CN103245254B - 具有投射对准点的光学装置 - Google Patents

Abstract

提供一种具有投射对准点的光学装置。一种对准装置包括沿着光路放置的一组透镜，该组透镜包括物镜和目镜。物镜与目镜之间的光路上放置有反射元件。可寻址显示器的位置偏离光路并且将图像投射到反射元件。透过物镜能够看到该图像并且该图像是叠加在视野上的对准元件。

Description

具有投射对准点的光学装置

技术领域

本申请要求2012年2月4日提交的标题为“Optical Device Having ProjectedAiming Point”的美国临时专利申请61/595,039号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

本领域已知用于步枪、手枪或其他火器的各种光学瞄准系统（也称为光学装置或者瞄准具）。通常，这些包括位于物镜与目镜之间的焦平面中的标线。另外，正像透镜组件位于物镜与目镜之间。正像透镜组件可以是可移动的，以允许在各种放大率下进行目标的可调节瞄准。正像透镜组件允许容易地通过瞄准器看到距枪手有较大距离的目标，导致更准确的射击。尽管步枪瞄准器技术已经过多年的改进，但是即使是最先进的步枪瞄准器还是存在一些缺陷。

对准目标需要枪手进行一些手动步骤。缺少经验的枪手或者匆忙的枪手可能会忘记这些步骤中的一些步骤，导致不准确的射击。例如，常见的利用光学瞄准具的瞄准目标场景可能需要以低放大率设定对视野进行第一扫描，以定位和识别潜在目标。一旦识别了潜在目标，枪手必须确定到目标的距离。某些光学装置允许通过按压在该光学装置上的按钮来计算该距离。一旦确定了距离，该光学装置基于距目标的距离和被编程到该光学装置内的弹道信息，亮起或者显示出位于对准部件的垂直元件上的对准元件（例如：标线）。之后，枪手可以将放大率设定调高或调整到该光学装置上允许的最大设定。

还需要另外的瞄准目标步骤。为了真正瞄准目标所必须进行的最常见的校正之一是对子弹飞行路径上的侧风进行补偿。如果没有进行此步骤，尤其是在远距离的情况下，可能导致子弹未击中其期望目标。图1描绘了可以用于对侧风进行补偿的电子瞄准器100。瞄准器100包括具有标线104的外壳102，其中透过标线104来进行观察。标线104包括瞄准元件106，瞄准元件106具有若干排列的对准点（由瞄准元件106上的水平破折号108表示）。还包括偏差修正标记（由点110表示）。在此示例中，最里面的点110描绘了在10mph侧风下瞄准所需要的补偿，最外面的点110描绘了在20mph侧风下瞄准所需要的补偿。任意数量的点可出现在中心标线的任一侧，以提供在某个风速下的对准点。在图1所描绘的照明光学装置的情况下，一旦确定了距离并且考虑了弹道信息（预编程到控制器中），在瞄准元件106的垂直条上亮起基准测距对准点114。例如，如果侧风W是向左20mph，则枪手必须在开火前将由点116所表示的对准点定位到目标上。但是，新手或者仓促的枪手可能错误计算了偏差对准点或者完全忘记了该步骤，则未击中其目标。

另外，此类型的步枪瞄准器还具有以下限制：枪手必须猜测与所显示点110不同的偏差的对准点（例如：15mph，7mph等）。此问题不能简单地通过包含大量的偏差对准点来解决，因为包含太多的侧风对准点会阻碍通过标线104的视线，使对准难以进行。另外，可寻址的偏差对准点是不切实际的，因为每个偏差对准点必须由某类型的导体来供电（太多的导体也会拥塞视野）。

发明内容

一方面，技术涉及对准装置，该对准装置包括：沿着线性光路放置的一组透镜，该组透镜包括物镜和目镜；物镜与目镜之间放置在直线光路上的反射元件；位置偏离该直线光路的可寻址显示器，该显示器将图像投射到反射元件，使得通过目镜能够看到该图像，其中该图像是叠加在视野上的对准元件。

另一方面，技术涉及瞄准系统，该瞄准系统包括：沿着直线光路放置的一组透镜，该组透镜包括物镜和目镜；用于感测风速和风向中的至少一个的风传感器；处理器，该处理器用于至少部分地基于从风传感器发送的信号来计算风的不确定性；显示器元件，该显示器元件用于显示通过目镜能够看到的图像，其中该图像是至少部分地基于风的不确定性。

附图说明

在附图中示出了目前优选的实施例，但是应该理解的是本技术不限于所示出的确切布置和手段。

图1是现有技术的光学装置的端视图。

图2是光学装置的示意图。

图3是用于对光学装置进行操作的控制器处理器的示意图。

图4是光学装置的示意性侧剖视图。

图5是图4的光学装置的局部放大的侧剖视图。

图6是光学显示系统的端视图。

图7A是具有位于前焦平面的微型显示器的光学装置的局部示意性侧剖视图。

图7B是具有位于后焦平面的微型显示器的光学装置的局部示意性侧剖视图。

图8A至图8C分别以4x、8x和12x的放大率描绘出用于光学显示系统的测距默认显示。

图9A至图9B分别以低放大率和高放大率描绘出用于光学显示系统的显示。

具体实施方式

本技术涉及对已知瞄准系统和方法（诸如在美国专利7,703,679中所描述的瞄准系统和方法，其全部内容通过引用合并于此）的新颖的及改进的实施例，用于枪炮或其它器械的准确对准。在实施例中，本瞄准系统包括：透镜位置传感器，该透镜位置传感器还可以感测凸轮管或放大率环的位置；处理器（CPU）；以及能够由CPU或机械地或电力地操纵的对准点。其它实施例可以包括光学装置、距离输入、控制器/处理器、输入系统、弹道程序和对准元件显示装置。光学装置是能够视觉获取目标的任何装置，诸如光学瞄准器（例如用于步枪、手枪等）或者带有取景器的摄像机。距离输入可以是来自测距仪的输入，测距仪可以是能够确定瞄准系统与指定目标之间的距离的任何装置，诸如激光测距仪，其有时与光学装置集成在一起。示例性的集成光学装置和激光测距仪包括4x–12x–42mm的LaserScope步枪瞄准器以及步枪瞄准器，这两种步枪瞄准器都可以从科罗拉多州格里利市（Greeley）的Burris公司获得。在另外实施例中，用户可以通过输入系统306来输入距离，在下面描述。

控制器/处理器从输入系统接受信息，例如关于子弹和/或弹药筒特性、步枪特性、任何的环境考虑和/或放大率设置的信息。在从输入系统接收到输入之后，控制器/处理器需要距离以确定正确的延缓调整。距离输入在步枪开火前提供到目标的距离。在示例性实施例中，由集成于光学装置的测距仪，或者独立于光学装置的测距仪，或者其它输入系统诸如手持装置来提供距离。另外，控制器/处理器确定光学装置的当前放大率设置。控制器/处理器确定延缓调整以及其它校正，并且自动地对对准元件显示装置进行寻址或者通电，如下文所述。对准点被投射到位于沿线性光路布置的分光器上，并且叠加在目标图像上出现。对准点代表在光学装置的视野中的这样的点：该点应该位于被视觉获取的目标上，以使步枪针对预期射击（所期望的冲击点）而正确地对准。通过使用对准点来使步枪对准，枪手在不需要使用印在十字标线上的刻度来手工计算校正或者进行手工调整的情况下，可以针对目标距离、风、放大率设置、其它环境条件、弹药特性或者其它考虑事项来正确地将步枪对准。在示例性的实施例中，对准点是垂直十字条上的十字、点、圆、环、框、三角或其它可行的对准点的直观表示。

图2示出根据本发明的用于视觉获取目标以及自动提供经校正的对准点的示例性瞄准系统300。如这里所使用的，“瞄准系统”应该广义地解释，并且应该定义成一个或更多个光学装置和辅助人将枪炮、步枪或其它器械进行瞄准的其它系统。瞄准系统300包括：光学装置302，诸如步枪瞄准器或者附着于枪炮或其它器械的光学系统；输入系统306；弹道程序308；控制器/处理器304；以及一个或更多输出装置310，诸如将对准点投射到位于该瞄准系统的线性光路内的元件316上的可寻址显示元件。在进一步的实施例中，瞄准系统还包括距离输入，诸如来自测距仪314的距离输入。这里，光学装置302经常被称为步枪瞄准器或者瞄准器，尽管本技术不限于步枪观察镜的使用。另外，在下文中，器械或者枪炮被称为步枪，尽管本技术不限于步枪或其它枪炮或者投掷抛射体的任何器械的应用。在实施例中，步枪瞄准器302在透镜312的表面上提供刻划的标线，或者垂直和水平的十字来使步枪对准。标线可以位于前焦平面或者后焦平面。

示例性系统300的控制器/处理器304接收来自输入系统306和诸如测距仪314的距离输入的输入或数据，并且可操作地执行弹道程序308或者从输入系统306接收与弹道程序308有关的信息。控制器/处理器304使用输入信息来确定针对瞄准器302的正确对准点。在实施例中，控制器/处理器对位于显示器310上的与期望对准点相应的一个或者更多个像素进行寻址或通电。在某些实施例中，显示器310可以是法国格勒诺布尔市（Grenoble）的MicroOLED公司制造的高清微型显示器。所有需要的驱动器也合并到系统300中。

OLED微型显示器也可以从华盛顿州贝尔维尤市（Bellevue）的eMagin公司获得。可接受的单元和尺寸包括：WUXGA，其具有1920像素×1200像素，18.7mm×11.75mm的显示器；SXGA（1280×1024，15.36×12.29mm）；SVGA（852×600，12.78mm x9.00mm);以及VGA(640×480，9.6x7.2mm)。其它OLED微型显示器可以从中国昆明市的云南北方奥雷德光电科技股份有限公司获得，型号是SVGA050和SVG060。另外，反射LCD、透射LCD和MEMS系统可以用于微型显示器。微型显示器可以是彩色的或者单色的。尽管彩色微型显示器可以提供更令人满意的用户体验（例如，使用不同颜色或者变化的颜色使视野中的特定图像、风力级别等突出），但是单色微型显示器需要更小的功率来生成相当量的发射光。在此情况下，单色微型显示器可能是有利的，因为其更小地影响电池消耗，这可能在某些实施例中是重要的（例如，在野外的扩展部署期间接入电源受限下的军事应用或者其它瞄准器应用）。

另外，可以包括确定正像透镜位置的放大率传感器320。另外，可以结合固定放大率的瞄准具来使用显示元件310。可以使用各种传感器，包括：感测并输出正像透镜位置的传感器、感测并输出凸轮管的角位置的传感器、或者感测并放大率环的角位置的传感器。对于提供位置输出的传感器320，输出可以用于根据相对于预定义放大率设置或者相对于该预定义的放大率设置点处的原始正像透镜位置的任何放大率设置，确定正像透镜位置相对于彼此的变化。在某些实施例中，这可以通过机械方式完成，或者通过CPU以电的方式完成。CPU基于相对于预定义放大率设置的实际放大率设置以及传感器输出和正像透镜的原始位置，计算对准点需要被重新定位到当前视野的位置。

风传感器322也可以与瞄准器集成或者位于离开瞄准器的位置。远程风传感器可以通过有线连接或者无线连接方式连接到瞄准器302以传递风的信息。或者，枪手可以经由输入系统306直接输入从风遥感器获得的信息。在瞄准器302中也可以包括其它传感器。这些传感器可以包括监测气压、风向、温度、湿度或其它环境因素的传感器。从这些传感器导出的信息可以由处理器304用于下面所描述的各种计算。

控制器/处理器304是用于处理输入信息、用于确定正确的对准元件以在显示器310上寻址或者通电、以及用于控制显示器310的硬件或者硬件/软件装置的组合。在示例性的实施例中，控制器/处理器304是微型处理器或者微型控制器，例如可以从公司获得的8位MCS251CHMOS微型控制器。在其它实施例中，控制器/处理器304是可进行操作以执行这里所描述功能的客户定制；专用集成电路或者现场可编程门阵列。

在实施例中，控制器/处理器304包括实现这里所描述的功能而需要的任何电子装置或者电气装置。例如，图3示出了可以实现本发明的适当操作环境的实施例。该操作环境仅仅是适当操作环境的一个示例，而且不打算暗示有关本发明的使用或功能范围的任何限制。其它可以适合用于本发明的众所周知的控制器/处理器系统、环境、和/或配置包括但不限于：手持装置、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程用户电子产品、或者包括以上任何系统或装置的其它计算机环境等。

参照图3，用于实现控制器/处理器302（图2）的实施例的示例性计算机环境包括计算装置，例如计算装置400。在其最基本的配置中，通常计算装置400包括至少一个处理单元402和存储器404。取决于计算装置400的确切配置和类型，存储器404可以是易失性的（例如RAM）、非易失性的（例如ROM、闪存等），或者两者的结合。在图3中通过短划线406图示了控制器/处理器的最基本配置。

另外，装置400也可以具有附加的特性/功能。例如，装置400也可以包括附加存储器。在图3中通过可移除存储器408和不可移除存储器410图示了这样的附加存储器。这样的计算机存储介质包括以任何用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的方法或技术所实现的易失性介质和非易失性介质，以及可移除介质和不可移除介质。存储器404、可移除存储器408和不可移除存储器410都是计算机存储介质的示例。计算机存储介质包括但不限于：RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术。任何这样的存储介质可以是装置400的一部分。

装置400还可以包括使该装置能够与其它装置通信的通信连接412。通信连接412是通信介质的示例。通常，通信介质体现为在调制数据信号，例如载波或者其它传输机制中的计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其它数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”表示这样的信号：该信号的特征中的一个或更多个以对信号中的信息进行编码的方式被设置或改变。通过示例，而且非限制性地，通信介质包括例如有线网络或直接连线连接的有线介质，以及例如声学、RF、红外线或者其它无线介质的无线介质。

通常，计算装置400包括至少一些形式的计算机可读介质，其可以是某种形式的计算机程序产品。计算机可读介质可以是能够被处理单元402访问的任何可用介质。通过示例，而且非限制性地，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储器介质可以包括以用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的任何方法或技术所实现的易失性介质和非易失性介质，以及可移除介质和不可移除介质。任何上述介质的组合也应该被包括在计算机可读介质的范围中。

在实施例中，如图2所示，可以由控制器/处理器304来执行的计算机可读介质的一个形式是弹道程序308。弹道程序308是提供弹道信息的任何数据和/或可执行软件指令。例如，弹道程序是由密苏里州锡代利亚市（Sedalia）的Sierra Bullets所出售的外弹道软件的Infinity套件（Infinity Suite）。通常，弹道信息被定义为描述在环境影响、重力影响或者其它因素影响下的抛射体的飞行的任何数据或者信息，该抛射物例如是子弹。弹道信息可以基于所接收到的关于子弹质量、子弹的阻力系数或者其它弹道系数、枪口速度、湿度、气压、风速、风向、海拔高度、射击角度、距离、子弹直径、步枪相对于垂直线的扭转角（倾斜）、弹药标号和其它考虑因素的信息。如本领域的技术人员所认识到的那样，一些或者所有这样的输入信息可以用于确定弹道飞行的特征。在其它实施例中，弹道程序计算弹道信息，该弹道信息被提供在查阅表中。因此，不是计算弹道信息，而是预先计算一组弹道信息并由处理器/控制器304使用。

图4是光学装置500的示意性侧剖视图。光学装置500包括沿着线性光路502放置的一组透镜，该组透镜包括物镜504或物镜组、正像透镜组件506和目镜508或目镜组。可以包括或者不包括常规的标线510。如果包括常规的标线510，则可以有上面刻有标线的平光镜或者其它类型的装置。

在所示的瞄准器实施例中，也图示了激光测距仪组件512。测距仪置于物镜504与正像透镜组件506之间。测距仪512包括测距光发射机和测距光接收机，测距光发射机发射沿着线性光路透过物镜的光束，测距光接收机接收沿着透过物镜的线性光路反射回到望远镜瞄准具的光线。测距仪生成距离信号，该距离信号指示反射测距光的目标物体的距离。

然后，该测距仪信号被提供给控制器520。控制器520包括用于存储例如上述的查阅表形式的弹道信息的存储器。在替代实施例中，可以包括弹道计算器和计算冲击点弹道信息所需的存储数据。基于弹道信息、环境参数、方向信息和测距仪信号，控制器520确定亮起显示器514上的什么像素以呈现补偿目标距离、偏差等的对准点。控制器520设置有通信端口522，通过该通信端口522可以将弹道信息、对准点形状和用户选择（例如对颜色、弹药类型、标线形状的选择）上载到瞄准具的存储器中。在所示的实施例中，显示器514投射垂直于线性光路502的图像。图像与位于光学元件522内的分光器518相交，于是除正常目标图像外，沿着线性光路502透过平光镜510和目镜508可看到该图像。

针对特定子弹和装药的弹道系数（BC）和枪口速度（MV）的公布数据经常不准确。制造商经常使用使性能值最优化到高于在正常场合条件下所期望水平的技术。另外，个体火器的变化也对MV有显著的影响，特别是管身长度变化、镗孔直径变化，膛线制作、膛室和膛喉详情，气口和其它细节根据给定负荷来影响MV。尽管子弹的BC受特定火器的细节影响很小，但是不同制造商所使用的确定误差的不同方法使弹道特征出现显著误差。

通过使用大气状态感测，连同斜度感测和方向感测，瞄准器底座高度输入和实际测量的在已知距离值下的子弹落差，瞄准器系统能够确定BC和MV准确度的显著提高。利用对瞄准器的仔细归零，以及接着输入附加距离下的实际落差，在已知大气信息、斜度信息和距离信息的情况下，系统能够数学地确定到所组装的火器与瞄准器组合的固有准确程度。在某些实施例中，可以利用除了零距离外的至少两个其它距离的落差。同一过程针对瞄准器本身的变化进行内在的校正。上述的输入系统和/或通信系统连同大气和物理条件感测部件可以被用于收集和存储适当信息。

另外，能够收集和存储关于附加弹药的准确弹道信息，于是可以在组装的火器和瞄准器组合中使用该信息。此信息可以包括零距离冲击点的信息。于是，输入系统可以用于输入所使用的弹药的类型。然后，处理器可以显示针对使用中的装载的所计算的期待冲击点所需要的准确对准点指示。

图5描绘了显示器514和光学元件522的放大侧视图。图6描绘了透过目镜508的光学元件的放大端视图。光学元件522可以包括在反射表面518相接的两个三角形玻璃棱镜522a和522b。棱镜522a和522b是使用加拿大树脂胶或其它黏性材料来相接的。另外，可以利用半镀银镜分光器、分色镜棱镜或其它类型的分光器。在所描绘的实施例中，反射表面相对于线性光路502成大约45度的角度α。在显示器514垂直于线性光路502安装的实施例中，此角度是期望的。基于显示器514相对于线性光路502的角度，可以利用错角。

在所描绘的实施例中，显示器514可以亮起位于其上的任何数量的像素，由此将对准点投射到分光器的实质上任意的位置。但是在一些应用中，显示器只需要亮起显示出在标线的主水平十字下方的对准点的像素。在这个方面，分光器的下半区可以包括反射平面，而上半区可以是完全透射的。在其它实施例中，反射涂层被优化成反射由显示器发出的特定的一个或多个颜色。图6描绘了通过包括十字604的平光镜510来观察的实施例。在其它的实施例中，十字可以由显示器514来投射。上虚线608描绘了取景器的上限。分光器522可以包括下曲面606以匹配到光学装置内。在可替代的实施例中，显示器514和分光器关于主光轴旋转以使得显示器可以位于分光器522的下方或一侧。另外，多个显示器可以位于分光器上。在这样的实施例中，一个显示器可以投射对准元件，另一个显示器可以投射十字，又一个显示器可以投射附加信息（例如，到目标的距离或者其它信息）。

尽管在主要瞄靶操作期间描绘了两个图像600和602，但是只会投射单个对准点。在所描绘的应用中，将对准点600进行投射，从而在十字的水平线下方显现成尖端、点、圈、十字、“x”、环、三角、典型标线或其它元件600a。在某些实施例中，可以在不同放大率设置下利用不同的对准元件（例如：在4x放大率下利用十字，在8x放大率下利用圈）。另外，可以由用户基于个人或者其它偏好或设置来选择一个或更多个优选的对准元件。在瞄准系统中可以包括任意数量和类型的对准元件，或者可以经由通信端口来添加这样的对准元件。

另外，元件600a可以是其任意组合并且可以包括各种颜色或者颜色的组合。使用与处理器通信的风传感器，可以结合元件600a来显示线或其它水平图案600b，从而描绘由于风的突发和变化而形成的风的不确定性。处理器可以确定该不确定性的程度并且确定对准元件600a应该位于直线600b上的位置。

显示器514还可以将图像（例如对准点、偏差测量数据、距离数据等）投射到取景器的上部或者其它区域，以给枪手提供附加信息。在所描绘的实施例中，投射图像602在取景器中显现成按码表示的测量602a。该投射图像602可以包括特定应用所需要和期望的其它数据元素，例如距离、风速、风向、气压等。放大率设置的改变也可以导致投射图像602a在尺寸和位置上的改变。显示器514也可以投射十字图像或者其它基本瞄准元件。另外，可以由位于后焦平面附近的附加显示装置（例如OLED）来显示数据元素。

可以用光学胶将显示器514固定在分光器522的上表面610，从而确保图像到分光器522的充分透射。光学胶还保证显示器不会侧移或者旋转移动，这种侧移或者旋转移动可能会在野外使用枪炮时产生。显示器可以使用物理对准手段和/或电子调准方法来安装和对准。关于物理对准手段，可以将显示器514插入大小与显示器514匹配的分光器522中的凹陷内。该凹陷的边界可以被对准，使得显示器514在激活时将图像投射到分光器522上的合适位置，而不需要另外的调准。另外，显示器514可以安装到位于分光器522与显示器514之间的中间透镜。显示器514也不需要安装成使得其垂直于线性光路502来进行投射。例如，可以安装显示器，使得其平行于线性光路502来进行投射。中间反射镜可以用于将所显示的图像引导到分光器。但是，期望有如图5所示定位的显示器，因为它减小了瞄准器500的整体高度。

图7A是光学装置700的局部示意性侧剖视图，光学装置700具有位于前焦平面730的微型显示器714。在图7A中没描绘出其它透镜诸如物镜组704和目镜组708，但是对本领域的技术人员来说应该是显然的。在所描绘的实施例中，正像透镜组件706和具有固定标线的平光镜位于分光器518与物镜组704之间。另外，在此实施例中的元件包括测距仪系统，测距仪系统包括放置于线性光路702外部的激光光束发射器512a。测距仪分光器712b将激光光束引导到光路702中，同时距离传感器712c接收反射的激光信号。

如图7A所描绘的那样，当在利用前焦平面730处的微型显示器714时，可能期望对放大率变化进行补偿以生成更期望的观察体验。例如，微型显示器714可以改变构造上（textural）的显示尺寸和位置，以对放大率的变化和在前焦平面中的视野影响进行补偿。与显示器的实际尺寸相关的限制可以限制在取景器中显示的最终图像。对于给定的显示尺寸，像素尺寸是直接影响显示分辨率的要素。例如，能够有较高放大率的瞄准器代表了更多的技术考验，因为随着放大率设置的增加，在对准点上的更少数量的像素被点亮。类似地，增加了用于显示距离、风速等的也随放大率缩放的文本。因此，为了使瞄准器的全功能例如这里所描述的功能可以运行，具有大量像素的微型显示器是特别期望的。已经确定的是：为了保持精确性和可视性，对于前焦平面系统来说，期望具有大约17微米或更小像素大小的20x放大率微型显示器。这取决于放大率变化范围和在最大放大率上的实际可视区域。当由于例如激光测距仪发射器712a和/或接收器712c故障或者计算距离的计算系统故障而不能得出距离时，可能期望利用默认显示器。

当处理器检测到测距仪误差时，微型显示器可以转变到默认投射，诸如在图8A至图8C中所描绘的形式，图8A至图8C分别描绘了4x、8x和12x放大率的显示。显示器800可以是在诸如以100码或100米递增的各个距离处的一连串对准标记802。对准标记802可以适当地标注出来并且可以针对包括风的大气条件以及诸如枪炮倾斜角度的物理条件来适当地进行偏置。在所描绘的实施例中，在显示器800上也显示了误差提示804，所以用户可以理解光学装置的工作条件。在此情况下，可以继续显示其它可用信息如仰角、风速和风向。

返回到图7A，光学装置700使用单分光器718来引导显示器714的图像和激光束，使激光束返回到传感器712c。这里，分光器718可以是全光线轨迹宽度分离器或者是近全光线轨迹宽度分离器。内部对角线分离器表面718a反射显示图像并将显示图像覆盖到目镜（ocular lens）708和目镜（eyepiece）。事实上，这里只使用分光器718的后（目镜）半部分。但是，返回的激光光束沿着光路702从物镜704的方向前进。全轨迹或者近全轨迹宽度分离器718将返回的激光反射90°到传感器712c。激光束可根据需要进一步折射聚焦或者反射聚焦并且择路。在该任务中使用分光器718的前（物镜）半部分。对角线分离器表面的反射涂层可以针对所涉及的特定波长进行优化。在如图7A所示的前焦平面类型的实施例中，平光镜710包括固定的标线，标线包括固定的十字或者其它可视的指示标志以示出武器零点位置。图9A和9B分别描绘了低放大率显示器900和高放大率显示器900。这里，在平光镜710中形成固定的十字902。显示器900还包括由图7A的微显示器714显示的一个或更多个分离的激光测距对准标记904。可能期望将激光测距对准标记904定位于视野中心。可替代地或附加地，可以将微型显示器编程以亮起与对准标记或者零点对准标记位置不同的激光测距对准标记。而且，测距对准标记904可与一个或多个对准标记不同从而使用户能够区分它们。

对于大部分的光学布局，即使在最低放大率时，前焦平面（FFP）图像小于后焦平面图像。因此，前焦平面图像不需要和分光器或显示器一样大。较小的分离器节省重量、费用并且避免安装不便。无论选择FFP中哪个位置作为武器零点，当放大率变化时该位置相对目标图像保持恒定。这使零对准指示能够位于视野中心的上方。而且，允许更大的角度用于子弹落差校正。在某些实施例中，非常期望以高放大率来校正40弧距（MOA）或更大弧距（其中1MOA等于1角分，而1角分等于1/60度）。然后，取决于实际的最大放大率和光学设计，FFP实现方式允许多达30MOA的附加落差校正。FFP的第二个优点是目标图像与显示图像之间的视差需要是最小的以防止冲击点误差，特别是在视野的边缘。一般情况下，FFP目标图像比在后焦平面装置中的更平坦（flat）。另外，在FFP中，在高放大率时只有像平面的最中心部分是可见的，这将视差问题减到最小。FFP也可以使单分光器被测距仪和显示器双重使用，这一问题另作讨论。

FFP装置在与本文描述的显示技术结合使用时确实具有一些需要考虑的功能特性。例如，在高放大率时，视野包括目标图像的一小部分。例如，放大率改变4倍，视野直径将只有低放大率视野直径的四分之一。因此，如果显示器填充或显著填充低放大率的FOV，则显示器只有一小部分将在高放大率下可见。单个显示像素是能显示落差、风或其它校正的最小变化。FFP装置的长距离应用可能需要对准精度为0.5MOA或者更小。为了在低放大率时填充整个或大部分视野，同一显示器可能需要显著更多的像素。

图7B是具有位于后焦平面732的微显示器714的光学装置700的局部示意性侧剖视图。与图7A中元件共用附图标记的元件通常不再描述，因为它们是基本相似的。除了后焦平面732，光学装置700包括多个其它元件和部件，其构成如下所述。特别地，该测距系统即光束发射器712a、分光器712b和光束传感器712c，位置靠近物镜组704。不同于图7A的显示器，在这里，目镜分光器730只将光束重定向到距离传感器712c。在图7B中，微型显示器714位于后焦平面732并将图像投射到第二分光器734上。具有固定标线的平光镜710也位于第二分光器734处。通常，第二分光器734和微型显示器714比位于前焦平面的分光器和微型显示器更大。

在这里所述的显示技术的后焦平面（RFP）的实现方式中，可能期望更大的显示器和分光器。但是，无论放大率如何变化，显示器上的视野是恒定的。当目标图像的放大率改变时，显示器图像不受影响。但是，视野中唯一相对于目标图像保持恒定的位置是在视野中心或者非常接近视野中心。因此，零对准标记（特别是固定的、非投射的对准标记）应该在视野中心。因此，针对子弹落差的唯一对准点偏置是从视野中心向下，所以更多地限制了在最大放大率时最大偏置。另外，在最大放大率时显示器上相对于零对准标记位置的25MOA的对准偏置是最低放大率时的四倍多（4x变焦装置）。该处理器可以适应这一点，但可以期望用放大率变化传感器保持准确度。

RFP装置中存在由目标图像场曲率导致的视差，特别是在视野的边缘。RFP装置的一些优点在于像素尺寸可以比FFP装置大得多，因为在高放大率下更大数量的像素是可见的，在低放大率下亦是如此。通常，像素可以是60微米或以上（取决于实际放大率和光学设计）。相同的效果使与放大率变化成比例的显示器分辨率比在FFP实现方式中更低。

电子校准过程将包括激活位于显示器上的多个参考像素，并且确保那些像素与平光镜510上的标线、十字或任意对准点上的离散参考点对准。至少由于这一原因，可以投射比取景器可视区域更大的图像的显示器是特别有利的。当将显示器安装和校准之后，将图像投影到可视区域之外的显示区域可能被禁用（或者，软件可以被编程为不向此区域中的像素通电）。多个像素可在不同的放大率设定下进行测试以确保在所有的放大率级别上的校准。

上述的实施例包括在平光镜510上刻划的标线。在其它实施例中，标线可以形成从显示器投影的图像的一部分。这样的实施例可能需要更少的或简化的校准过程，因为处理器始终知道对准点相对于标线的位置。然而，在发生显示器失效的情况下，在取景器中没有标线可见。因此，平光镜上的刻划标线可能是有利的，因为即使是在显示器或其它电子设备失效的情况下，也可以进行基本的对准程序。

虽然这里描述了被认为是本技术的示例性的和优选的实施例，但是通过这里的教示，对于本领域的技术人员来说对本技术的其它修改将是显然的。这里所公开的具体制造方法和几何结构实质上是示例性的而不能被认为是限制。因此，所有这样的修改都期望保护在所附权利要求中，因为其落入本技术的精神和范围内。因此，期望由专利证书所保护的是在其后的权利要求及所有等同方案中定义且区分的技术。

Claims (24)

1.一种对准装置，包括：

沿着光路放置的一组透镜，所述一组透镜包括物镜和目镜；

具有表面和与所述表面成角度的反射表面的分光器，其中，所述分光器放置在所述物镜与所述目镜之间的所述光路上；以及

位置偏离所述光路且被固定到所述分光器的所述表面的可寻址显示器，所述显示器将图像投射到所述反射表面，使得透过所述目镜能够看到所述图像，其中，所述图像包括叠加在视野上的对准元件。

2.根据权利要求1所述的对准装置，还包括用于控制所述对准元件的位置、尺寸和类型中的至少一个的处理器。

3.根据权利要求2所述的对准装置，还包括与所述处理器通信的输入系统，所述输入系统用于接收弹道信息。

4.根据权利要求1所述的对准装置，其中，所述分光器包括两个三角形玻璃棱镜。

5.根据权利要求1所述的对准装置，其中，所述显示器包括多个像素，并且其中，对准元件包括至少一个像素。

6.根据权利要求1所述的对准装置，还包括所述光路上放置的平光镜，所述平光镜包括通过所述目镜能够看到的标线。

7.根据权利要求4所述的对准装置，还包括位于所述分光器上的标线。

8.根据权利要求1所述的对准装置，其中，所述图像包括十字。

9.根据权利要求1所述的对准装置，还包括所述光路上放置的能够调节的正像透镜组件。

10.根据权利要求9所述的对准装置，还包括传感器，所述传感器用于确定所述正像透镜组件的至少一个正像透镜的位置变化。

11.根据权利要求10所述的对准装置，还包括用于接收来自所述正像透镜传感器的信号的处理器，其中，所述处理器至少部分地基于从所述正像透镜传感器接收的信号确定要由所述显示器显示的期望对准点。

12.根据权利要求10所述的对准装置，还包括用于接收来自所述正像透镜传感器的信号的处理器，其中，所述处理器确定距离、风速、风向、弹药标号和气压中的至少一个的显示的尺寸和位置中的至少一个。

13.根据权利要求11所述的对准装置，其中，所述处理器至少部分地基于接收自测距仪的信号来确定所述期望对准点。

14.根据权利要求13所述的对准装置，还包括所述测距仪。

15.根据权利要求13所述的对准装置，其中，所述处理器至少部分地基于正像透镜传感器信号、弹道信息、距离信号、风速信号、风向信号、气压信号、湿度信号和温度信号中的至少一个来确定所述期望对准点。

16.根据权利要求11所述的对准装置，其中，所述对准元件包括第一放大率的第一对准元件、以及第二放大率的第二对准元件。

17.根据权利要求1所述的对准装置，其中，所述对准元件是可以基于用户偏好来选择的。

18.根据权利要求16所述的对准装置，其中，所述第一对准元件和所述第二对准元件是能够由用户选择的。

19.根据权利要求1所述的对准装置，其中，所述图像还包括与距离、风速、风向、弹药标号和气压中的至少一个对应的数据。

20.根据权利要求1所述的对准装置，还包括在后焦平面附近的附加显示器，所述附加显示器用于显示附加图像或者信息。

21.根据权利要求17所述的对准装置，还包括处理器，并且其中，所述对准元件通过通信端口被加载到所述处理器。

22.根据权利要求14所述的对准装置，还包括与所述测距仪和所述可寻址显示器两者关联的单分光器。

23.一种瞄准系统，包括：

沿着光路放置的一组透镜，所述一组透镜包括物镜和目镜；

风传感器，所述风传感器用于感测风速和风向中的至少一个；

处理器，所述处理器用于至少部分地基于从所述风传感器发送的信号来计算风的不确定性；

具有表面和与所述表面成角度的反射表面的分光器，其中，所述分光器放置在所述物镜与所述目镜之间的所述光路上；以及

可寻址显示器，其位置偏离所述光路且被固定到所述分光器的所述表面，所述可寻址显示器将图像投射到所述反射表面，使得透过所述目镜能够看到所述图像，其中，所述图像至少部分地基于所述风的不确定性。

24.根据权利要求23所述的瞄准系统，其中，所述图像包括条。