CN103631008B - 一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统 - Google Patents

Abstract

一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，包括屋脊棱镜（4）和复合等腰棱镜，本发明将复合等腰棱镜设置为由等腰棱镜（2）、直角棱镜A（1）、直角棱镜B（3）组合而成。本发明可以对不同光谱段实行不同的并行处理，并在成像面叠加附加的图文信息，该图文信息能够十分清晰地大视场显示。

Description

一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统

技术领域

本发明属一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统技术领域。

背景技术

目前，成像光学系统中棱镜主要起正像的作用。传统的正像棱镜主要有三种：普罗棱镜，施密特别汉棱镜，阿贝棱镜。在传统没有电子系统的光学系统中，他们还能起到正像的作用，而现代光学日息复杂的光电子产品，希望在较小的体积内集成多种功能，比如多光谱段的信息处理，多信号源的目标处理，这时，传统棱镜就有很大的局限，不能满足要求。 

现有的正像棱镜组应用于成像光学系统，比如目视观察或摄像的光学系统中，如图1，通常由屋脊棱镜1，等腰棱镜2组成，它在光路中起到的作用是把前方系统系统（如物镜）所成的像倒过来，传递给后方的系统（如目镜），但不能对不同光谱段的信息分别处理，比如把可见光和红外光以分别按不同通道以不同的接收器接受。不能显示附加图文信息，如准星图案和描述目标特征的字符等信息。

现有的专利如：专利号为ZL 2010 2 0133893.4，一种能显示光学虚拟准星及字符信息的正像棱镜组，描述了一种简单的合像系统。

该系统通过采用了成像透镜原理和棱镜面分光原理，虽然已经能够显示附加图文信息，但存在明显的两个不可克服的缺点。一是该棱镜提供给显示器件的空间狭小，导致显示视场小，只有另外一只光路视场的1/3.仅仅能显示简单的比如一行四位数的字符等，无法实现大视场的图文显示。二是，分光膜由于远远偏离正入射，导致系统透过率小于35%，显示图像亮度极低，产品白天无法使用。成像透镜组空间狭小，结构简单，成像质量差，附加图文信息不清晰，导致字符难以看清。 

本发明由于显示投影的视场很大，如采用点阵式可编程显示器件，可以显示任何想显示的图文信息。

叠加图文信息的一个特例。显示可以是图形，标志，符号，文字。

这是两行文字显示，上面一行可以显示角度，或温度，或高度等，可带单位度，或英寸。下面一行四位数字显示，可待单位m或Y（码)。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使光学系统可以对不同光谱段实行不同的并行处理，并在成像面叠加附加的图文信息，该图文信息能够十分清晰地大视场显示。本发明如用之于望远镜，可以使望远镜不但有观察的功能，还可以有多光谱段独立成像的功能，激光测距的功能，可以字符的方式显示光学虚拟准星及测量距离等目标特征于视场中。使观察功能与目标信息处理机及显示实现无缝拼接，成为一个有机结合的完美的产品。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。

一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，包括屋脊棱镜和复合等腰棱镜，其特征是，将复合等腰棱镜设置为由等腰棱镜、直角棱镜A、直角棱镜B组合而成，其中直角棱镜A与直角棱镜B形状相同并分别对称地靠接在等腰棱镜的两个等腰面上，形成分光面A和分光面B；在距等腰棱镜的反射及透射面一段距离上设有与反射及透射面平行的成像透镜B，并设置一个平面反射镜和位于反射镜光轴上的成像透镜A；显示器设置在屋脊棱镜的反射透射面上方，显示器的图像沿入射光轴经由设置屋脊棱镜的反射透射面反射到成像透镜A，经过平面反射镜再通过成像透镜B将成像投至分光面B反射；在等腰棱镜的反射及透射面上方平行设有探测器B，在直角棱镜A的外侧设有探测器A, 探测器B通过出射光轴A成像、探测器A通过出射光轴B成像，两者相交在分光面A上。

本发明屋脊棱镜的角α为55°～64°；直角棱镜的角β为27°～32°； 等腰棱镜的角δ为110°～128°。 

本发明屋脊棱镜的角α最佳为60°；直角棱镜的角β最佳为30°；等腰棱镜的角δ最佳为120°。 

本发明叠加的图文信息为：图形，标志，符号，文字。

本发明物方复合光谱的入射光线以物方复合光谱入射光轴进入到屋脊棱镜，经过反射（内反射和外反射)透射面反射，再经过屋脊棱反射面反射，从屋脊棱镜的反射（内反射和外反射)透射面出射，进入由直角棱镜B、等腰棱镜、直角棱镜A构成的复合等腰棱镜。光线穿过分光面B，经过反射及透射面反射，到达另一个分光面A，部分光谱的光线直接穿过分光面A，从直角棱镜A出射，沿出射光轴B到达探测器A；另外一部分光谱的光线在分光面A被反射，从等腰棱镜的反射及透射面出射，到达探测器B；这样棱镜组能够把复合光谱的光线按一定要求使不同光谱的光线到达不同的探测器，进行不同的处理。

显示器的入射光线以显示器入射光轴经过屋脊棱镜的反射透射面反射，到达成像透镜A ，再经过平面反射镜反射，由成像透镜B成像由等腰棱镜的反射及透射面进入复合等腰棱镜，在分光面B被反射到反射及透射面，并经面反射及透射面全反射到达分光面A，部分光谱的光线直接穿过分光面A，从直角棱镜A出射，沿出射光轴B到达探测器A，这一部分光谱的光线将和沿物方复合光谱入射光轴入射的光场合像于探测器A；另外一部分光谱的光线在分光面A被反射，从等腰棱镜的反射及透射面出射，到达探测器B。成像透镜A和成像透镜B按光学成像原理设计，可以使图文信息大视场高清晰度成像。这样棱镜组可以把复合光谱的光线按一定要求使不同光谱的光线到达不同的探测器，按要求进行不同的处理。

本发明适用于有限距离目标和无穷远目标的多光谱成像系统。对白光系统，当目标为有限距离时，可以在比如显微镜的像场叠加图文信息，比如，目标温度，时间，可以显示参考图像等；当目标位于无穷远时，可以构成望远系统，复合成激光测距望远镜，带数显指南针的望远镜等。利用系统两个探测器面的一个，放置激光发射器件或激光接收器件，另外一个面做观察接收像面，显示器件可以在观察图像上叠加目标距离，移动速度，方位角等需求信息。对摄像系统，可以在两个谱段分别捕获目标的信息，记录不同光谱下的目标状态，比如可见光图像，红外图像，或紫外图像，获取目标不同谱段信息。

应用特例

本发明的有益效果是，此系统应用于望远系统，可以做成激光测距双目望远镜。在对可见光成像光束正像的同时，对另外一只激光光束进行与可见光成像光束互不相干的处理。形成具有集可见光正像，激光传输功能于一体的组件。本发明的空间结构特点也使该发明能与光电显示器件无缝组合，形成具有集正像，多光谱并行工作，图文信息显示等多功能于一体的组件。这样的显示方式的优点还在于，当图文信息显示不工作时，白光观察窗口完整的视场不被切割，光学性能没有牺牲。该系统结构紧凑，光路逻辑简单明了，零件加工工艺简单。

附图说明

图1为现有技术结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明叠加图文信息的一个示例图。

图中：1、直角棱镜A，2、等腰棱镜，3、直角棱镜B，4、屋脊棱镜，5、探测器A，6、显示器，7、探测器B，8、成像透镜A，9、平面反射镜，10、成像透镜B，11、物方复合光谱入射光轴，12、出射光轴A，13、出射光轴B，14、显示器入射光轴，15、屋脊棱镜反射（内反射和外反射)透射面，16、屋脊棱反射面，17、分光面B，18、反射及透射面，19、分光面A。

具体实施方式

见图2，一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，包括屋脊棱镜4和复合等腰棱镜，其特征是，将复合等腰棱镜设置为由等腰棱镜2、直角棱镜A 1、直角棱镜B 3组合而成，其中直角棱镜A 1与直角棱镜B 3形状相同并分别对称地靠接在等腰棱镜2的两个等腰面上，形成分光面A 19和分光面B 17；在距等腰棱镜2的反射及透射面18一段距离上设有与反射及透射面18平行的成像透镜B 10，并设置一个平面反射镜9和位于反射镜光轴上的成像透镜A 8；显示器6设置在屋脊棱镜4的反射透射面15上方，显示器6的图像沿入射光轴14经由设置屋脊棱镜4的反射透射面15反射到成像透镜A 8，经过平面反射镜9再通过成像透镜B 10将成像投至分光面B 17反射；在等腰棱镜2的反射及透射面18上方平行设有探测器B 7，在直角棱镜A 1的外侧设有探测器A 5, 探测器B 7通过出射光轴A 12成像、探测器A 5通过出射光轴B 13成像，两者相交在分光面A 19上。 

本发明屋脊棱镜的角α为55°～64°；直角棱镜的角β为27°～32°； 等腰棱镜的角δ为110°～128°。 

本发明屋脊棱镜的角α最佳为60°；直角棱镜的角β最佳为30°； 等腰棱镜的角δ最佳为120°。 

本发明叠加的图文信息为：图形，标志，符号，文字，如图3所示。

本发明物方复合光谱的入射光线以物方复合光谱入射光轴11进入到屋脊棱镜4，经过反射（内反射和外反射)透射面15反射，再经过屋脊棱反射面16反射，从屋脊棱镜4的反射（内反射和外反射)透射面15出射，进入由直角棱镜B 3、等腰棱镜2、直角棱镜A 1构成的复合等腰棱镜。光线穿过分光面B 17，经过反射及透射面18反射，到达另一个分光面A 19，部分光谱的光线直接穿过分光面A 19，从直角棱镜A 1出射，沿出射光轴B 13到达探测器A 5；另外一部分光谱的光线在分光面A 19被反射，从等腰棱镜2的反射及透射面18出射，到达探测器B 7；这样棱镜组能够把复合光谱的光线按一定要求使不同光谱的光线到达不同的探测器，进行不同的处理。

显示器6的入射光线以显示器6入射光轴经过屋脊棱镜4的反射透射面15反射，到达成像透镜A 8，再经过平面反射镜9反射，由成像透镜B 10成像由等腰棱镜2的反射及透射面18进入复合等腰棱镜，在分光面B 17被反射到反射及透射面18，并经面反射及透射面18全反射到达分光面A 19，部分光谱的光线直接穿过分光面A 19，从直角棱镜A 1出射，沿出射光轴B 13到达探测器A 5，这一部分光谱的光线将和沿物方复合光谱入射光轴入射的光场合像于探测器A 5；另外一部分光谱的光线在分光面A 19被反射，从等腰棱镜2的反射及透射面18出射，到达探测器B 7。成像透镜A 8和成像透镜B 10按光学成像原理设计，可以使图文信息大视场高清晰度成像。这样棱镜组可以把复合光谱的光线按一定要求使不同光谱的光线到达不同的探测器，按要求进行不同的处理。

Claims (4)

1.一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，包括屋脊棱镜（4）和复合等腰棱镜，其特征是，将复合等腰棱镜设置为由等腰棱镜（2）、直角棱镜A（1）、直角棱镜B（3）组合而成，其中直角棱镜A（1）与直角棱镜B（3）形状相同并分别对称地靠接在等腰棱镜（2）的两个等腰面上，形成分光面A（19）和分光面B（17）；在距等腰棱镜（2）的反射及透射面(18)一段距离上设有与反射及透射面（18）平行的成像透镜B（10），并设置一个平面反射镜（9）和位于反射镜光轴上的成像透镜A (8)；显示器（6）设置在屋脊棱镜（4）的反射透射面（15）上方，显示器（6）的图像沿入射光轴（14）经由设置屋脊棱镜（4）的反射透射面（15）反射到成像透镜A（8），经过平面反射镜（9）再通过成像透镜B（10）将成像投至分光面B（17）反射；在等腰棱镜（2）的反射及透射面（18）上方平行设有探测器B（7），在直角棱镜A（1）的外侧设有探测器A(5), 探测器B（7）通过出射光轴A（12）成像、探测器A(5) 通过出射光轴B（13）成像，两者相交在分光面A(19)上。

2.根据权利要求1所述的一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，其特征是，

屋脊棱镜的角α为55°～64°； 

直角棱镜的角β为27°～32°； 

等腰棱镜的角δ为110°～128°。

3.根据权利要求1或2所述的一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，其特征是，

屋脊棱镜的角α最佳为60°； 

直角棱镜的角β最佳为30°； 

等腰棱镜的角δ最佳为120°。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种可以叠加显示图文信息的多光谱段多接收器分光及合像棱镜系统，其特征是，叠加的图文信息为：图形，标志，符号，文字。                                        

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