CN101275818B - 全息枪瞄光路系统 - Google Patents

Abstract

全息枪瞄光路系统，涉及一种光路系统。提供一种具有结构紧凑、重量轻、造价低等优点，可制作成安装于轻型武器上的瞄准器的全息枪瞄光路系统。设有激光二极管、平面反射镜、全息透镜和全息图干版，激光二极管为系统提供光源；平面反射镜设于激光二极管发射光束的前方并面对激光二极管发射光束，平面反射镜的法线与激光二极管的发射光束之间有一角度，激光二极管的发射光束走过一段距离后照射到平面反射镜上；全息透镜设于平面反射镜前方，并使平面反射镜的反射光沿全息透镜的法线方向入射到全息透镜上；全息图干版是一张在全息记录干版上制作的透射式全息图，全息图干版设于从全息透镜输出的光的光路上，全息透镜输出的平行光照射在全息图干版上。

Description

全息枪瞄光路系统

技术领域

本发明涉及一种光路系统，尤其是涉及一种用于全息瞄准装置的光路系统。

背景技术

记录了全息图像的全息干版(以下称全息图干版)具有特殊的功能，它能呈现出图像的实像和虚像，并能将图像呈现在远处(几米到一、二百米)。此外，全息图干版还具有破裂后仍能在同一位置呈现同样图像的特点。由于虚像不会被人发现，可利用呈现在远处的全息图虚像来瞄准目标，因此可制作成全息瞄准器并安装在轻型武器上，可具有瞄准快速精确、不易被敌方发觉、能在较恶劣环境下瞄准等特点。全息瞄准器的光学部分是整个设备的关键，其中包括全息图干版、光源和一些光学元件。这些光学元件的作用是将光源发出的光扩束、准直，并引导，然后使光束以一定角度照射到全息干版上，才能在特定位置重现出记录在干版上的全息图像。为使全息瞄准器小型轻便，达到实用化，全息瞄准光路系统就必须制作得很紧凑，使得占用的空间尽量小并且系统很稳定。为了达到这个目的，系统中使用的光学元件越少越好。此外，光学元件应尽量轻便，以减少装置的重量。从产业化方面考虑，光学元件应制作简便并且造价低。

本发明人在中国专利CN200420074252.0中所公开的全息瞄准装置中，将激光二极管

(LD)发出的光直接照射在全息图干版上。这样的光路系统虽然非常简单，但是由于照射在全息图干版上的是从LD上直接发射的扩散光，使得光路调整十分困难，难以获得满意的全息图像。加上LD的光不但频谱很宽而且频率会随温度升高而飘移，所以全息图像不仅容易产生像模糊，而且图像位置会随环境温度而改变，影响瞄准效果。Anthony M Tai等人在美国专利US6490060中揭示了一种较为复杂的光路系统，该系统利用一个平面反射镜、一个离轴凹面反射镜和一个光栅来实现导光效果。其中光栅用于抵消LD波长漂移造成的全息图像的位置变化，而离轴凹面反射镜则用于产生准直光照射在全息版上。为了减小光学元件所占的空间，这几个元件上下放置，使被引导的光几乎在垂直的方向上运行。该系统中的离轴凹面反射镜必须制作的十分精确，但制作难度大、价格高。Eric J.Sieczka等人在美国专利US2006/0164704揭示了另一种瞄准光路系统，在该系统中LD发出的光被一个凸透镜准直后照射到全息图干版上作为全息图的重现光波。重现出来的全息图实像光波到达一个光栅，然后被衍射。光栅的一级衍射光作为用于瞄准的图像，该系统中光路基本上在水平方向展开。为了使到达全息图干版的光束足够大，LD必须离准直透镜足够远，因此光路系统必须比较长，导致整个瞄准器装置也比较长。其中光栅的作用也是用于抵消LD波长漂移造成的全息图像的位置变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有结构紧凑、重量轻、造价低等优点，可制作成安装于轻型武器上的瞄准器的全息枪瞄光路系统。

本发明的技术方案是设计一个能产生呈现在远处的分划图虚像，用于精确瞄准的光路系统，系统中采用了一个全息透镜，能起到对光束进行准直、偏折、滤波等作用。

本发明设有：

激光二极管，激光二极管用于发射可见光波，为系统提供光源；

平面反射镜，平面反射镜用于改变激光二极管发射的可见光束的方向，使激光二极管发射的光束在运行了一段距离后改变方向，再运行一段距离后照射到全息透镜上。平面反射镜设于激光二极管发射光束的前方并面对激光二极管发射光束，平面反射镜的法线与激光二极管的发射光束之间有一角度，激光二极管的发射光束走过一段距离后照射到平面反射镜上；使用平面反射镜的目的是使光束在激光二极管和全息透镜之间不是直线运行，而是来回反向运行，即形成折迭式运行光路，以缩短整个光路系统的长度；

全息透镜，全息透镜是一种全息光学元件，用于对经平面反射镜反射的激光二极管发出的光束产生准直、转向或偏折、滤波和稳定全息图像位置，全息透镜设于平面反射镜的前方，并使平面反射镜的反射光沿全息透镜的法线方向入射到全息透镜上，全息透镜的焦距为光从激光二极管到平面反射镜再到全息透镜所运行的距离，全息透镜将入射的发散光转变为以一定角度向上运行的平行光；

全息图干版，全息图干版是一张在全息记录干版上制作的透射式全息图，用于在全息透镜输出的平行光的照射下在水平方向产生一个呈现在远处的分划图虚像，分划图虚像是记录在全息图干版上的全息图像，用于瞄准时与物体对准，分划图虚像可以是十字、交叉线、圆圈、圆点等；瞄准时分划图所指向的被瞄物体的部位就是弹道落点，当全息透镜输出的平行光照射在全息图干版上时，在全息图干版后方透过全息图干版可观察到在水平方向有一个呈现在远处的分划图虚像；全息图干版设于从全息透镜输出的光的光路上，全息透镜输出的平行光照射在全息图干版上。

全息透镜产生的平行光以一定角度入射到垂直放置的全息图干版上，在全息图干版后方(即光束未照到的那一面)沿水平方向透过全息图干版观察，可看到一个全息图虚像。该虚像是个细条纹构成的几何图像，呈现在全息图干版的法线方向。

全息图和全息透镜的制作方法在许多教科书及全息专业论文中均有具体描述(可参见文献：于美文等著，“光学全息及信息处理”，国防工业出版社，1984)。

本发明中的全息透镜由一束同轴球面波和一束离轴平面波相干涉记录在全息干版上而制作成。全息透镜可为透射式全息透镜或反射式全息透镜。

透射式全息透镜有较好的透明度，经平面反射镜反射的激光二极管发出的扩散光束照射到透射式全息透镜后，从其背后透射出的准直光(平行光)作为全息图的照射光；

反射式全息透镜上制作的微型结构呈浮雕状，在结构表面镀有反射膜，经平面反射镜反射的激光二极管发出的扩散光束照射到反射式全息透镜后，其反射的准直光(平行光)作为全息图干版的照射光。

全息图干版一般以玻璃为基底，在基底表面有感光材料层，在感光材料层中用全息方法记录了用于瞄准的分划图的图像信息。

从激光二极管发射的扩束光首先到达平面反射镜，被平面反射镜反转了运行方向后射向全息透镜。经过全息透镜的扩束光被转变为平行光，并以大角度入射到全息图干版上，全息图干版在水平方向重现出事先记录的分划图的虚像并呈现在远处，用于枪械的瞄准。由于发散光走过的路程越长光束面积越大，从激光二极管出射的发散光经过平面反射镜到达全息透镜时的光束面积，由光束在激光二极管、平面反射镜和全息透镜之间走过的路程所决定。为了使照射到全息图干版上的光束面积大到足够覆盖整个全息图干版，从激光二极管到达全息透镜的距离必须有足够的长度。平面反射镜使光束在激光二极管和全息透镜之间以折迭形式运行，使光路系统整体长度在水平方向几乎缩短了一半，这样可减小全息瞄准器的尺寸和重量。准直后的光束以大角度照射到全息图干版上。光束以大角度照射到全息图干版可达到二个效果：(1)较小的准直光截面积可覆盖较大的全息图干版面积。这样，从激光二极管发射的光束经过的路程可以相对较短，有利于使系统更紧凑；(2)全息透镜和全息图干版不会在水平方向有部分重叠，造成对重现全息图像的破坏及对瞄准视线的阻挡。

采用透射式全息透镜和反射式全息透镜可分别构成透射式光路系统和反射式光路系统二种瞄准光路系统。透射式光路系统中的全息透镜是透明的，其产生的平行光是在全息透镜的另一侧，即是透过全息透镜的。反射式全息透镜产生的平行光与其入射光在同一侧。二种光路系统除全息透镜外，其余元件的作用都是相同的。二种光路系统中的元件若倾斜放置，可减小系统在垂直方向的尺寸，使装置更加紧凑。

分划图(即用于瞄准的全息叉丝线图像，“分划图”是军事工程中的专用名词，专指用于瞄准的图像。国外有关瞄准器或对准装置中所用于对准的叉丝图像称为reticle，中文翻译为“分划图”或“叉丝线”，“十字线”，“刻线”等，通常是指细线条的几何图形，如十字，米字，圆点，圆圈等)

全息图可以成实像或虚像.实像可以用一个屏幕接收，即真的有光聚成一个像；而虚像是只能看但接收不到，就像镜子里的像，上述全息图成的是虚像，只有瞄准的人能看到图像，而被瞄准的人看不到，如果成的是实像的话，被瞄准的敌人也能看到光和图像，就暴露了射手。

本发明给出了一种更加简洁、紧凑、且造价低的全息瞄准光路系统。系统中采用了一个全息透镜。全息透镜能起到普通光学透镜对光准直和汇聚的作用。此外，由于全息透镜是一种衍射光学元件，它的衍射光能以一定角度进行偏折，起到对光的运行方向进行控制的作用。由于衍射光对于不同波长有不同的衍射角，全息透镜还能起到滤波的作用，让波长偏差太大的光不能照射在全息图干版上，保证高质量的全息图像。全息透镜与全息图都是衍射光学元件，当激光二极管的光由于环境温度变化而产生波长飘移时，二个元件产生的衍射光的角度偏移方向刚好相反，所以全息透镜又能起到抵消激光二极管波长漂移造成全息图像位置变化的问题。所以，本发明中的全息透镜可起到美国专利US6490060中凹面反射镜与光栅，以及美国专利US2006/0164704中凸透镜和光栅结合的作用。凸透镜和凹面反射镜都比较厚且造价高，全息透镜只是一片厚度2mm左右的平板玻璃或塑料，既轻便造价又低。所以取消凸透镜和凹面反射镜不仅有利于减少整个装置的重量，还能有效降低装置成本。

本发明中的平面反射镜用于改变激光二极管发射的可见光束的方向，使光束在水平方向折迭运行，使用该平面反射镜的目的是使整个光路系统在水平方向上有较小的尺寸，能使整个装置更加紧凑，同时光束又有足够长的行程，使扩束光达到足够大的面积。

附图说明

图1为本发明实施例1(采用透射式全息透镜)的结构组成示意图。

图2为本发明实施例2(采用反射式全息透镜)的结构组成示意图。

具体实施方式

实施例1：采用透射式全息透镜的全息枪瞄光路系统

如图1所示，本发明设有激光二极管(LD)1、平面反射镜2、透射式全息透镜3和记录了分划图信息的全息图干版4，在图1中，代号5代表人眼，6代表全息图干版重现的分划图虚像。由激光二极管1出射的发散光以一定角度向上倾斜，照射到平面反射镜2上。平面反射镜2将光束返回到激光二极管1一侧，但保持光束向上运行，该光束入射到透射式全息透镜3上，在透射式全息透镜3的后方形成一束向上运行的平行光，该平行光以大角度入射到垂直放置的全息图干版4上。在全息图干版4的后方观察，可在水平方向上看到呈现在远处的虚像6。

实施例2：采用反射式全息透镜的全息枪瞄光路系统

如图2所示，本实施例设有激光二极管(LD)7、平面反射镜8、反射式全息透镜9和记录了分划图信息的全息图干版10，在图2中，代号11代表人眼，12代表全息图干版重现的分划图虚像。由激光二极管7出射的发散光以一定角度向上倾斜，照射平面反射镜8上。平面反射镜8将光束返回到激光二极管7一侧，但保持光束向上运行，该光束入射到反射式全息透镜9上，在反射式全息透镜9的反射方向形成一束向上运行的平行光，该平行光以大角度入射到垂直放置的全息图干版10上。在全息图干版10的后方观察，可在水平方向上看到呈现在远处的虚像12。

在图1和2中，激光二极管(LD)射出的发散光以稍微向上倾斜的方向运行(设倾斜角为α)。平面反射镜放在激光二极管前面并面对着光束，平面反射镜的法线与激光二极管发射的光束之间有一角度(设为β)。激光二极管发射的光束走过一段距离后照射到平面反射镜上，并被平面反射镜反射(反射角为β)。全息透镜放在平面反射镜的前面并使平面反射镜的反射光沿全息透镜的法线方向入射到全息透镜上。全息透镜将入射的发散光转变为以一定角度(设角度为θ)向上运行的平行光。对于透射式全息透镜，平行光从透镜的背后射出；而对于反射式全息透镜，平行光从透镜的前面反方向射出。全息透镜产生的平行光以一定角度(设角度为Φ)入射到垂直放置的全息图干版上。在全息图干版后方(即光束未照到的那一面)沿水平方向透过全息图干版观察，可看到一个全息图虚像。该虚像是个细条纹构成的几何图像，呈现在全息图干版的法线方向。

Claims (2)

1.全息枪瞄光路系统，设有激光二极管、平面反射镜和全息图干版，激光二极管用于发射可见光波，为系统提供光源，平面反射镜用于改变激光二极管发射的可见光束的方向，使激光二极管发射的光束在运行了一段距离后被平面反射镜反射而改变方向，平面反射镜的法线与激光二极管的发射光束之间有一角度，激光二极管的发射光束走过一段距离后照射到平面反射镜上，全息图干版是一张在全息记录干版上制作的透射式全息图，用于在全息透镜输出的平行光的照射下在水平方向产生一个呈现在远处的分划图虚像，其特征在于：

所述使激光二极管发射的光束在运行了一段距离后被平面反射镜反射而改变方向后，再运行一段距离后照射到全息透镜上，平面反射镜设于激光二极管发射光束的前方并面对激光二极管发射光束；

所述全息枪瞄光路系统还设有全息透镜，全息透镜用于对经平面反射镜反射的激光二极管发出的光束产生准直、转向或偏折、滤波和稳定全息图像位置，全息透镜设于平面反射镜的前方，并使平面反射镜的反射光沿全息透镜的法线方向入射到全息透镜上；

全息图干版设于全息透镜的前方，全息透镜输出的平行光照射在全息图干版上。

2.如权利要求1所述的全息枪瞄光路系统，其特征在于全息透镜为透射式全息透镜或反射式全息透镜。

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