专利名称：包括平凸或平凹透镜及连接到其上的偏转构件的望远镜或泛焦望远镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分的望远镜和根据权利要求2前序部分的泛焦望远镜。
背景技术：
望远镜的光学结构特别由望远镜的功能来决定，例如，与光强度、成像质量和聚焦及放大机制有关。与光学测量装置相反，例如，光电测距仪包括光接收器，用于接收光束，望远镜中的光束由人眼接收，出于该目的，需要相应的非常高质量的图像。对光学工程师提出的挑战是生产一种具有短的长度但是通常高成像质量的望远镜。为了获得该成像质量，需要校正成像误差，例如球面像差、彗形像差、失真和色差。这些校正通过光学部件、校正用部件的诸如透镜曲率之类的参量、数量、材料(光学特性)和布置，以及其高精确的制造和在望远镜中对图像质量起作用的准确定向来实现。
测量和/或记录装置通常一体化结合到望远镜中，例如用于测地学、建筑和军事应用，测量装置的测量光束耦合到望远镜光线路径和/或从望远镜光线路径脱耦。例如，用于将距离测量和观察或用于通过照相机观察和图像记录的测量光束耦合和脱耦。耦合和脱耦通常通过以下过程实现在该过程中作为发射束的测量光束通过光学组件或光学部件耦合到望远镜的光束路径，并且通过望远镜物镜被朝向目标物引导，被目标物反射和/或散射的作为接收光束的测量光束通过望远镜的物镜被聚集，并且依次通过光学元件从望远镜的光束路径脱耦，到达测量装置的接收器。当然也可以只与耦入光束有关，例如用于自导引的激光发射器，或只与脱耦光束有关，例如用于照像记录。耦入和/或脱耦元件通常这样选择元件对望远镜物镜的遮挡保持尽可能小。下面，“非测量”装置，例如图像记录装置也被称为测量装置。术语“测量光束”用于通过光学仪器的光学组件反射入和/或反射出的光束。这也包括装置中没有用于测量的反射入和/或反射出的光束，例如望远镜中用于观察的光束或通过照相机用于图像记录的光束。
为了实现更高精度的测量，测量光束耦入测量装置的光轴区域中。测量光束的耦入和脱耦通常通过包括透镜、耦入及脱耦元件和支架的组件实现，通过所述支架将耦入和脱耦元件引入光路。DE 196 15 601公开了一种同轴距离测量装置，其中用于距离测量的光线通过物镜和光学耦入装置耦入望远镜的光轴，并且通过相同的透镜和光学脱耦装置脱离望远镜的光轴。为了将耦入和脱耦装置引入望远镜的光束路径，将盘状透明棱镜支撑片设置为支架。该附加支撑片使得测量装置的长度更长，并且反射损失更高。而且，通常很难实现该支架在望远镜光束路径中的完全精确和稳定的定位。本文中的不精确还构成了测量中进一步的误差源。另外，望远镜和测距仪优选用于户外，并且因此应尽可能对温度变化和例如冲击和振动等机械影响不敏感。测量装置中每一个单独的部件对温度变化有反应，即每一个单独的部件构成可能的误差源，并且因此限制测量精度，特别限制光学瞄准轴的方向稳定性。因此期望将测量装置中的部件数保持尽可能少，出于成本考虑也是如此。部件数越少，该装置相对于烦扰的环境影响就越强壮。
在US 6,441,887中公开的望远镜中，测量光束的耦入和脱耦通过棱镜单元实现。其包括多个具有光学覆盖层的棱镜，因此设计非常复杂，并且在生产过程中要求非常高的精度。而且，该技术方案的缺点是，在有关的光束路径之间具有令人烦恼的散射光线。
在将用于距离测量的测量光束耦入和从望远镜光轴脱耦过程中，还需要一种光学元件，其在该情况下允许一部分由待测量物体反射和/或散射的射线通过来用于在望远镜中观察，并且使另一部分射线偏转，用于测距仪的接收装置。在DE 196 15 601中描述的望远镜中，分光通过分色镜实现，所述分色镜作为进一步附加的元件引入到望远镜的光束路径中。
在EP 1 081 459中公开的准距仪望远镜中，分光通过具有部分金属化表面的分光棱镜实现。除了该分光棱镜，用于将准距仪望远镜中的测量光束耦入的耦入反射镜必须通过支架固定，结果再次出现已经提到的例如光束不稳定性等的不准确性。与每一个附加元件一起，增加了令人烦扰的环境影响的风险，而且还增加了反射损失的缺点。实质缺点是每一个单独部件所需的空间，以及由此导致的光学仪器的更大的构造长度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种望远镜，该望远镜具有将具体用于一体化结合的测距仪和/或照相机的测量光束反射入和/或反射出的功能，该望远镜具有少的光学部件和紧凑的、特别是短的构造长度，以及经济的设计、高的测量精度和对于例如温度及震动等环境影响的强壮性。
本发明的另一个目的是提供一种望远镜，该望远镜具有将测量光束反射入和/或反射出的功能，包括少的光学部件，但是在目镜侧具有用于视觉通道的通常高的成像质量。
本发明再一个或又一个目的是提供一种泛焦望远镜，该泛焦望远镜具有将具体用于一体化结合的测距仪和/或照相机的测量光束反射入和/或反射出的功能，所述泛焦望远镜具有紧凑的、特别是短的构造长度，经济的设计，高的测量精度和对于例如温度及震动等环境影响的强壮性。
根据本发明，这些目的分别由权利要求1和2的主题实现，并且从属权利要求或方案做了进一步改进。
根据本发明，一种具有成像物镜单元的望远镜，该成像物镜单元包括至少一个平凸式或平凹式透镜。因而，用于偏转构件形式的部件的接触表面由所述望远镜前部区域中的平面透镜的平面表面来提供。由于所述物镜单元的透镜执行用于所述望远镜的偏转构件的支架功能，因此望远镜中的部件数量可减少一个，即支架。
所述物镜单元的所述透镜的所述平面表面具体是后表面，例如为图2中从物镜孔看，望远镜主物镜的最右面的表面。偏转构件优选也具有平面表面，于是该平面表面连接到该物镜平面表面。该偏转构件形成为用于将测量光束反射入和/或反射出，例如用于所述望远镜中的测距仪。
如图2中所示，通常物镜单元的最后一个透镜为平凸式透镜或平凹式透镜，通常用作可能的多个物镜透镜之一，如图2中所示。为了生产具有非常好的颜色校正及非常小的几何成像误差(例如球面像差、慧形像差和失真)的成像物镜，通常应考虑所有可利用的光学自由度，即面积半径、厚度、距离和玻璃类型。在所述后面的物镜透镜上具有至少一个平面表面的情况下，此时自由度的数量减少了至少一个，这使得更难以在所述目镜侧的光通道上产生通常高质量的图像。
具有偏转构件的平面透镜的相应装置本身是已知的。因而，例如美国US 6,545,749公开了一种激光测距仪，该激光测距仪包括平凸透镜和布置在其平面表面上的棱镜，用于将发射束反射到激光测距仪的光轴中。US 6,545,749中所示的测距仪类型的激光测距仪在图1中示出。该激光测距仪具有光学系统，该光学系统包括平凸透镜A和棱镜P，棱镜P布置在透镜的平面表面上。由激光发射单元L发出的光线S的发射束沿目标物方向经由平凸透镜A通过作为偏转元件的棱镜P偏转。由目标物反射和/或散射的光线束被平凸透镜A聚集为接收光线束ES，并导向到探测器D。由于用于测距仪(通常用于感觉通道)的光学部件所需的成像质量相对于望远镜(通常用于成像通道)要求的成像质量低，因此平面透镜可以在此使用而不会有问题。由于所述透镜的所述平面表面会产生相应的大的成像误差，以至于图像圈的半径，即由于成像误差在成像平面中产生的散射圈的半径比可能用于成像系统的或望远镜的大几倍(例如大20倍)。图像圈的直径(成像平面中的接收光束的光斑)可例如大于100μm，而在望远镜中只允许为1微米到几微米。但是，由于通常的光电探测器具有的感光范围直径为从200μm到1000μm，因此虽然具有大的图像圈，但仍能够探测到所有接收到的射线。而且，由于随着相应的发射或接收光束直径的减小，成像误差以三次幂降低，因此对于发射光束S，其在平凸透镜A的区域内通常具有小的光束直径，到达目标物的光束形成质量也是没有问题的。
另一方面，在望远镜中，通常高的成像质量要求在望远镜的成像平面中产生衍射限图像。特别地，在成像平面内的图像圈的半径，即由于衍射和成像误差在成像平面内的接收光束的光斑，可仅由衍射确定，并且应只有几微米。为了实现该要求，需要进行校正，以将像差限制在可见光波长的四分之一以下。因此总色差应小于λ/4，其中λ为可见光波长。色差的校正一直是个挑战。已知介质折射率与波长的相关关系会导致不同波长的成像平面/“清晰平面”移动。已知使用消色差透镜可同时实现两个波长的套色成像。其他波长的图像位于清晰平面之前或之后，该残留误差被称为次级光谱。对于成像系统，例如望远镜，需要在整个可见光谱范围上的尽可能清晰的图像，即减少或消除次级光谱。已知高度消色的透镜可用于该目的，在摄影领域，如果色差(次级光谱)小于焦距的0.2％，则物镜被称为已高度消色校正。
对于相应校正的准确计算，则必须考虑望远镜光学部件的性能。除了折射率n和阿贝数v，相对部分色散P对于视觉系统也很重要。该相对部分色散描述两者波长的阿贝数之间的差值。在本例中，其为基于两个波长g＝435.8nm和F＝486.1nm的相对部分色散Pg，F。通常玻璃的特性由相对部分色散Pg，F＝ag，F+bg，F*vd表示，该关系式描述了所谓的正常线。常数ag，F和bg，F通常设置为ag，F＝1.7241和bg，F＝-0.008382，vd表示基于波长d＝587.6nm的阿贝数。这些关系例如在Naumann/Schrder“Bauelemente der Optik”[Optical components]，3.3.2节“Optische Glser”[Optical glasses](Carl’Hanser Verlag，6th edition)中有说明和描述。
已知有很多特殊的光学玻璃用于对视觉系统校正成像误差。对于在主要光谱即减去或消除次级光谱的范围的颜色校正(减小色差)，具有与通常玻璃的相对部分色散不同的、可能非常不同的相对部分色散的特殊玻璃尤其适用。
因为在根据本发明的望远镜的情况下，至少一个，尤其是物镜单元最后面的透镜具有平面表面(例如图2中所示)，自由度的数量至少被减少了一个，这使得其更难在目镜侧的光通道上产生通常高质量的图像。另外，在具有大开口的第一、前物镜单元中，应不使用或尽可能少使用具有所述的反常偏差的特殊玻璃。虽然通过特别选择具有所述的反差偏差的玻璃类型使得在根据本发明的望远镜的整个焦距范围的光学校正更便利，但是这样的特殊玻璃的缺点是成本高并且难以加工。例如，这样的玻璃通常比普通玻璃软，因此更容易出现擦痕或条纹。而且，特殊玻璃对环境影响的抵抗力，即对气候状况的抵抗力、污损的抵抗力和酸的抵抗力相对于普通玻璃更低。由于与普通玻璃相比较的上述缺点，特殊玻璃在望远镜的前部、物镜中是不理想的，望远镜的前部、物镜通常具有大的开口(并且因此具有遭受这样的擦痕、条纹袭击的大面积)。
为了在所述望远镜的所述物镜区域中不使用特殊玻璃或尽可能少使用高折射率或高色散的特殊玻璃，根据本发明，一部分光学校正转变为更多的光学望远镜部件，例如聚焦部件。对于具有通常大的孔的所述物镜单元优选易于加工并且经济的普通玻璃。随后的光学校正(特别是改善在高度消色(apochromasia)中的残留色差)在第二光学部件或在可移动聚焦部件中实现。其中选择至少一中玻璃类型，其在波长g＝435.8nm和F＝486.1nm下具有与普通玻璃至少相差0.005的相对部分色散Pg，F。另一方面，具有所述偏转构件的所述物镜单元的光学校正设计成以这种方式经过全部孔由所述物镜单元接收并由所述偏转构件偏转到接收单元的测量光束的点像只是有效地透过该接收单元，而经过开口区域向外的发射束的光学校正为衍射限校正。
平凸式透镜或平凹式透镜的透镜的平面表面的对应部分形成偏转构件。该偏转构件具有反射镜表面，用于将测量光束反射入和/或反射出，并且可能是例如棱镜或立方体形式，其具有反射镜表面、用于将光束反射入和/或反射出。但是，也可以使用例如两个棱镜。原则上，具有用于固定的一体化支架的反光直角器或单件反射镜也适合用作偏转构件。作为偏转构件的前表面的反射镜的优点是可以减少来自发射器的不期望的散射射线进入接收器的比例。
将透镜与偏转构件连接有很多种可能。例如，偏转构件可以通过不透明胶，例如黑色胶粘结到透镜。也可能使透镜和偏转构件通过透光接合剂相互溶接。因此，特别地，粘结意味着连接发生在光束路径外，而特别地，溶接表示在光束路径内的连接，即光束通道穿过光学透明接合剂。通过透镜和偏转构件之间的平面到平面的连接，提供了限定的粘结表面或限定的粘结间隙，使得连接具有较长的寿命。现代的并且特别是位置稳定的另一种连接方式是通过扩散焊接的平面到平面的连接。但是透镜和偏转构件也可以生产为单部件组件。优选地，透镜和偏转构件都由玻璃制成，可选地，所述玻璃也可以具有不同的光学特性，但是其他光学材料也是可能的。
偏转构件固定到所述透镜的所述平面表面。所述偏转构件到所述透镜的所述平面表面的连接可以在所述偏转构件的平面表面实现，但是也可以在非粘着平面表面上实现，例如设置有凹部和凹槽，极端的情况是只具有点状接触。通过两个平面表面的连接，即透镜的平面表面和偏转构件的平面表面，来确保高的稳定性，例如角度适应和如上所述的持续的溶接或粘结间隙，因此具有长的粘结寿命和对于气泡形成的强壮性，所述气泡例如空气气泡或牛顿环。如上所述的相互连接的透镜-偏转构件部件可理解为表示“基本上为单件”。可省略用作偏转构件支架的单独的机械部件，不论是用于在望远镜或泛焦望远镜中的纯粹定位还是用作所述透镜的连接支架。
所述偏转构件可布置在透镜或望远镜或测量模块的光轴上，但不是必需的，所述测量模块例如为一体化结合到望远镜的测距仪。定位在测量模块的光轴上或距离测量模块的光轴尽可能近对于非协同目标的距离测量是期望的和的确有利的。在测量协同目标的情况下，对于利用具有高平行度的反射束的测量，偏转构件应以合适的方式定位，以使由于偏转元件对测量光线的反射和/或散射的遮挡以及当然对视觉通道中用于成像的光线/观察光线的遮挡保持尽可能小。为了避免上述遮挡，将偏转构件制成非常小及可选地制成不对称部件也是有利的。该示例公开在DE196 15 601中。
安装在所述望远镜物镜单元的所述平面透镜的平面表面上的偏转构件可用于例如将用于望远镜中的测距仪的测量光束耦入和/或脱耦。当然，用于例如光学干涉计、自引导单元、照相机或其他测量的测量光束可同样很好地通过平面透镜/偏转构件组件反射入和反射出。其也可以用于将测量光束只耦入到所述望远镜的光轴并且通过所述望远镜的物镜投射到目标上，例如用于照明装置。也可以通过所述物镜单元只接收接收光束，并且通过所述偏转单元将光束脱耦到接收器，例如用于记录模块。具有平面表面的透镜不仅适用其作为透镜的功能，而且同时具有偏转构件支架的附加功能。因此望远镜中所需要的部件减少了一个。
特别是在一体化结合到望远镜中的测距仪的情况下，测量光束例如由发射器作为发射束发送，并且在由目标物反射和/或散射后，由接收器作为接收光束接收。所使用的发射器优选为激光器，并且根据使用目的，该射线可以是发散的和/或衍射限制的、准直的非可见和/或可见射线。发散射线优选用于测量协同的，即自照亮或反射目标，衍射限准直射线用于测量非协同目标。
望远镜中如果正像系统布置在偏转构件和聚焦透镜之间，则可进一步省略一个部件。除了其用于“观察射线”的作为图像倒置系统的功能，该正像系统因此可用于将部分由目标物反射和/或散射的射线引导到偏转构件。出于该目的，正像系统制成例如具有二向色层，在该二向色层处，将测量光束反射，并且允许用于观察的光束通过。
在泛焦望远镜中，所述物镜单元的透镜也可根据本发明制成为具有用于将测量光束耦入和脱耦的所述偏转构件的平面透镜。泛焦望远镜的特征在于，视野可随距离改变。聚焦时，焦距改变相当大。在泛焦望远镜中，用于例如测距仪和/或照相机的测量光束可通过平面透镜和偏转构件反射入和/或反射出，和在望远镜中一样。将例如测距仪和/或照相机一体化结合到泛焦望远镜本身就是新颖的。由于泛焦望远镜的特殊功能，即对于大的距离，角度大幅增加，该泛焦望远镜由多种光学部件制成，这些多种光学部件对于获得“泛焦功能”或对于获得衍射限成像是必需的。当然，该衍射限图像与在目镜侧的视觉通道中的用于观察的图像相关。通常衍射限图像的生成对相关的光学部件提出了高的要求，因为该图像将在望远镜短的构造长度下，针对望远镜的大焦距，例如500nm获得。当然，该多种光学部件在没有增加构造长度的情况下确实使其他元件的一体化结合变得复杂。测距仪或用于发送射线的发射部件的一体化结合也成为问题，因为由于有很多光学部件，所以将发射束脱耦导致了高比例的散射光，其削弱或阻碍望远镜成像。通过根据本发明的泛焦望远镜的结构，发射光束可在所述望远镜的前单元反射出，所以没有削弱散射光。而且，对望远镜中已经存在的光学部件的利用允许一体化结合发射和/或接收部件。
下面将仅通过示例，参照示意性显示在附图中特定工作示例对根据本发明的望远镜和根据本发明的泛焦望远镜进行更详细的描述，也将对本发明的其他优点进行讨论。具体地图1显示了根据现有技术的包括平凸透镜和偏转棱镜的测距仪；图2示意性显示了根据本发明的望远镜，包括用于将测量光束反射入望远镜的光束路径和将测量光束反射出所述光束路径的平凸透镜和偏转构件；图3示意性显示了泛焦望远镜，包括用于将测量光束反射入泛焦望远镜的光束路径和将测量光束反射出所述光束路径的平凸透镜和偏转构件；图4示意性显示了测距仪的一个实施例，其包括根据本发明的望远镜；图5示意性显示了测距仪的第二个实施例，其包括根据本发明的望远镜；和图6以三个局部视图示意性显示了根据本发明的望远镜或泛焦望远镜的物镜单元透镜的三个工作示例，该透镜结合有偏转构件。
具体实施例方式
图1显示了前面描述的现有技术中已知的激光测距仪。
图2显示了根据本发明的望远镜，该望远镜的物镜单元的透镜1为平凸式透镜。平面光学偏转构件安装在透镜1的平面表面上，该平面光学偏转构件显示为棱镜6，并且用于以紧凑的、同轴的及稳定的方式将例如用于测距仪的测量光束反射入和反射出望远镜的光轴。棱镜6具有反射镜表面Sp，其能够相对于测量光束的波长进行反射。安装或连接成连接部件、透镜1和棱镜6构成基本一体化的部件。棱镜6到透镜1的连接以接合剂连接实现，即透光的接合剂将棱镜6的平面表面Fp连接到透镜1的平面表面。由发射单元2发出的发射光束3通过偏转构件和透镜1被引向目标物，这里透镜1为物镜单元的最后面的透镜的形式，并且可选地连接到(例如溶接到)一个或多个透镜1a。由目标物反射和/或散射的光束作为接收光束4透过透镜1，并且被引导到正像系统10。这里，正像系统或图像倒置系统10为具有对射线部分透明的层的佩肯棱镜的形式，具体地所述层为光谱二向色层。由目标物反射和/或散射的光束通过望远镜的物镜单元收集，在正像系统10处被反射和/或散射到表示为棱镜6的偏转构件。为了清晰，由望远镜光学系统接收并且用于在目镜侧中的视觉通道/光通道中进行观察的光束S只以正像系统后的望远镜的光束路径进行了显示。由物镜单元接收的用于观察的光束S，例如环境光，由正像系统10传送并到达目镜12。由于望远镜的正像系统10用作测量光束的反射镜系统，因此又有一个部件具有双重功能，这有利于望远镜的短的和紧凑的构造长度。而且，提供了用于光束倒转的平面表面。光束倒转也可在图2的实施例中从玻璃进入空气实现。这是有利的，因为入射到二向色层上的光束在平面表面的情况下没有问题，但是在入射到倾斜表面上，特别是玻璃中，例如玻璃立方体的情况下，会出现例如偏振效应等不期望的效应。为了看到目标物，可将瞄准轴标杆(sighting axismark)18(或其他构成视野的标杆)引入视觉望远镜通道的成像平面。当透镜1以其全部孔收集返回的接收光束4，并且将其通过正像系统10和棱镜6传送到接收器5时，实际视觉图像的瞳孔19可设置在望远镜的内部，并且减小尺寸。望远镜中的透镜1、正像系统10和棱镜6当然也可用于将光束对于照相机或其他电学光学装置耦入和/或脱耦。通过使用具有平面表面的透镜1，像差的校正与常用的望远镜光学系统相比变得更加复杂。像差可通过例如在物镜单元中使用特殊玻璃来补偿。但是由于特殊玻璃首先昂贵，其次难于加工和弱的外部影响抵抗力，并且由于弱的外部影响抵抗力会很快具有擦痕和斑点，因此校正会转向望远镜的其他光学部件。因而，在工作示例中，聚焦单元11包括至少一个透镜，其相对部分色散与普通玻璃的不同，因为在望远镜中获得了相应的普通颜色校正和几何像差的校正。因此可能产生相应的用于观察的清晰图像。对于不充分的校正，需要例如获得具有多个波长(特别是在整个视觉光谱上)的图像清晰度。像差应校正到这样的程度成像平面中的图像对于观察者的眼睛显示得足够清晰，在工作示例中，该图像为瞄准轴标杆18上的图像。足够清晰定义为一种点像，该点像的直径基本对应于衍射限点像的直径。当然衍射限图像与在目镜侧通过视觉望远镜通道的用于观察的图像有关。
图3显示了根据本发明的泛焦望远镜，包括平面透镜和对应于图2的平面光学偏转构件。泛焦望远镜的特点在于其视野可随距离变化。靠近时，由于更大的视野，可获得更好的物体观察，并且在一定距离处，由于增加的角放大率，可保持良好的物体分辨率。该泛焦望远镜包括两个前物镜单元、正像系统10、聚焦单元11和目镜12，并且设计成在大距离处获得高视角放大率，并且在小距离处获得较小的角放大率。在根据本发明的泛焦望远镜中，显示出第一物镜单元的最后面的透镜为平凸式透镜，并且用于可称作作为偏转构件的棱镜6的支架。棱镜6用于将例如测距仪的发射和接收光束3、4反射入和反射出，反射入和反射出在棱镜6的镜面层Sp’处实现。棱镜6也可具有两个镜面层。第二物镜单元的透镜13用作接收光束4的镜面单元。出于该目的，透镜13制成具有二向色层，在该二向色层处，接收光束4(例如激光光束)的波长的二向色层光束沿偏转构件的方向和/或接收单元5的方向被反射和/或散射，同时允许具有与接收光束4不同波长的光束，例如环境光和红外射线通过。允许通过的光束SD首先经过视觉通道到达目镜，在目镜中其最终能够以已知的方式作为观察光束SB由观察者获得。其次，允许通过的光束SD被部分脱耦。出于该目的，这里正像系统10设置有第二层14，具体为光谱二向色层14，其对光束部分透明，用于将由物镜单元接收的其他光束(例如红外范围内的光束)脱耦，例如用于通过照相机，特别是固定焦距照相机进行记录。该照相机可以是例如红外照相机的形式，并且可接收由层14脱耦的红外射线。最后，还将分光器17引入到泛焦望远镜的在聚焦单元11和目镜12之间的光束路径中，通过该分光器，可将从正像系统10发射的并且由聚焦单元11聚焦的光束脱耦，例如用于通过第二照相机，特别是可调焦照相机进行图像探测。这里分光器17为分裂立方体的形式，该分裂立方体具有部分透明的、特别是光谱二向色层，并且除了将光束折射出的功能外，还可用于将瞄准轴标杆18安装在视觉泛焦望远镜的成像平面内，出于该目的，一般来说需要泛焦望远镜的光束路径中的附加元件。在根据本发明的改进中，可将各种附加的测量和/或记录元件一体化结合到泛焦望远镜中。另外，泛焦望远镜紧凑和经济的设计首先通过将第一物镜单元的透镜1用作偏转构件的支架，其次通过将第二物镜单元的透镜13用作反射镜系统来实现。泛焦望远镜像差的校正由于视野的可变性而更为复杂，与望远镜类似，该像差的校正转移到敏感的第一物镜单元外部的光学部件中。因而，例如第二物镜单元或第二物镜单元的元件和/或正像系统10和/或聚焦单元11由相对部分色散与普通玻璃的相对部分色散至少相差0.005的玻璃制成。
图4显示了根据本发明的望远镜或泛焦望远镜的一部分。该图与一体化结合到望远镜或泛焦望远镜中的测距仪相关。反射镜系统9示意性显示为梯形体。对于望远镜的功能，反射镜系统9对于望远镜中的衍射限成像光束是透明的。工作示例中没有显示成像光束。光轴C特指望远镜的光轴，光学元件以其为中线布置在其上。从发射单元2发出的发射光束3透过偏转构件，这里显示为棱镜6，并且在透镜1的偏转构件反射镜表面处偏转。作为反射镜表面，棱镜6具有反射层，在该反射层处，光束首先被偏转，其次用于通过物镜单元成像的光束从其穿过。发射光束3通过平凸透镜被引向目标物，图中没有显示目标物。目标物可以是协同性的，即自发光或为反射体，但是也可是非协同性的，例如天然粗糙表面。发射光束3由目标物反射和/或散射。发射光束3反射和/或散射的部分表示为接收光束4，其再次透过透镜1，由透镜1偏转到反射镜系统9。反射镜系统9也可以用于例如图像倒置，反射镜系统9在图中显示为具有二向色层的梯形玻璃体。反射镜系统9当然也可为其他形状，其也可由其他光学材料形成。其也可由不止一件形成，例如为阿贝/Knig棱镜。通过该反射镜系统9，接收光束4被引导到棱镜6形式的偏转构件，并且由该偏转构件偏转到接收单元5。当然，该偏转构件不需要必须用于将测量光束耦入和脱耦，也可使用偏转构件仅用于使光束耦入或仅用于使光束脱耦。图中偏转构件显示为棱镜6，该偏转构件在这里布置在透镜1或测距仪的且特别是望远镜的光轴C上。由此，该布置使得偏转构件的光轴与透镜1和/或其中安装有光学组件的测量仪器的光轴一致，该布置对于很多应用是有利的，例如望远镜中的距离测量，所述望远镜例如瞄准望远镜。首先为了使偏转构件对接收光束4的遮挡尽可能小，特别是在距离目标物近的位置处，其次为了减少成像平面中由中心瞳孔晕产生的衍射模糊，该偏转构件构造得尽可能小。
图5显示了第一物镜单元的又一个可能的实施例，包括用于根据本发明的望远镜或泛焦望远镜的两个平面透镜和两个偏转构件。特别地，这个实施例适于避免由发射光束3造成的对接收单元5的干扰。物镜单元的两个透镜1、1’分别连接到各棱镜6、6’形式的偏转构件中，用于将发射和接收光束3、4耦入和脱耦。透镜1、1’的平面表面和棱镜6、6’的平面表面分别实现连接。反射镜系统9也可用作正像系统，具有设置在该装置光轴C上用于使光束倒转的层，该层对于接收光束4的波长范围具有反射性，对于其他波长范围的光束是透明的。与图4类似，来自发射单元2的发射光束3由第一棱镜6和第一透镜1引导到目标物方向，该目标物未示出，并且该发射光束3由该目标物反射和/或散射，并且作为接收光束4由第一透镜1和第二透镜1’引导到反射镜系统9，该第二透镜1’在该图中布置在第一透镜1的右侧。接收光束4通过反射镜系统9的所述层反射回和/或散射，并且透过连接到第二透镜1’的棱镜6’，通过该棱镜其被引导到接收单元5。该包括两个具有反射机构的平面透镜的结构使得发射光束3和接收光束4之间良好分离，并且可能减少到达接收单元5的发射光束3的不期望的、麻烦的伪测量散射射线。该实施例包括两个透镜1，1’和两个偏转构件，可用于例如具有高信号灵敏度的测距仪，但是当然不限于测距仪，而是也可以用于望远镜或泛焦望远镜中的其他光学测量仪器，例如角测量仪器。
图6以三个局部视图6a、6b和6c显示了用于望远镜物镜的透镜1与偏转构件组合的三个可能的工作示例。该透镜1在该局部视图中总是显示为平凸透镜，但其既可以是平凸式透镜也可以是平凹式透镜。
图6a显示了带有偏转构件的透镜1，该偏转构件为具有金属喷镀后表面的棱镜6。棱镜6和透镜1通过作为结合手段的接合剂连接，棱镜6的平面表面Vp连接到透镜1的平面表面。作为结合手段的接合剂允许基本上无干扰的光束通过。因此对于透镜1和棱镜连接不需要中间机械部件，因此透镜1和棱镜6表现为基本一体化的部件。
在图6b中，作为偏转构件的前表面反射镜7与透镜1结合在一起。在该实施例中，连接仅覆盖了小的区域，将特别指出通过平面连接的优点。因为该连接在两侧都是平面的，因此其粘结间隙的厚度工艺可控，并且因此可确保针对粘结和能见度的结合力、角稳定性和连接寿命。
图6c显示了透镜1和作为反射镜通过一体化支架固定到透镜1的偏转构件的可能的结构，该反射镜在本发明的下文中称为固定反射镜8。该固定反射镜8通过透光粘结剂固定到透镜1。由于该粘结基本上以在两个连接点P1，P2处的点状方式实现，因此经过该固定反射镜7和透镜1的射线仅被轻微遮挡。该偏转构件也可以是通过支架作为一体化部件固定到透镜1的反射元件，或可以是反光直角器。
权利要求
1.一种用于衍射限成像的望远镜，该望远镜包括□物镜单元，该物镜单元具有至少一个透镜(1)，□发射单元(2)，该发射单元(2)用于发射作为发射光束(3)的光束，和/或□接收单元(5)，该接收单元(5)用于接收作为接收光束(4)的光束，□至少一个特别是平面光学偏转构件(6，6’，7，8)，其具有至少一个反射镜表面(Sp)，用于将发射光束(3)反射入所述望远镜的光束路径，和/或将接收光束(4)反射出所述望远镜的光束路径，□正像系统(10)，□聚焦单元(11)，□可选的瞄准轴标杆(18)，和□目镜(12)，其中□所述至少一个透镜(1)为平凸式或平凹式透镜，并且□所述至少一个偏转构件(6，6’，7，8)布置在所述平凸或平凹透镜的平面表面上，透镜(1)和偏转构件(6，6’，7，8)相互连接，以使其构成基本一体化的部件。
2.一种用于衍射限成像的泛焦望远镜，该泛焦望远镜包括□第一物镜单元，该第一物镜单元具有至少一个透镜(1)，□第二物镜单元，该第二物镜单元具有至少一个透镜(13)，□正像系统(10)，□聚焦单元(11)，□目镜(12)，其中□所述泛焦望远镜具有□发射单元(2)，该发射单元(2)用于发射作为发射光束(3)的光束，和/或□接收单元(5)，该接收单元(5)用于接收作为接收光束(4)的光束，和□至少一个特别是平面光学偏转构件(6，6’，7，8)，其具有至少一个反射镜表面(Sp’)，用于将所述发射光束(3)反射入所述泛焦望远镜的光束路径，和/或将所述接收光束(4)反射出所述泛焦望远镜的光束路径，并且其中□所述至少一个透镜(1)为平凸式或平凹式透镜，并且□所述至少一个偏转构件(6，6’，7，8)布置在所述平凸或平凹透镜的平面表面上，透镜(1)和偏转构件(6，6’，7，8)相互连接，以使其构成基本一体化的部件。
3.分别如权利要求1或2中所述的望远镜或泛焦望远镜，其中所述至少一个偏转构件(6，6’，7，8)为下述选项之一的形式-棱镜(6，6’)，-前表面反射镜(7)，-固定反射镜(8)，-反光直角器。
4.分别如权利要求1或2中所述的望远镜或泛焦望远镜，或如权利要求3中所述的望远镜或泛焦望远镜，其中偏转构件(6，6’，7，8)和平凸或平凹透镜(1)之间的连接通过下述技术之一形成-粘结，-溶接，-扩散焊接。
5.分别如权利要求1或2中所述的望远镜或泛焦望远镜，或如权利要求3或4所述的望远镜或泛焦望远镜，包括反射镜系统(9)，该反射镜系统(9)布置在偏转构件(6，6’，7，8)和目镜(12)之间，用于将接收光束(4)引导到偏转构件(6，6’，7，8)和/或接收单元(5)。
6.如权利要求1或权利要求3-5中任一项所述的望远镜，其中两个透镜(1，1’)为平凸式和/或平凹式透镜，分别具有偏转构件(6，6’，7，8)，所述两个透镜(1，1’)与所述物镜单元协同使用。
7.如权利要求1或权利要求3-6中任一项所述的望远镜，其中所述正像系统(10)设置在偏转构件(6，6’，7，8)和聚焦单元(11)之间，并且为反射镜系统的形式，用于将接收光束(4)引导到偏转构件(6，6’，7，8)和/或引导到接收单元(5)。
8.如权利要求1或权利要求3-7中任一项所述的望远镜，其中至少一个下述结构单元由具有与普通玻璃的相对部分色散相差至少0.005的相对部分色散Pg，F的玻璃制成-正像系统(10)，-聚焦单元(11)。
9.如权利要求2或权利要求3-5中任一项所述的泛焦望远镜，其中两个透镜(1，1’)为平凸式和/或平凹式透镜，分别具有偏转构件(6，6’，7，8)，所述两个透镜(1，1’)与所述第一物镜单元协同。
10.如权利要求2或权利要求3-5中任一项或权利要求9中任一项所述的泛焦望远镜，其中所述第二物镜单元设置在偏转构件(6，6’，7，8)和正像系统(10)之间，并且所述第二物镜单元的透镜(13)为反射镜系统形式，用于将接收光束(4)引导到偏转构件(6，6’，7，8)和/或接收单元(5)。
11.如权利要求2或权利要求3-5或权利要求9和10中任一所述的泛焦望远镜，其中正像系统(10)形成有至少一层部分透明的层(14)，通过所述部分透明的层(14)，光束从所述泛焦望远镜的光束路径脱耦，到达至少一个第二接收单元(15)，特别是照相机。
12.如权利要求2或权利要求3-5中任一项或权利要求9-11中任一项所述的泛焦望远镜，其中设置有位于所述聚焦单元(11)和所述目镜(12)之间的另一个分光器(17)，和至少一个第三接收单元(16)，特别是照相机，通过所述分光器(17)，光束偏转离开所述泛焦望远镜的光束路径，到达所述第三接收单元(16)。
13.如权利要求12所述的泛焦望远镜，其中瞄准轴标杆(18)布置在所述另一个分光器(17)上。
14.如权利要求2或权利要求3-5中任一项或权利要求9-13中任一项所述的泛焦望远镜，其中至少一个下述结构单元由具有与普通玻璃的相对部分色散相差至少0.005的相对部分色散Pg，F的玻璃制成-第二物镜单元，-正像系统(10)，-聚焦单元(11)。
全文摘要
本发明涉及一种包括平凸或平凹透镜及连接到其上的偏转构件的望远镜或泛焦望远镜，所述望远镜用于通过反射射入和/或射出、发送和/或捕捉光束(3，4)。根据本发明，至少一个偏转构件(6)通过望远镜物镜单元的至少一个透镜(1)结合到平面表面，透镜(1)以平凸或平凹透镜实现。透镜(1)用作物镜单元的透镜(1)，并且用作偏转构件(6)的支架。由于其双重功能，可减少望远镜中的与其中一种支架相关的光学部件的数量。
文档编号G01B11/14GK101065688SQ200580040593
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年11月27日
发明者安德烈亚斯·弗鲁曼, 托马斯·波日维尔, 于尔格·欣德林格 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司