19/00GK2497332SQ01259069
公开日2002年6月26日 申请日期2001年9月14日 优先权日2001年9月14日
发明者汪仁虎 申请人:汪仁虎