CN110361861A - 一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜和复合棱镜，复合棱镜由等腰棱镜、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；或者复合棱镜由直角棱镜A、直角棱镜组合而成；其中直角棱镜的一个直角面长于直角棱镜A的斜面，将该直角面靠接在直角棱镜A的斜面上。本发明不但有观察的功能，还有激光测距的功能，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。

Description

一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜
技术领域
本发明涉及一种数字显示激光测距双筒望远镜，属于光学仪器技术领域。
背景技术
目前，激光测距双筒望远镜从光学机械性能考察，存在不能满足实际批量生产及需求的问题。性能好的产品，光学机械结构复杂，工艺难度大。低端产品又由于性能太差，满足不了实际使用要求。激光测距双筒望远镜所用的正像棱镜有三种：普罗棱镜、施密特别汉棱镜和阿贝棱镜。相比而言，普罗棱镜相同材料时能胜任的视场角略小，而且空间体积稍大，故而形成的产品较为笨重。施密特别汉棱镜体积紧凑，但光能损失大，且要将孔径做大较为困难，复合上激光测距所需的分光棱镜后，结构过于复杂，同时所需空间引起望远镜造型的变化，比如后背凸起等，产品变得不美观。阿贝棱镜的体积介于上述两者之间，其光学性能较两者优越，主要表现在能胜任的视场角大，光能损失小，但生产工艺太复杂，导致价格昂贵。
因此，有必要对现有技术加以改进。
现有的用于激光测距双筒望远镜的正像棱镜组，如图1，专利号为ZL201020133893.4，一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。通常由屋脊棱镜，等腰棱镜组成，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)。
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。
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数字显示激光测距功能的双筒望远镜，使望远镜不但有观察的功能，还可以有激光测距的功能，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。由于光机结构合理性，工艺简单，适合于批量生产。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：
一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
所述分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜和复合棱镜，所述复合棱镜由等腰棱镜、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；或者所述复合棱镜由直角棱镜A、直角棱镜组合而成；其中直角棱镜的一个直角面长于直角棱镜A的斜面，将该直角面靠接在直角棱镜A的斜面上。
进一步地，所述物镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜在同一轴向上设置。
进一步地，所述目镜组件包括第四透镜和第五透镜，第四透镜和第五透镜在同一轴向上设置。
进一步地，当所述复合棱镜由等腰棱镜、直角棱镜A、直角棱镜B组合而成时，
所述双筒望远镜还包括投影显示组件，所述投影显示组件包括显示器、成像透镜A、平面反射镜和成像透镜B，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的外侧设有观察焦面A,探测器B通过出射光轴A成像、观察焦面A通过出射光轴B成像，两者相交在分光面A上；其中分光面A和分光面B是等腰棱镜的两个等腰面形成的。
进一步地，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°。
进一步地，
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°。
进一步地，叠加的图文信息为：图形、标志、符号和文字。
进一步地，当所述复合棱镜由直角棱镜A、直角棱镜组合而成时，在直角棱镜的反射及透射面上方平行设有探测器B，在直角棱镜A1的外侧观察焦面设置透射型显示器件。
进一步地，所述双筒望远镜的双筒的两只光路中的一只在探测器B对等的位置装上发射器件。
本发明的另一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
所述分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜和复合棱镜，在双筒望远镜的双筒中，其中一筒中的所述复合棱镜由等腰棱镜、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；其中另一筒中的所述复合棱镜由直角棱镜A、直角棱镜组合而成；其中直角棱镜的一个直角面长于直角棱镜A的斜面，将该直角面靠接在直角棱镜A的斜面上。
本发明物方入射光线以物方入射光轴进入物镜到屋脊棱镜，经过反射透射面反射，再经过屋脊棱反射面反射，从屋脊棱镜的透射面出射，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，可见光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到达观察焦面A；用于测距的由被测目标反射的激光的光线在分光面A被反射，从等腰棱镜的反射及透射面出射，到达探测器B。由于光路可逆，激光测距双筒望远镜的两只光路的一只可以在探测器B对等的位置装上发射器件，就可以实现激光从这支物镜以准直光束发射。这样棱镜组能把物镜过来的可见光图像传递到目镜供眼睛观察，而同时激光光束实现测距。
投影显示组件，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，沿出射光轴B到达观察焦面A，这一部分红色光谱的光线将穿过分光面A19和沿物镜镜过来的可见光光谱的光线同时成像于观察焦面A。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。
本发明的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，由于分光及合像棱镜系统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。
本发明适用于有限距离目标和无穷远目标的观察及测距。
本发明的一种有益效果是，本双筒望远镜在对可见光成像光成像观测的同时，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。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，形成具有集观察，激光测距，图文信息显示等多功能于一体的数字显示激光测距双筒望远镜。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，光学性能没有损失。该系统结构紧凑，光路逻辑简单明了，零件加工工艺简单。
本发明的另一种有益效果是，分光及合像棱镜系统的分光面B可以取消，由等腰棱镜、直角棱镜B组合成直角棱镜，这样简化的光学系统，简化了投影显示组件，直接在观察焦面A处可以进一步设置透射型显示器件,显示器件可以是LCD或OLED。这样进一步组成激光测距双筒望远镜(也称双目望远镜)。
附图说明
图1为现有技术的正像棱镜组结构示意图。
图2为本发明实施例1的分光及合像棱镜系统结构示意图。
图3为本发明实施例1的叠加图文信息的一个示例图。
图4为本发明实施例1的光学系统图。
图5为本发明的实施例1的双筒望远镜的结构示意图。
图6为本发明的实施例2简化投影显示组件的双筒望远镜的光学系统图。
图7为本发明的实施例2简化投影显示组件的双筒望远镜的结构示意图。
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、观察焦面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，20、第一透镜，21、第二透镜，22、第三透镜，23、第四透镜，24、第五透镜，25、直角棱镜，6A1、透射型显示器件，7A1、发射器件，7A2、探测器。
具体实施方式
实施例1
参见图1至图5所示，一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜4和复合棱镜，在双筒望远镜的双筒中，其中一筒中的复合棱镜由等腰棱镜2、直角棱镜A1、直角棱镜B 3组合而成，其中直角棱镜A1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；其中另一筒中的复合棱镜由直角棱镜A1、直角棱镜25组合而成；其中直角棱镜25的一个直角面26长于直角棱镜A1的斜面，将该直角面26靠接在直角棱镜A1的斜面上。
由物镜组件对远方被观察物体成像，物镜组件包括第一透镜20、第二透镜21和第二透镜22，第一透镜20、第二透镜21和第三透镜22在同一轴向上设置。
分光及合像棱镜系统，见图2，在其中一筒中(也即一只光路中)，包括屋脊棱镜4和复合棱镜，将复合棱镜设置为由等腰棱镜2、直角棱镜A1、直角棱镜B3组合而成，其中直角棱镜A1与直角棱镜B3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A19和分光面B17；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B10，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A8；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A8，经过平面反射镜9再通过成像透镜B10将成像投至分光面B17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B7，在直角棱镜A1的外侧设有观察焦面A5,探测器B7通过出射光轴A12成像、观察焦面A5通过出射光轴B13成像，两者相交在分光面A19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、符号和文字，如图3所示。图3是显示内容的应用特例。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)。
本发明由物镜成像后的可见光光线沿光轴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B3、等腰棱镜2、直角棱镜A1构成的复合棱镜。光线穿过分光面B17，经过反射及透射面18反射，到达另一个分光面A19，可见光光谱的光线直接穿过分光面A19，从直角棱镜A1出射，沿出射光轴B13到达观察焦面A5；用于测距的由被测目标反射的激光的光线在分光面A19被反射，从等腰棱镜2的反射及透射面18出射，到达探测器B7。由于光路可逆，激光测距双筒望远镜的两只光路的一只可以在探测器B7对等的位置装上发射器件7A1，就可以实现激光从这支物镜以准直光束发射。这样棱镜组能把物镜过来的可见光图像传递到目镜供眼睛观察，而同时激光光束实现测距。
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A8，再经过平面反射镜9反射，由成像透镜B10成像由等腰棱镜2的反射及透射面18进入复合棱镜，在分光面B17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A19，这一部分红色光谱的光线将穿过分光面A19和沿物镜镜过来的可见光光谱的光线同时成像于观察焦面A5。成像透镜A8和成像透镜B10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。
目镜组件，包括第四透镜23和第五透镜24，第四透镜23和第五透镜24在同一轴向上设置。第四透镜23、第五透镜24按光学成像原理设计，可以是不同的结构形式。通过目镜组件可以同时对物镜组件所成可见光图像和显示器6的红色光图像进行观察。
另一筒中的复合棱镜由直角棱镜A1、直角棱镜25组合而成，参照实施例2的说明。
实施例2
参见图6至图7所示，一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜4和复合棱镜，复合棱镜由直角棱镜A1、直角棱镜25组合而成；其中直角棱镜25的一个直角面26长于直角棱镜A1的斜面，将该直角面26靠接在直角棱镜A1的斜面上。
图7为本发明的简化投影显示组件的双筒望远镜的结构示意图，图6为双筒望远镜的光学系统图，针对其中的一只光路。
由物镜组件对远方被观察物体成像，该物镜组件包括第一透镜20、第二透镜21和第二透镜22，第一透镜20、第二透镜21和第三透镜22在同一轴向上设置。
分光及合像棱镜系统，见图6，包括屋脊棱镜4和复合棱镜，将复合棱镜设置为由直角棱镜A1、直角棱镜25组合而成，只形成分光面A19，而分光面B17可以取消；在直角棱镜25反射及透射面18上方平行设有探测器B7，在直角棱镜A1的外侧观察焦面设置透射型显示器件6A1,显示器件可以是LCD或OLED。
显示器件可以显示图文信息为：图形，标志，符号，文字，如图3所示。
本发明由物镜成像后的可见光光线沿光轴屋脊棱镜4，经过反射面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25、直角棱镜A1构成的复合棱镜。光线到达分光面A19，可见光光谱的光线直接穿过分光面A19，从直角棱镜A1出射，沿出射光轴到达设置透射型显示器件6A1的观察焦面；用于测距的由被测目标反射的激光的光线在分光面A19被反射，从直角棱镜25的反射及透射面18出射，到达探测器B7。由于光路可逆，激光测距双筒望远镜的两只光路的一只可以在探测器B7对等的位置装上发射器件7A1，就可以实现激光从这支物镜以准直光束发射。这样棱镜组能把物镜过来的可见光图像传递到目镜供眼睛观察，而同时激光光束实现测距。
显示器6A1直接设置于焦面，可以使图文信息大视场高清晰度成像。
目镜组件，包括第四透镜23和第五透镜24，第四透镜23和第五透镜24在同一轴向上设置。第四透镜23、第五透镜24按光学成像原理设计，可以是不同的结构形式。通过目镜组件可以同时对物镜组件所成可见光图像和显示器6的红色光图像进行观察。

Claims (10)

1.一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
所述分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜(4)和复合棱镜，所述复合棱镜由等腰棱镜(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；或者所述复合棱镜由直角棱镜A(1)、直角棱镜(25)组合而成；其中直角棱镜(25)的一个直角面(26)长于直角棱镜A(1)的斜面，将该直角面(26)靠接在直角棱镜A(1)的斜面上。
2.根据权利要求1所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：所述物镜组件包括第一透镜(20)、第二透镜(21)和第三透镜(22)，第一透镜(20)、第二透镜(21)和第三透镜(22)在同一轴向上设置。
3.根据权利要求1所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：所述目镜组件包括第四透镜(23)和第五透镜(24)，第四透镜(23)和第五透镜(24)在同一轴向上设置。
4.根据权利要求1-3任一所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：当所述复合棱镜由等腰棱镜(2)、直角棱镜A(1)、直角棱镜B(3)组合而成时，
所述双筒望远镜还包括投影显示组件，所述投影显示组件包括显示器(6)、成像透镜A(8)、平面反射镜(9)和成像透镜B(10)，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)的外侧设有观察焦面A(5),探测器B(7)通过出射光轴A(12)成像、观察焦面A(5)通过出射光轴B(13)成像，两者相交在分光面A(19)上；其中分光面A(19)和分光面B(17)是等腰棱镜(2)的两个等腰面形成的。
5.根据权利要求4所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：
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°。
6.根据权利要求5所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：
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°。
7.根据权利要求4-6任一所述的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、符号和文字。
8.根据权利要求1-3任一所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：当所述复合棱镜由直角棱镜A(1)、直角棱镜(25)组合而成时，在直角棱镜(25)的反射及透射面(18)上方平行设有探测器B(7)，在直角棱镜A1的外侧观察焦面设置透射型显示器件(6A1)。
9.根据权利要求8所述的带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：所述双筒望远镜的双筒的两只光路中的一只在探测器B(7)对等的位置装上发射器件(7A1)。
10.一种带数字显示激光测距功能的双筒望远镜，其特征在于：包括物镜组件、分光及合像棱镜系统和目镜组件，所述分光及合像棱镜系统设置在物镜组件和目镜组件之间；
所述分光及合像棱镜系统包括屋脊棱镜(4)和复合棱镜，在双筒望远镜的双筒中，其中一筒中的所述复合棱镜由等腰棱镜(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；其中另一筒中的所述复合棱镜由直角棱镜A(1)、直角棱镜(25)组合而成；其中直角棱镜(25)的一个直角面(26)长于直角棱镜A(1)的斜面，将该直角面(26)靠接在直角棱镜A(1)的斜面上。
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