专利名称：具有可调整光阑的双放大率双筒望远镜的制作方法
对具有关的临时专利申请的交叉参考本专利申请根据USC35§119(e)的规定提出对于2001年12月26日提交的美国临时专利申请60/343,662优先权要求。该临时专利申请的内容已在本文中被全面引用。
本发明领域本发明涉及双放大率双筒望远镜，尤其是，下文中将阐述，涉及一种具有可调整的光阑因而具有基本上恒定的亮度的双放大率双筒望远镜。
本发明背景授予Ellis I.Betensky的美国专利5371,626、5,500,769、5,532,875以及5,499,140揭示了一种具有一个用于在望远镜的低放大率(视野较宽)与高放大率(视野较窄)之间进行快速转换的结构的双放大率双筒望远镜，本文将引用这些专利的内容。在下文中，本发明的说明将结合这些专利的那种基本结构即具有固定的和可运动的部件的双筒望远镜进行。应该理解，本发明也适用于具有其它结构的双放大率望远镜。
在一个具有不可调孔径光阑(aperture stop)(例如孔径光阑是由望远镜的物镜所限定)的双放大率双筒望远镜被从其低放大率位置(例如5X位置)转换到其高放大率位置(例如10X位置)时，望远镜的出射光瞳的直径将发生很大变化，因而使用者看见的图像的亮度也发生变化。具体地说，望远镜的出射光瞳的尺寸将减小一个等于低放大率对高放大率之比的量。
例如，下文将图示说明，按照本发明的某些方面，出射光瞳的直径可保持在一个3mm或更小一些的数值，以便得到高质量的图像而又不必用过分复杂因而昂贵的光学系统。如果一个具有不可调孔径光阑的双筒望远镜在其低放大率位置具有这样一个出射光瞳，那么在其高放大率位置其出射光瞳直径仅为1.5mm，就是2∶1(例如10X对5X)的双放大率双筒望远镜。对使用者来说，出射光瞳的尺寸的减小及其造成的亮度的降低是明显的，也是很讨厌的，尤其是，在能够在其两个放大率之间快速转换的双放大率双筒望远镜(这是较佳的)中，这种情况尤其明显。相比之下，那种可变焦距望远镜在其放大率调整范围内的运动相对较慢，因而对使用者来说，其亮度随放大率增大的降低不明显因而也不那么令人讨厌。
换一种方式来看，可以针对高放大率位置选择出射光瞳的尺寸，并允许它在低放大率位置变得较大。但是就低成本双筒望远镜而言，这将是一个问题，因为在出射光瞳尺寸增大时很难在低放大率位置校正像差。解决这一问题的一个办法是在高放大率位置用小的出射光瞳，例如像上述那样的直径为1.5mm的出射光瞳。但是，这种变通的作法不是很有吸引力，因为这样的望远镜在高放大率位置时在较暗的光线中的性能将不好，而且在低和高放大率之间亮度的变化对使用者来说也将很明显。
本发明致力于解决双放大率双筒望远镜的低和高放大率之间的这一亮度差异问题，并且提供一种既能解决这一问题又容易以低成本大批量制造的光学机械系统。
本发明概述按照本发明的第一方面，本发明提供一种可以传输光线并具有第一和第二两个设定点(setting)的光学系统，第一设定点提供放大率M1，而第二设定点提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述系统的出射光瞳的直径对于第一设定点为D1，而对于第二设定点为D2；(iii)D2和D1大致相同(即1.0＜D1/D2＜1.5)；以及(iv)第一和第二设定点是这种光学系统的仅有的停靠位置(rest position)。
按照本发明的第二方面，本发明提供一种可以传输光线并具有第一和第二两个设定点的光学系统，第一设定点提供放大率M1，而第二设定点提供放大率M2，其中
(i)M2/M1＞1.0；(ii)第一和第二设定点是这种光学系统的仅有的停靠位置；以及(iii)该光学系统包括一个两位置孔径光阑(two position aperture stop)，该孔径光阑在所述系统处于第一设定点时比在所述系统处于第二设定点时限制更多的光线。
在本发明的这一方面的几个较佳实施例中，光学系统包括一个物镜和一个目镜，两位置孔径光阑是在物镜与目镜之间，并且它离物镜更近。
按照本发明的第三方面，本发明提供一种可传输光线的光学系统，该系统包括(a)具有一个光圈的光圈组件(aperture assembly)，该光圈组件具有两个方位，在其中一个方位该光圈限制光学系统传输的光线的量(限制光线方位)，而在其中另一个方位该光圈不限制光学系统传输的光线的量(非限制光线方位)；(b)一个第一机构，该机构用于使该光圈组件在限制光线方位与非限制光线方位之间运动，该第一机构具有一个运动路径，该路径包括对应于限制光线方位的第一停靠位置和对应于非限制光线方位的第二停靠位置；(c)一个第二机构，该机构具有一个弹簧，该弹簧(1)被构造成能把第一机构偏压于第一停靠位置或者偏压于第二停靠位置；(2)一旦第一机构沿着其运动路径运动超过了一个第一位置就使第一机构自动地转换到所述第一停靠位置；(3)一旦第一机构沿着其运动路径运动超过了一个第二位置就使所述第一机构自动地转换到所述第二停靠位置；以及(d)一个第三机构(例如扳钮开关17、力传递构件62和光圈71)，该机构被构造成(i)在第一机构处在其第一停靠位置时可使第一机构在第一停靠位置与所述第二位置之间运动；以及(ii)在第一机构处在其第二停靠位置时可使第一机构在第二停靠位置与所述第一位置之间运动。
按照本发明的第四方面，本发明提供一种可传输光线的光学系统，该系统包括
(a)传输光线的透镜组件(例如物镜19)；(b)一个用于移动透镜组件以使光学系统聚焦的聚焦系统；(c)一个接收来自透镜组件的光线的光圈组件，该光圈组件包括一个具有两个方位的光圈，在其中一个方位该光圈限制光线传输(限制光线方位)，而在另一个方位光圈不限制光线传输(非限制光线方位)；以及(d)用于在两个方位之间转换光圈组件的光圈驱动机构(例如本发明的第三方面的第一、第二和第三机构)；其中，在聚焦系统使透镜组件运动时它也使光圈组件运动，但不改变光圈组件的方位。
在本发明的这一方面的几个较佳实施例中，光圈驱动机构包括一个可运动的构件(例如构件41)，该构件允许光圈组件在聚焦系统使透镜组件和光圈组件运动的过程中保持其方位。
在另几个较佳实施例中，光圈组件包括至少一个长槽(例如长槽53)，并且可运动的构件包括至少一个在该至少一个长槽内运动的销子(例如销子55)。
在再几个较佳实施例中，该光学系统还包括一个筒壳(例如物镜筒壳29)，该筒壳包括至少一个斜面(例如斜面57)，该斜面接触于可运动的构件(例如接触于构件41的销子55)并引导该构件，以便在光圈驱动机构在两个方位之间转换光圈组件的过程中使光圈组件从非限制光线方位运动到限制光线方位。
按照本发明的第五方面，本发明提供一种可传输光线的光学系统，该系统包括(a)一个包括一个光圈的光圈组件，该光圈组件具有两个方位，在其中一个方位光圈限制光学系统传输的光线的量(限制光线方位)，而在其中另一个方位光圈不限制光学系统传输的光线的量(非限制光线方位)；以及(b)一个用于使该光圈组件在两个方位之间转换的光圈驱动机构(例如本发明的第三方面的第一、第二、和第三机构)，该机构包括一个弹簧(例如扭力弹簧59)，在光圈组件处在限制光线方位时该弹簧把光圈组件偏压于所述限制光线方位，而在光圈组件处在非限制光线方位时该弹簧把光圈组件偏压于所述非限制光线方位。
按照本发明的第六方面，本发明提供一种可传输光线的光学系统，该系统包括(a)一个包括一个光圈的光圈组件，该光圈组件具有两个方位，在其中一个方位光圈限制光学系统传输的光线的量(限制光线方位)，而在其中另一个方位光圈不限制光学系统传输的光线的量(非限制光线方位)；(b)一个用于使光圈组件在所述两个方位之间转换的光圈驱动机构(例如本发明的第三方面的第一、第二、和第三机构)，该光圈驱动机构具有对应于限制光线方位的第一停靠位置和对应于非限制光线方位的第二停靠位置；以及(c)一个包括至少一个斜面(例如斜面57)的筒壳(例如物镜筒壳29)，该斜面接触于光圈驱动机构，以便在所述光圈驱动机构从其第二停靠位置向其第一停靠位置运动的过程中把光圈组件从非限制光线方位引导到限制光线方位。
在本发明的这一方面的几个较佳实施例中，该斜面是阶梯形的。
按照本发明的第七方面，本发明提供一种可传输光线的光学系统，该系统具有一个出射光瞳并且包括(a)传输光线的透镜组件(例如物镜19)；(b)一个用于使透镜组件移动以使该光学系统聚焦的聚焦系统；以及(c)一个接收来自透镜组件的光线的光圈组件，该光圈组件具有两个设定点，在这两个设定点该光圈组件对光学系统传输的光线的限制量不同；其中，在聚焦系统使透镜组件运动时它也使光圈组件运动，以使得在聚焦过程中该光学系统的出射光瞳的尺寸基本上保持恒定。
按照本发明的第八方面，本发明提供一种用于使光学系统在一个较低的放大率设定点与一个较高的放大率设定点之间进行转换的方法，该方法包括(a)提供一个具有对应于较低的放大率设定点的第一停靠位置和对应于较高的放大率设定点的第二停靠位置的转换机构，该转换机构具有在第一停靠位置与第二停靠位置之间的运动路径；以及(b)一旦该转换机构沿着其运动路径运动超过了一个第一位置该转换机构就自动转换到所述第一停靠位置，以及，一旦该转换机构沿着其运动路径运动超过了一个第二位置该转换机构就自动转换到所述第二停靠位置。
在本发明的这一方面的几个较佳实施例中，自动转换是由一个扭力弹簧(例如跨越弹簧73)促成的。
按照本发明的上述各个方面中的每一方面，这种光学系统较佳地具有两个放大率(M1和M2)以及两个对应的出射光瞳直径(D1和D2)，它们满足至少下列关系之一并且最好是满足所有下列关系M2/M1＞1.5；和/或(D1·M1)/(D2·M2)＜1.0；和/或(D1·M1)/(D2·M2)＜0.75。
例如，对于下面提出的规定，M2/M1近似为2(例如为1.9)，以及(D1·M1)/(D2·M2)近似为0.6(例如为0.63)。
本发明的各个方面的上述概要中括号内的附加说明只是为了便于读者的理解，而不能被认为是也不应该被解释为限制本发明的范围。更一般地说，应该理解，以上本发明的概述和下面本发明的详细说明都只是示例性的，应该被认为是为理解本发明的特性和性质提供了概要或框架。而且，还应该理解，本发明的上述各个方面，包括它们的各较佳实施例，如果愿意，可以单独应用，也可以几个方面或将所有各方面组合起来应用。
本发明的其它特点和优点将在下面的详细说明中阐述，对于熟悉本技术领域的人，很容易从详细说明中理解并在实践本发明中认识到这些特点和优点。给出的附图有助于进一步理解本发明，这些附图构成本说明书的一部分。
附图简要说明
图1A和1B是按照本发明构造的光学系统的示意性侧视图，它们分别表示光学系统处于其低和高放大率位置。这一实施例在目镜部件21中采用一个消球差透镜表面。
图2A和2B是按照本发明构造的光学系统的示意性侧视图，它们分别表示光学系统处于其低和高放大率位置。这一实施例只采用球面透镜表面。
图3是按照本发明构造的一个双筒望远镜的立体视图。
图4-10是表示图3的双筒望远镜的机械方面的结构。在这些图中，为了表示得清楚，已经去掉了望远镜的对于理解图示的机构是没有必要的那些构成部件。并且，除图3，4和9之外，只表示出望远镜一侧的部件(例如只表示出一个镜筒)，这也是为了表示清楚起见。应该理解各图所示的功能和结构适用于望远镜的两个镜筒，并且两个镜筒的功能和动作是同步的。具体地说，图5-8和10中所示的镜筒在使用中将是位于使用者的右手边。
图4是一个聚焦机构的立体图。
图5A和5C是物镜筒壳的剖面图，而图5B是其立体图，它装有一个可运动的光圈组件和一个物镜(例如一个物镜组)。
图6A和6B分别是表示图5的可运动光圈组件的限制光线方位和非限制光线方位的剖面图，这里的方位是相对于物镜筒壳而言，两个方位分别用于望远镜的低放大率设定点(图6A)和高放大率设定点(图6B)。
图7A和7B是用于驱动可运动的光圈组件的驱动系统的第一机构(第一机械机构)的立体图，该机构分别处于其低放大率停靠位置(图7A)和高放大率停靠位置(图7B)。
图8A和8B是用于驱动可运动光圈组件的驱动系统的第二机构(第二机械机构)的立体图，该机构分别处于其低放大率停靠位置(图8A)和高放大率停靠位置(图8B)。图8C是第二机构处于其高放大率停靠位置的端视图。这些图中表示出第二机构使用了一个可运动的跨越弹簧。
图9A和9B表示出用于驱动可运动的光圈组件的驱动系统的第三机构(第三机械机构)，该机构分别处于其低放大率停靠位置(图9A)和高放大率停靠位置(图9B)。
图10A和10B表示出在为了使望远镜聚焦而使物镜筒壳运动的过程中，相对于光学系统的物镜可运动的光圈组件的保持其限制光线方位及其位置的能力。这一方位和位置的保持是重要的，因为它可以避免在望远镜在其低放大率设定点聚焦时图像亮度的变化。图10A表示出物镜筒壳处在适于对一个远目标进行聚焦的位置，而图10B表示出对一个近目标进行聚焦时筒壳的位置。在这两个图中可以看出，图10A中的物镜筒壳和望远镜的目镜之间的距离比图10B中的小。在这两个位置，可运动的光圈组件都保持与物镜筒壳的遮光圈(diaphragm)接触。
图11A和11B表示出可调整的孔径光阑，尤其是两个位置的孔径光阑的另一实施例，分别表示出其处于低放大率(图11A)和高放大率(图11B)状态。
在以上各图中，用类似的标号标示类似的或对应的零件。各个元件和对应的标号列于表3。
本发明的详细说明A.光学方面前已指出，本发明致力于解决双方大率望远镜在其高和低放大率设定点之间转换时的亮度变化问题。具体说，本发明提供的光学系统的出射光瞳的尺寸(直径)在两个放大放大率设定点几乎是相同的，例如，最大的出射光瞳与最小的出射光瞳之比较佳地是小于1.5，更佳地是小于1.4，最佳地是小于1.3，例如是大约1.2。
按照本发明，这一目的是通过减小光学系统在低放大率设定点处的光圈来实现。只能在两个位置可以这样作。其中之一是在出射光瞳处，但这是不实际的，因为使用者需要把他的眼睛放在出射光瞳处。虽然使用者的眼睛在明亮的光线中将使系统的光圈缩小，但是望远镜也常常在昏暗的光线中使用，它应该在明亮的光线中使用时和在较暗的条件下使用时都能给出极好的图像质量。
另一个可用于缩小光圈的位置是在与出射光瞳共軛的平面处。对于低放大率位置和上述Betensky的专利中揭示的那种型式的望远镜，这一平面是在靠近物镜处，并且其位置随着放大率改变到高放大率位置变化相当大(向目镜移动)。而且，对于Betensky的专利的大多数规定，在处于低放大率方式时这一平面位于物镜之前好大距离处。用于缩小光圈这是一个不可取的位置，因为它会使光学系统不必要地加长。
因此，本发明的双放大率双筒望远镜的特点之一是对于其低放大率位置，望远镜具有一个有意放在物镜的后面很近处的光阑。具体地说，这一孔径光阑的位置是被限定在物镜的后面(即在物镜的出射光瞳那一侧)，之所以能够这样做，是因为用透镜设计程序，诸如美国亚利桑那州Tucson市的Focus Software公司销售的ZEMAX程序，把透镜最佳化了。
以这一限定为条件，位于这一光阑后面的各光学部件应该选择和定位成能确保在望远镜处于低放大率位置时这一光阑平面与出射光瞳互相共軛。如果这一条件得不到满足，在缩小光学系统的光圈以控制低放大率下的出射光瞳直径时将发生严重的图像模糊。
除减小光学系统的总长度之外，在系统中用可调的孔径光阑而不是用不可调的孔径光阑，特别是把望远镜的物镜作为孔径光阑，这些作法都使得可以采用更大的物镜。考虑一下用于3mm的出射光瞳直径的物镜的尺寸就能明白这一点。对于作为非可调孔径光阑的望远镜物镜和5X的低放大率，3mm的出射光瞳直径对应于直径15mm的物镜。相比之下，如下面给出的各例子所示，本发明的具有可调孔径光阑的的望远镜可以具有直径达例如25mm的物镜。这一直径可用在高放大率位置并可使这一方式下的图像亮度最大化，在昏暗的光线(例如阴暗的天气)条件下这是特别重要的。在低放大率位置，物镜的实际直径比其全直径(full diameter)小，但是由于在这一位置由可变的孔径光阑所建立的出射光瞳的直径为3mm，所以即使在昏暗的光线条件下使用者看到的图像也是很亮的。当然，在本发明的实际应用中，也可以用直径大于或小于25mm的物镜。
图1表示出按照本发明构造的双放大率双筒望远镜的较佳形式。具体地说，图1A表示出光学系统处于其低放大率位置，而图1B表示出光学系统处于其高放大率位置。用于具有图1所示结构的两个实施例的ZEMAX格式的对应规定列出于表1-1和表1-2。图2和表2表示出另一实施例，其中全部透镜都是球面的。表1-1、表1-2和表2中全部尺寸都是毫米。可以认为表1-2的规定是当前用于本发明的双放大率双筒望远镜的较佳规定。
表1-1、表1-2和表2的规定假定了一个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为3毫米。下面将会详细讨论，在功能上，高放大率位置处的出射光瞳的直径是由物镜的未受遮挡的孔径来确定并且是大约2.5mm。这样，最大出射光瞳的尺寸与最小出射光瞳的尺寸的比值是1.2。在这些规定中标有STO的表面是在光阑位置的一个傍轴透镜，用于表1-1和表2的焦距长度是18.75mm，而用于表1-2的焦距长度是10mm。在这些规定中包括了对使用者眼睛的光学系统的仿真。
应该注意到本发明的望远镜，以表1-1、1-2和2中的规定为例，在位于望远镜的目镜透镜组的物体侧的每一透镜组中最好采用颜色校正(colorcorrection)。这可以作出一个对放大率的变化不太敏感的全面平衡设计。具体地说，望远镜最好用一个双合透镜(doublet)作为用以改变望远镜的放大率的运动镜头组。如表1-1和1-2的规定所示，望远镜的目镜透镜组最好包括一个在用例如PMMA塑料制造的透镜元件上的非球表面。或者，如表2的规定所示，光学系统可以完全用球表面的透镜。一般地说，用至少一个非球表面是较佳的。非球表面可以是表1-1和1-2中所示的锥面，也可以是所需要的一般非球表面。
总括地说，本发明的望远镜用最少的透镜元件达到了极好的光学性能，例如，对于表1-1和1-2的实施例，总共只用8个透镜元件，其中6个元件构成双合透镜，这种透镜很便于装配进加工完成的望远镜内。作为比较，一个固定焦距望远镜具有至少5个透镜元件，因此可以认为，本发明的较佳实施例的望远镜只增加了3个透镜元件就实现了双放大率。
通过在本发明的望远镜中采用一个或多个衍射表面还可以制成元件更少的双放大率双筒望远镜。例如，可以用一个具有衍射作用的正像元件(positiveelement)替换物镜的双合透镜，衍射作用成形在或施加于该元件的表面之一上。对这一光学系统的其余的(甚至是全部)双合透镜可以进行类似的替换。沿着同一思路，目镜透镜组的两个透镜元件可以用具有非球表面和衍射表面的一单个元件替换。的确，衍射表面本身可以起非球表面的作用，因此，目镜透镜组可以由一个其一侧具有衍射表面而另一侧具有衍射/非球表面的单个元件构成。
对于表1-1的规定为低和高放大率位置计算的孔径光阑的位置(5，6)分别示于图1A和1B。在每一情况中，孔径光阑都是定位于与系统的出射光瞳共軛的平面处。图1的两个图形的比较表明，共軛于出射光瞳的平面基本上在两个放大率位置之间移动。
重要的是，应注意到对于低放大率位置，只需要一个实体实体的孔径光阑处于与出射光瞳共軛的平面的位置。这是因为按照本发明，对于高放大率位置，物镜(或它的安装环)起着孔径光阑的作用。特别是，为了避免物镜过大，物镜的无遮挡孔径可选择为比需要的小，以避免偏离轴线的光线的模糊成像。这可以做到而又不会产生暗淡的图形，因为对于高放大率位置，视野是较小的，因而以大的锥角进入物镜的光线的量也是很小的。对物镜采用减小尺寸的无遮挡孔径可以限制可穿过系统的轴向光束的尺寸，这样就使物镜起到一个孔径光阑的作用。
因为本发明的望远镜只对低放大率位置在共軛于出射光瞳的平面的位置采用一个实体的孔径光阑，所以这种望远镜的总体结构可以简化，这是本发明的一个重要优点。而且，这一实体的孔径光阑本身可以具有简化的结构，因为它只需要在望远镜处于低放大率位置时存在而到望远镜处于高放大率位置时它不存在即可。特别是，这种实体的孔径光阑不需要具有多个设定值的可变光阑，这可以降低望远镜的成本。虽然最好是用一个构造尽可能简单的实体的孔径光阑，但是如果需要，在本发明的实际应用中也可以用较复杂的构造。
用在本发明的实际应用中的适当的光圈机构(aperture mechanism)的例子结合本发明的机械方面的讨论在下文阐述。
归纳一下本发明的光学方面，如上述所表明，光学方面的各较佳实施例的优点包括(1)通过对低放大率位置采用可以在这一放大率下限制出射光瞳的尺寸的一个实体的孔径光阑，在高放大率和低放大率下都具有极好的光学性能；(2)可以采用机械结构比复杂且笨重的可变光圈遮光圈简单得多的孔径光阑，这可以减小望远镜的尺寸和降低其成本；(3)与用物镜作为不可调孔径光阑的对应的双筒望远镜相比，本发明的望远镜的物镜较大；以及(4)在望远镜在其低和高放大率之间转换过程中图像的亮度保持相对稳定。
B.机械方面用于产生可调孔径光阑的特别可取的各种机构示于图3-10。概括地说，这些图表示出一个可调孔径光阑，它包括一个实体的孔径光阑，这个实体的孔径光阑具有一个恒定的直径并且可被移入和移出传输光线的光学系统的光路，这样，这个系统的光圈就可被调整。这些图表示出本发明的机械方面如何应用于望远镜系统，应该理解，这些机械方面可以应用于各种传输光线的其他光学系统中。
图3表示出按照本发明构造的望远镜13的外部结构。望远镜13具有由过桥11连接起来的两个镜筒9。过桥上的拇指转轮15用于调整望远镜的焦距，而扳钮开关17用于在低放大率设定点与高放大率设定点之间改变望远镜的放大率。每一镜筒都具有装在其一端的物镜19和装在其另一端目镜21。与常规的结构一样，两个目镜之一包括一个瞄准器调整环23。
虽然扳钮开关17是表示在过桥11的顶面上，但是这一开关可以设置在望远镜的其他部位，例如，可以设置在过桥11的底面上，或任一镜筒的顶面或底面上。还有，虽然所示的是单个扳钮开关，但是用作改变望远镜的放大率的操作机构，可以用不止一个扳钮开关或一个或多个按钮、滑动开关或类似的器件。下面将要讨论，放大率转换机构最好是手动操作的，当然，如果希望，也可以用电动的(例如用电池供电)。例如，在本发明的实际应用中可以用电池供电的自动聚焦系统。
图4表示出图1的聚焦拇指转轮15的操作。更一般地说，图4表示出用于移动望远镜的物镜透镜组的传动机构(聚集系统)的一个实施例。如该图中所示，拇指转轮15包括螺旋凸轮25，它啮合于导轨27并使之作直线运动。望远镜的每个镜筒具有一个与之关联的导轨。导轨27又连接于物镜筒壳29，而物镜筒壳在望远镜的两个镜筒的筒壳内移动。
如图5A、5B、和5C所示，物镜筒壳29携带着物镜19(例如双合透镜)以及可运动的光圈组件31(见下面的讨论)。导轨27的直线运动使物镜筒壳29进而物镜19作直线运动，于是改变望远镜的焦点。应该理解图4和5的机构仅是用于移动透镜组件的传动机构的一个例子，在本发明的实际应用中可以用各种其他的机构。
图6A和6B分别表示出对于低放大率设定点和高放大率设定点可运动的光圈组件相对于物镜筒壳29的方位。在图5B中可以看得很清楚，光圈组件31包括光圈32，其直径按照上面已讨论的本发明的光学方面确定。
在图6A和6B中可以看出，对于低放大率设定点，光圈组件31是处在穿过望远镜的光路内(图6A)，而对于高放大率设定点，光圈组件31是处在光路之外(图6B)。这样，在低放大率设定点，光圈组件31限制光学系统传输的光线的量(限制光线方位)，而在高放大率设定点，光圈组件31不限制光学系统传输的光线的量(非限制光线方位)。在这两个图中还可以看到，光圈组件的限制光线方位和非限制光线方位大致是互相垂直的(例如这两个方位之间的角度较佳的是大于80°，例如最好是约85°)按照本发明的较佳实施例，是用一个传动机构(这里也可把它称为“光圈传动机构”)使光圈组件在其限制光线方位与非限制光线方位之间转换，较佳的是这个光圈传动机构由第一、第二、和第三三个机构组成，其例子分别示于图7、8和9。
图7表示出可运动的光圈组件31的传动机构的第一实施例，其中图7A表示它处在低放大率停靠位置，图7B表示它处在高放大率停靠位置。这一机构包括导杆33、包括套管37的透镜架35、输入联接件64、移动滑轨39以及可运动构件41。透镜架35可带着可运动透镜组件43一起运动，后者的运动就可改变望远镜的放大率。
应该注意到虽然透镜架35、套管37、输入联接件64、移动滑轨39都是表示为单独的零件，但是这些零件中的几个可以组合成一个零件，甚至如果愿意，可以把所有这些零件组合成一个零件。(更一般地说，这些图中所表示的各零件的结构形状是表示现在较佳的结构形状，而不应理解为是以任何方式限制本发明的范围。)但是，应该将透镜架35、套管37、输入联接件64、移动滑轨39互相刚性地连接在一起，以便它们能使可运动透镜组件43和光圈组件31同步地移动。
图7中还表示出物镜19和目镜21以及中间的透镜元件45和棱镜47(例如Porro或Pechan棱镜，图中所示的就是Pechan棱镜)。所有这些零件在光学系统的低放大率停靠位置与高放大率停靠位置之间转换过程中保持固定不动，因此，通过比较图7A和7B中第一机构的可运动零件相对于这些固定零件的位置，可以很容易地理解这一第一机构的动作原理。
特别是，在这些图中可以看到，在第一机构从其低放大率停靠位置(图7A)向其高放大率停靠位置(图7B)运动的过程中，在各图中套管37沿着导杆33从左向右滑动。透镜架35上具有一个与套管37位置相反的U形缺口43，该缺口骑在导杆34上，用以防止透镜架35绕导杆33转动。
下面结合图8和9讨论使套管37作从左向右移动的力。此刻，我们将讨论图7的从左向右移动怎样使光圈组件31从其限制光线方位(图7A)转换到其非限制光线方位(图7B)。
图5A中表示得最清楚，光圈组件31是可转动地安装在销轴49上，而销轴49固定于物镜筒筒壳29。还是如该图所示，光圈组件31包括具有两个臂的导架51，其每个臂上具有长槽53，第一机构的可运动构件41上的两个销轴55分别配合在对应的长槽53内。由于用这一结构，在移动滑轨39和可运动构件41在图7中从左向右运动时，销轴55在长槽53内向右运动并且通过它们与导架51接触把光圈组件31拉到它的非限制光线方位(图7B)。
为了能够把光圈组件31从图7B的非限制光线方位可靠地转换到图7A的限制光线方位(就是使第一机构从右向左运动)，物镜筒壳29包括斜面57(见图5C)，用以引导可运动构件41的销轴55。如图5C所示，斜面57是阶梯形的。借助这些阶梯斜面，在第一机构从右向左运动即从图7B走向图7A的过程中，销轴55在长槽53内运动并与导架51接触而迫使光圈组件31向下转动到其限制光线方位。
除阶梯斜面57之外，在图6A和6B中可以清楚地看到(图10A和10B中也可以看到)，第一机构包括一个装在可运动构件41与移动滑轨39之间的扭力弹簧59。这一弹簧迫使可运动构件41相对于移动滑轨39作顺时针运动。在光圈组件31处于其限制光线方位时，这种顺时针的迫使力可保持光圈组件与物镜筒壳29的遮光圈61接触，即它把光圈组件31偏压于它的限制光线方位。在光圈组件31处于其非限制光线方位时，这种顺时针的迫使力可保持光圈组件处于望远镜的光路之外，即它把光圈组件31偏压于它的非限制光线的方位。这样，在这两个方位位置上，扭力弹簧59都帮助光学系统可靠地保持在其停靠方位或称停靠位置。这一弹簧在这两个功能位置之间扭转变形约45°图7的第一机构是借助由图8的第二机构和图9的第三机构提供的力的组合在其第一停靠(低放大率)位置与第二停靠(高放大率)位置之间转换。
图9表示出怎样将转换力输入给光圈组件的传动系统。如图9所示，第三机构包括扳钮开关17和力传递构件62，后者又包括一个在其远侧的销子(未示)，这个销子被接纳在第一机构的输入联接件64的扁孔71中。扳钮开关17的翘动使力传递构件62把力施加于扁孔71的内壁，扁孔71又使输入联接件64进而第一机构运动。虽然如果愿意可以用两个扁孔71和两个力传递构件62，即每个镜筒用一套，但是在实际应用中最好是把两个镜筒的左和右输入联接件64连接到一起，而用一单个扁孔71和一单个力传递构件62来使左和右输入联接件64同步运动。
如图9所示，为此目的采用力传递联动机构85。具体地说，这一联动机构使左输入联接件64跟随右输入联接件64的运动同步运动。如图9所示，这一联动机构包括中央壁85a和两边的壁85b和85c，两边的壁形成一个U形的凹口而中央的壁位于其中。中央的壁可以连接在例如右输入联接件64上，而两边的壁可以连接在左输入联接件64上。当然，如果愿意这种安排也可以反过来。类似地，在本发明的实际应用中，也可以用具有不同结构的力传递联动机构。不管用什么机构，最好是允许望远镜的左和右镜筒的机构之间具有一定的运动自由度，以补偿制造上的差异，而且也便于整个系统的装配。
应该注意到由于只用一个力传递构件62和一个扁孔71，用于望远镜的左和右镜筒的第三机构具有不同的结构。因此，用于右镜筒的第三机构包括扳钮开关17、力传递构件62和扁孔71，而用于左镜筒的第三机构除包括这三个元件之外还加上右侧输入联接件64的一部分和力传递联动机构85。但是，在构造上，用于左和右镜筒的第三机构最好共用至少一个公共元件，以确保两个镜筒的第一机构同步运动。
回到图9，如该图所示，力传递构件62可绕扳钮开关外壳65上的销轴63枢转并且包括一个啮合于扳钮开关上的U形凹槽69的内装销子67。扳钮开关本身可以绕销轴83翘转。为了在第三机构和第一机构这两方面之间具有一个自由运动范围，且不说别的例如一个能够适应制造允差的自由运动范围，力传递构件62不是刚性地连接于输入联接件64，而是以一个销子(未示)插入联接件64上的扁孔71。由扁孔71提供的自由运动范围可以是例如约1毫米。前面已提到，再一个自由运动范围(一般较小)可由力传递联动机构85来提供。
为了使望远镜能够在低放大率设定点与高放大率设定点之间快速而可靠地转换，图9的主要的力输入机构(第三机构)附加了一个如图8中所示的利用弹簧力的系统。这个系统采用了一个弹簧(“跨越(over-the-center)”弹簧)73，该弹簧73把移动滑轨39偏压于它的对应于光圈组件的限制光线方位的第一(低放大率)停靠位置，或者偏压于它的对应于光圈组件的非限制光线方位的第二(高放大率)停靠位置。
一旦移动滑轨39沿着其运动路径向第一(低放大率)停靠位置运动超过了一个第一位置(高放大率向低放大率过渡的位置)，跨越弹簧73就使移动滑轨39自动转换到其第一(低放大率)停靠位置。而一旦这一滑动机构沿着其运动路径向第二(高放大率)停靠位置运动超过了一个第二位置(低放大率向高放大率过渡的位置)，跨越弹簧73也就使移动滑轨39自动转换到其第二(高放大率)停靠位置。
具体地说，如果移动滑轨的运动路径的总长度是L，那么第一位置(高放大率向低放大率过渡的位置)最好是在朝第一(低放大率)停靠位置方向至少三分之二L处。类似地，第二位置(低放大率向高放大率过渡的位置)最好是在朝第二(高放大率)停靠位置方向至少三分之二L处。就是说，一旦使用者把扳钮开关17操作到能使力传递构件62把两个镜筒的输入联接件64移动到它们的全运动距离的例如75％的程度，那么不管制造误差如何，两个镜筒的移动滑轨39将总是移动它们的全行程L的三分之二，接下来总是由跨越弹簧73来完成这个运动。
应该注意到在按动扳钮开关17时，使用者必须克服跨越弹簧73施加的抵抗力(偏压力)。因此，需要根据这种需要来选择这个弹簧的力。更具体地说，既然每个镜筒包括一个跨越弹簧73，选择弹簧的力就应满足为使用者在操作扳钮开关17时能够容易克服这两个弹簧的力的需要。
在选择弹簧力(弹簧刚度)时，应该注意到，在把望远镜从高放大率设定点转换到低放大率设定点时必须克服由扭力弹簧59施加的力。这个力在这两个设定点之间的运动路径上不是恒定的，而是在运动开始时较小，随后在运动的中段增大(即当销子55接触斜面57并在其上走动时)，再后在运动路径的末端又较小。尽管在从高放大率设定点向低放大率设定点运动中需要克服扭力弹簧59的力，但在反向的运动中，也就是从低放大率设定点向高放大率设定点运动中这不是主要因素，而且如果它起作用也是倾向于有助于反向的运动。
跨越弹簧73最好是一个具有第一和第二两个臂并且每一臂端具有一个钢丝圈79的扭力弹簧。两个圈中的一个套在与移动滑轨39相关的例如位于透镜架35或套管37上的销子75(“输入销子”)上，而另一个圈套在固定的销子也就是相对于望远镜的筒壳固定的一个销子例如固定于望远镜的筒壳或构成其一部分的一个销子77上。用这一方式，如图8A和8B所示，当光圈组件在其限制光线方位(图8A)与其非限制光线方位(图8B)之间转换时，跨越弹簧73在移动滑轨39的一部分的上方既转动又前后摆动。为了便于这一运动，移动滑轨39最好削出一个凹部81，使在移动滑轨39在其两个停止位置之间运动的过程中使得跨越弹簧73的主圈部分能够顺利地从凹部81的上方通过。
概括地说，第二和第三机构一起工作如下开始时，由第三机构的力传递构件62提供的力和第二机构的跨越弹簧73产生的力互相对抗。但是，一旦跨越弹簧73的主圈越过移动滑轨39的凹部81，这两个力就变成相加。随后很快跨越弹簧73就开始控制第一机构的运动，而力传递构件62由于扁孔71处自由连接的存在随之变成与第一机构有效地脱离。具体地说，扁孔71允许跨越弹簧73使两个镜筒移动滑轨39移动，进而使它们的输入联接件64相对于力传递构件62移动。
为了避免停滞现象，接受来自扳钮开关1 7的输入力的输入联接件64和接收来自跨越弹簧73的输入力的销子75最好是设置在导杆33的同一象限内。图8C表示出输入联接件64、销子75和套管37之间的这种关系的较佳结构，这种关系可使套管37停滞在导杆33上不动的可能性为最小。如该图所示，由销子75和输入联接件64施加于套管的力是在导杆33的同一半个象限内，这是最佳的。
虽然在本发明的实际应用中可以使用在望远镜聚焦过程中停留在一个位置的光圈组件，但是在聚焦中这样的系统会使使用者看到图像亮度的变化。为了避免这种亮度变化，在聚焦过程中光圈组件最好随物镜一起运动。图10A和图10B表示出，扭力弹簧59、可运动构件41以及销子55可以在导架51上的长槽53中的移动使得能自动达到这一结果。具体地说，图10A表示出光圈组件处在其限制光线方位，用于远物的焦距调整；而图10B表示出光圈组件处在其非限制光线方位，用于近物的焦距调整。在这两个图中，销子55在长槽53内的运动和可运动构件41与移动滑轨39之间的角度变化是明显的。在每一情况中，光圈组件完全坐落在物镜筒壳29的遮光圈61上，这正是所希望的。
在图3-10的实施例中，光圈32具有恒定的直径并且可移进和移出望远镜的光路。在本发明的实际应用中也可以用其他的办法。作为一个例子，可以用两个半遮光圈元件来构成低放大率位置的孔径光阑，这两个半遮光圈元件在它们向前运动时可以在望远镜的镜筒内向前滑动并朝着光轴向内转。可以用成形于和/或固定于镜筒的内表面和/或透镜元件的安装结构的导轨、凸轮、和/或斜面来达到这一运动。向前又向内的运动允许镜筒具有较小的外径同时又能提供可变的孔径光阑。
图11表示出一个这种型式的机构。具体地说，图11A表示出这一机构处在低放大率位置，而图11B表示出这一机构处在高放大率位置。在每一情况中，低放大率位置和高放大率位置都是表示在图的右边部分，在图11A中，低放大率位置以实线表示，而高放大率位置以虚线表示；在图11B中，高放大率位置以实线表示，而低放大率位置以虚线表示。在两图的左边部分表示出低放大率位置的圆形光圈，在图11A中两个半遮光圈元件的内边缘是在圆光圈处，而在图11B中它们离开了圆的光圈。
在使用中，图11的可运动光圈组件31是靠在构成物镜筒壳29的一部分的斜面57上。这一斜面引导光圈组件在其图11A的限制光线方位与其图11B的非限制光线方位之间运动。
从上述可以看到，本发明的各个较佳的特点包括(a)光学系统的孔径光阑被限定在物镜的成像侧(目镜侧)，具体地说，在望远镜处于其低放大率位置时是被限定在这一位置；(b)一个实体的孔径光阑仅用于望远镜的低放大率位置；(c)在高放大率位置物镜执行孔径光阑的功能；以及(d)对于高和低放大率位置，系统的出射光瞳直径基本上保持恒定。
尽管已经说明和图示了本发明的几个特定实施例，但是应该理解，在本发明的精神和范围内可以作出许多变型。例如，虽然本发明是以双筒望远镜描述的，但是它也适用于单筒望远镜。
类似地，虽然具具有全部上述特点的光学系统是较佳的，但是应该理解，不必同时应用本发明的各个方面。就是说，在实际应用中可以单独应用本发明其中的一个方面，或者组合应用几个方面。
还有，表1-1、1-2和2的规定仅仅是代表性的规定，不能被认为是限制本发明的范围。因此，根据本发明，熟悉本技术领域的人可以把这些表格中给出的本发明的特点应用到按照其开发的各种其他规定的光学系统中。类似地，各图中表示的机械系统也是代表性的，熟悉本技术领域的人可以依照本发明开发出各种其他的机械系统。
表1-1系统/规定数据各表面数据一览表面半径厚度 玻璃直径锥形OBJ 无穷大 无穷大 0 01 59.3779 5.5BK7 25 02 -59.37793 SF4 25 03 -150.6326 30.86342 25 04 无穷大 75 BK7 17 05 无穷大 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多构形数据构形A 构形B厚度 8 5.622095 25.90834厚度 11 23.67654 3.390295出射光瞳直径 3 2.5
折射率数据表面玻璃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系统/规定数据各表面数据一览表面半径 厚度玻璃直径锥形OBJ 无穷大 无穷大 0 01 58.55938 5.5 BK7 25 02 -58.559383 SF4 25 03 -147.876128.1590625 04 无穷大 75 BK7 19.3898205 无穷大 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多构形数据构形A 构形B厚度 8 5.77219226.27005厚度 1123.913793.415926出射光瞳直径3 2.5
折射率数据表面玻璃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系统/规定数据各表面数据一览表面半径 厚度 玻璃直径OBJ 无穷大 无穷大 01 59.3779 5.5BK7 252 -59.3779 3 SF4 253 -150.632631.44615 254 无穷大 75 BK7 16.732045 无穷大 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多构形数据构形A 构形B厚度 8 5.62209523.87525厚度 11 21.652794出射光瞳直径 3 2.5
折射率数据表面玻璃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
表权利要求
1.一种可传输光线并具有第一和第二两个设定点的光学系统，所述第一设定点提供放大率M1以及所述第二设定点提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述光学系统的出射光瞳直径对于所述第一设定点为D1而对于所述第二设定点为D2；(iii)D2和D1大致相同；以及(iv)所述第一和第二设定点是所述光学系统的仅有的停靠位置。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于1.0＜D1/D2＜1.5。
3.一种可传输光线并具有第一和第二两个设定点的光学系统，所述第一设定点提供放大率M1以及所述第二设定点提供放大率M2，其中(i)M2/M1＞1.0；(ii)所述第一和第二设定点是所述光学系统的仅有的停靠位置；(iii)所述光学系统包括一个两个位置的孔径光阑，该孔径光阑在所述系统处于第一设定点时比在所述系统处于第二设定点时限制更多的光线。
4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述两个位置的孔径光阑在所述光学系统处于第二设定点时不限制光线。
5.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于(i)所述光学系统的出射光瞳直径对于所述第一设定点为D1而对于所述第二设定点为D2；以及(ii)D2和D1大致相同。
6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于1.0＜D1/D2＜1.5。
7.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括一个物镜和一个目镜，所述两个位置的孔径光阑位于所述物镜与所述目镜之间并且到物镜的距离比到目镜的距离近。
8.一种具有一个物镜端和一个目镜端的双放大率双筒望远镜，所述双筒望远镜包括两个如权利要求1或3所述的光学系统和一个转换机构，该转换机构可以使所述两个光学系统在它们的两个设定点之间同步地转换。
9.如权利要求8所述的双放大率双筒望远镜，其特征在于(i)所述双筒望远镜还包括一个具有手动输入机构的聚焦系统；(ii)所述转换机构具有手动输入机构；以及(iii)所述聚焦系统的手动输入机构到所述物镜端的距离比所述转换机构的手动输入机构到所述物镜端的距离近。
10.如权利要求9所述的双放大率双筒望远镜，其特征在于，所述双筒望远镜包括一个过桥，所述聚焦系统的手动输入机构和所述转换机构的手动输入机构都设置在所述过桥上。
11.一种可传输光线的光学系统包括(a)具有一个光圈的光圈组件，所述光圈组件具有两个方位，在其中一个方位上所述光圈限制所述光学系统传输的光线量(限制光线的方位)，而在其中另一个方位上所述光圈不限制所述光学系统传输的光线量(非限制光线的方位)；(b)一个第一机构，该机构用于使所述光圈组件在所述限制光线方位与非限制光线方位之间运动，所述第一机构具有一个运动路径，该路径包括对应于所述限制光线方位的第一停靠位置和对应于所述非限制光线方位的第二停靠位置；(c)一个第二机构，该机构具有一个弹簧，该弹簧(1)被构造成能把所述第一机构偏压于所述第一停靠位置或所述第二停靠位置；(2)一旦所述第一机构沿着其运动路径运动超过了一个第一位置就使所述第一机构自动转换到所述第一停靠位置；(3)一旦所述第一机构沿着其运动路径运动超过了一个第二位置就使所述第一机构自动转换到所述第二停靠位置；以及(d)一个第三机构，该机构被构造成(i)在所述第一机构处在其第一停靠位置时可使所述第一机构在所述第一停靠位置与所述第二位置之间运动；以及(ii)在所述第一机构处在其第二停靠位置时可使所述第一机构在所述第二停靠位置与所述第一位置之间运动。
12.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第一机构包括一个第一销子，所述系统包括一个筒壳，所述筒壳包括一个第二销子，以及所述第二机构的所述弹簧是一个具有第一臂和第二臂并且两个臂端各具有一个钢丝圈的扭力弹簧，其中一个钢丝圈可转动地套在所述第一销子上，而另一个钢丝圈可转动地套在所述第二销子上。
13.如权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述扭力弹簧包括主圈部分，所述第一机构包括一个凹部，在所述第一机构在其第一停靠位置与第二停靠位置之间运动时所述弹簧主圈越过该凹部。
14.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第一机构包括一个导杆和一个可沿着所述导杆移动的套管，所述第二和第三两个机构在所述导杆的同一象限内对所述套管施加力。
15.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第一机构除可使所述光圈组件运动之外还可使透镜组件运动。
16.如权利要求15所述的光学系统，其特征在于，所述透镜组件的运动可改变所述光学系统的放大率。
17.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第三机构与所述第一机构之间具有一个自由运动范围。
18.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第三机构是手动操作的。
19.一种包括两个如权利要求11所述的光学系统的双筒望远镜，其中，两个光学系统的第三机构至少共用一个公共元件，以确保两个光学系统的所述第一机构能沿着它们的运动路径同步地运动。
20.一种可传输光线的光学系统包括(a)一个传输光线的透镜组件；(b)一个用于移动所述透镜组件以使所述光学系统聚焦的聚焦系统；(c)一个接收来自所述透镜组件的光线的光圈组件，所述光圈组件包括一个具有两个方位的光圈，在其中一个方位上所述光圈限制光线传输(限制光线的方位)，在其中另一个方位上所述光圈不限制光线传输(非限制光线的方位)；以及(d)一个用于使所述光圈组件在所述两个方位之间转换的光圈驱动机构；其中，在所述聚焦系统使所述透镜组件运动时它也使所述光圈组件运动但不改变光圈组件的方位。
21.如权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述系统包括与所述透镜组件关联的遮光圈，在所述光圈组件处在其限制光线方位时，它与所述遮光圈接触并在所述聚焦系统使所述透镜组件和光圈组件运动的过程中保持与所述遮光圈接触。
22.如权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述光圈驱动机构包括一个可运动构件，该构件允许在所述聚焦系统使所述透镜组件和光圈组件运动的过程中所述光圈组件保持其方位。
23.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于，所述可运动构件具有叉形的形状，其两个叉臂合抱所述光圈。
24.如权利要求22所述的，其特征在于，在所述聚焦系统使所述透镜组件和光圈组件运动的过程中，如果所述光圈组件是处在其非限制光线方位所述可运动构件就相对于所述光圈组件平移；如果所述光圈组件是处在其限制光线方位所述可运动构件就平移并翻转。
25.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于，所述光圈组件包括至少一个槽，所述可运动构件包括至少一个在所述至少一个槽内运动的销子。
26.如权利要求22所述的光学系统，其特征在于，所述光圈驱动机构具有一个对应于限制光线方位的第一停靠位置和一个对应于非限制光线方位的第二停靠位置；所述光学系统还包括一个筒壳，该筒壳包括至少一个斜面，该斜面接触所述可运动构件并引导这一构件，以便在所述光圈驱动机构从其第二停靠位置向其第一停靠位置运动过程中把所述光圈组件从所述非限制光线方位移动到所述限制光线方位。
27.如权利要求26所述的光学系统，其特征在于，所述可运动构件包括至少一个接触于所述至少一个斜面的销子。
28.如权利要求27所述的光学系统，其特征在于，所述光圈组件包括至少一个槽，并且所述可运动构件的至少一个销子配合在所述至少一个槽内。
29.如权利要求26所述的光学系统，其特征在于，所述聚焦系统使所述筒壳运动，而所述筒壳带着所述透镜组件一起运动。
30.如权利要求29所述的光学系统，其特征在于，所述光圈组件是可枢转地安装在所述筒壳上。
31.如权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述光圈驱动机构包括一个弹簧，在所述光圈组件处在所述限制光线方位时该弹簧把所述光圈组件偏压于所述限制光线方位，而在所述光圈组件处在所述非限制光线方位时该弹簧把所述光圈组件偏压于所述非限制光线方位。
32.如权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述透镜组件包括至少一个物镜透镜元件。
33.如权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述限制光线方位和所述非限制光线方位基本上互相垂直。
34.一种包括两个如权利要求20所述的光学系统的双筒望远镜，其中，所述两个光学系统的聚焦系统共用至少一个公共元件，以确保两个光学系统同步聚焦，并且所述两个光学系统的所述光圈驱动机构共用至少一个公共元件，以确保所述两个光学系统的所述光圈组件在它们的两个方位之间同步转换。
35.一种可传输光线的光学系统包括(a)一个包括一个光圈的光圈组件，所述光圈组件具有两个方位，在其中一个方位上所述光圈限制所述光学系统传输的光线量(限制光线的方位)，而在其中另一个方位上所述光圈不限制所述光学系统传输的光线量(非限制光线的方位)；以及(b)一个用于使所述光圈组件在所述两个方位之间转换的光圈驱动机构，所述机构包括一个弹簧，在所述光圈组件处在限制光线方位时该弹簧把所述光圈组件偏压于所述限制光线方位，而在所述光圈组件处在非限制光线方位时该弹簧把所述光圈组件偏压于所述非限制光线方位。
36.一种包括两个如权利要求35所述的光学系统的双筒望远镜，其中，所述两个光学系统的所述光圈驱动机构共用至少一个公共元件，以确保所述两个光学系统的所述光圈组件在它们的两个方位之间同步转换。
37.一种可传输光线的光学系统包括(a)一个包括一个光圈的光圈组件，所述光圈组件具有两个方位，在其中一个方位上所述光圈限制所述光学系统传输的光线量(限制光线方位)，而在其中另一个方位上所述光圈不限制所述光学系统传输的光线量(非限制光线方位)；(b).一个用于使所述光圈组件在所述两个方位之间转换的光圈驱动机构，所述光圈驱动机构具有对应于限制光线方位的第一停靠位置和对应于非限制光线方位的第二停靠位置以及(c)一个包括至少一个斜面的筒壳，该斜面接触所述光圈驱动机构，以便在所述光圈驱动机构从其第二停靠位置向其第一停靠位置运动的过程中把所述光圈组件从所述非限制光线方位引导到所述限制光线方位。
38.如权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述光圈驱动机构包括至少一个接触所述斜面的销子。
39.如权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述斜面是阶梯形的。
40.一种包括两个如权利要求37所述的光学系统的双筒望远镜，其中，所述两个光学系统的所述光圈驱动机构共用至少一个公共元件，以确保所述两个光学系统的所述光圈组件在它们的两个方位之间同步转换。
41.一种可传输光线的光学系统，所述系统具有一个出射光瞳并且包括(a)传输光线的透镜组件；(b)一个用于使所述透镜组件移动以使所述光学系统聚焦的聚焦系统；以及(c)一个接收来自所述透镜组件的光线的光圈组件，该光圈组件具有两个设定点，在这两个设定点所述光圈组件对所述光学系统传输的光线的限制量不同；其中，在所述聚焦系统使所述透镜组件运动时它也使所述光圈组件运动，以使得在聚焦过程中所述光学系统的所述出射光瞳的尺寸基本上保持恒定。
42.如权利要求41所述的光学系统，其特征在于，在一个所述设定点上所述光圈组件的方位限制所述光学系统传输的光线量(限制光线方位)，而在另一个所述设定点上所述光圈组件的方位不限制所述光学系统传输的光线量(非限制光线方位)。
43.一种包括两个如权利要求41所述的光学系统的双筒望远镜，其中，所述两个光学系统的聚焦系统共用至少一个公共元件，以确保所述两个光学系统同步聚焦。
44.如权利要求1、3、11、20、35、37、或41所述的光学系统，其特征在于(i)所述系统包括可运动的透镜组件；(ii)所述可运动的透镜组件的运动可改变所述系统的放大率；以及(iii)所述可运动的透镜组件包括一个双合透镜。
45.如权利要求44所述的光学系统，其特征在于(i)所述系统包括一个目镜，以及(ii)所述目镜包括非球面表面；
46.如权利要求11、20、35、37、或42所述的光学系统，其特征在于(i)对于所述限制光线方位，所述光学系统的放大率是M1，出射光瞳直径是D1；(ii)对于所述非限制光线方位，所述光学系统的放大率是M2，出射光瞳直径是D2；(iii)M2/M1＞1.0；以及(iv)1.0＜D1/D2＜1.5。
47.如权利要求1、3、或46所述的光学系统，其特征在于M2/M1≥1.5。
48.如权利要求1、3、或46所述的光学系统，其特征在于(D1·M1)/(D2·M2)＜1.0。
49.如权利要求48所述的光学系统，其特征在于(D1·M1)/(D2·M2)＜0.75。
50.一种用于使一个光学系统在一个较低的放大率设定点与一个较高的放大率设定点之间进行转换的方法，该方法包括(a)提供一个具有对应于较低的放大率设定点的第一停靠位置和对应于较高的放大率设定点的第二停靠位置的转换机构，所述转换机构具有在所述第一停靠位置与第二停靠位置之间的运动路径；以及(b)一旦所述转换机构沿着其运动路径运动超过了一个第一位置，所述转换机构就自动转换到所述第一停靠位置，一旦所述转换机构沿着其运动路径运动超过了一个第二位置，所述转换机构就自动转换到所述第二停靠位置。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述自动转换是由一个扭力弹簧促成的。
全文摘要
本发明揭示了一种双放大率双筒望远镜(13)，这种望远镜可以在其低放大率设定点(视野较宽)与其高放大率设定点(视野较窄)之间快速转换。较佳的是，转换是用设置在望远镜(13)的例如过桥(11)上的一个转换开关(17)进行。望远镜的每个镜筒(9)具有一个可调孔径光阑。较佳的是，可调孔径光阑是在物镜(19)的后面，也就是在物镜(19)与目镜(21)之间。最佳的是，可调孔径光阑是一个可运动的光圈组件(31)，在低放大率设定点它能够限制通过望远镜的光线，而在高放大率设定点它不限制通过望远镜的光线。通过采用可调孔径光阑，对于两个放大率设定点，可以做到出射光瞳直径进而使用者感觉到的图像的亮度基本上相同。
文档编号G02B15/14GK1618034SQ02827727
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月23日 优先权日2001年12月26日
发明者E·I·比特斯基, J·B·卡尔德维尔, K·G·拉斯克 申请人:光控股份有限公司