CN110462480A - 用于将显示图像引入到无焦光学装置中的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于通过物镜而不使用分束器将显示图像引入到无焦光学装置中的系统和方法。显示装置沿第一方向发射图像，聚焦透镜将图像聚焦，第一反射器将图像转向到第二方向。第二反射器将图像转向通过透镜的周边，使得图像出现在与从目标接收的聚集光相同的焦平面上，使得图像对于用户而言看起来位于透镜和目标之间。物镜的周边可以是距物镜的边缘不超过物镜的直径的30％的距离。如果光学装置是步枪瞄准镜，则图像可以传送诸如射程、倾斜度、风向或速度或温度之类的相关信息。

Description

用于将显示图像引入到无焦光学装置中的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于将图像引入到光学装置中的系统和方法，更具体地，涉及用于通过物镜而不使用分束器将显示图像从显示装置引入到步枪瞄准镜或其他无焦光学装置中的系统和方法。

背景技术

显示装置用于产生显示在无焦光学装置(例如，步枪瞄准镜、双筒望远镜、射弹观测镜和测距仪)内的显示图像。这种光学装置大致包括沿光轴以间隔开的关系的物镜和目镜。物镜聚集光，包括从目标反射的光，并将聚集的光聚焦在焦平面上，以在光路上的中间点处产生光学图像，并且目镜为该光学装置的用户放大该光学图像。

目前，大多数显示技术使用位于物镜后面的在焦平面和光轴上的分束器。虽然分束器是一种方便的解决方案，但它具有若干缺点，包括它使用光学装置内部的有价值的空间，它减少了光学系统的整体光传输，并且它可以给予显示图像错误的颜色。其他该种显示技术使用光学组合器，其中显示图像不通过物镜发送，而是从显示装置指向焦平面上的点或焦平面和目镜之间的点。

该背景技术讨论旨在提供与本发明相关的信息，其不一定是现有技术。

发明内容

本发明的实施方式通过提供一种系统和方法来解决上述和其他问题和限制，该系统和方法用于通过物镜而不使用分束器将显示图像从显示装置引入到步枪瞄准镜或其他无焦光学装置中。因此，除了从目标接收的光之外，物镜还接收显示图像并将显示图像聚焦，并且显示图像对于通过目镜观察的光学装置的用户而言看上去位于物镜和目标之间的并且在与目标相同的焦平面上。

在本发明的第一实施方式中，提供了一种系统，用于将显示图像引入到具有物镜和目镜的无焦光学装置中。该系统可以大致包括显示装置、聚焦透镜、以及第一和第二反射元件。显示装置可以发射显示图像，聚焦透镜可以将显示图像聚焦，并且第一反射元件可以将显示图像转向。第二反射元件可以再次将显示图像转向通过物镜并且转向到焦平面上，使得显示图像对于通过目镜观察的光学装置的用户而言看上去位于物镜和目标之间。

第一实施方式的各种实施还可以包括以下特征中的任何一个或多个。第一反射元件可以是直角镜或棱镜，并且可以将显示图像转向90度，并且第二反射元件可以是直角镜或棱镜，并且可以将显示图像再转向90度。第二反射元件可以将显示图像转向通过物镜的周边。

在本发明的第二实施方式中，提供了一种系统，用于将显示图像引入到具有沿着光轴间隔开布置的物镜和目镜以观察目标的无焦光学装置中。该系统可以大致包括显示装置、聚焦透镜、以及第一和第二反射元件。显示装置可以在平行于光轴的第一方向上发射显示图像，聚焦透镜可以将显示图像聚焦，并且第一反射元件可以是直角镜或棱镜的形式，并且可以将显示图像转向90度到垂直于光轴的第二方向。第二反射元件可以是位于物镜周边附近的直角镜或棱镜的形式，并且可以将显示图像再转向90度到与光轴平行且与第一方向相反的第三方向，使得显示图像被引导通过物镜的周边，使得除了从目标接收的光之外，物镜还接收来自显示装置的显示图像并将显示图像聚焦，并且使得显示图像出现在与从目标接收的光相同的焦平面上，并且对于通过目镜观察的光学装置的用户而言看上去位于物镜和目标之间。

第一和/或第二实施方式中的任一或两者的各种实施还可以包括以下特征中的任何一个或多个。无焦光学装置可以采用步枪瞄准镜、瞄准镜、双筒望远镜、激光测距仪、望远镜、显微镜或测距仪的形式。显示图像可以传送这样的信息，诸如到目标的射程、到目标的倾斜度、风向、风速、环境温度或甚至建议的瞄准点。显示装置可以包括LED或LCD技术。聚焦透镜可以包括间隔开布置的两个或更多个透镜。物镜的周边可以是距物镜的边缘不超过物镜的直径的30％或不大于20％的距离。

本发明内容不旨在标识本发明的基本特征，并且不旨在用于限制权利要求的范围。下面更详细地描述本发明的这些和其他方面。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的具体实施方式，其中：

图1是根据本发明构造的系统的实施方式的侧视图，其用于将显示图像从显示装置引入到无焦光学装置中。

图2是图1的系统包含在示例性步枪瞄准镜的侧视图；

图3是图1的系统包含在示例性射弹观测镜的侧视图；

图4是图1的系统包含在示例性双筒望远镜的侧视图；

图5是通过图1的系统的用户视图的示意图；以及

图6是根据本发明实践的用于将显示图像从显示装置引入到无焦光学装置中的方法的实施方式的流程图，其中该方法可以描述图1的系统的功能。

附图并非旨在将本发明限制于它们描绘的特定实施方式。附图不一定按比例绘制。

具体实施方式

以下参考附图详细描述本发明实施方式。实施方式旨在充分详细地描述本发明的各方面，以使本领域普通技术人员能够实施本发明。可以利用其他实施方式，并且可以在不脱离权利要求的范围的情况下进行改变。因此，以下描述不是限制性的。本发明的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来限定。

在本说明书中，对“一个实施方式”、“实施方式”或“多个实施方式”的引用意味着所提及的一个或多个特征包括在本发明的至少一个实施方式中。除非另有说明，否则本说明书中对“一个实施方式”、“实施方式”或“多个实施方式”的单独引用不一定指代相同的实施方式，并且不是相互排斥的。具体地，一个实施方式中描述的特征、结构、动作等也可以包括在其他实施方式中，但不是必须包括在内。因此，本发明的特定实施方式可以包括本文描述的实施方式的各种组合和/或集成。

广义地说，本发明提供了一种系统和方法，用于通过物镜而不使用分束器将显示图像从显示装置引入到步枪瞄准镜或其他无焦光学装置中。因此，除了从目标接收的光之外，物镜还接收显示图像并将显示图像聚焦，并且对于通过目镜观察的用户而言，显示图像看上去位于物镜和目标之间的并在与目标相同的焦平面上。

参考图1，示例性通用光学装置10可以大致包括沿光轴16间隔开的物镜12和目镜14。物镜12可以聚集光，包括从目标反射的光，并将所聚集的光聚焦在焦平面上以在光路上的中间点处产生光学图像，并且目镜14可以为光学装置10的用户放大该光学图像。虽然未示出，但是根据特定光学装置的性质和要求，各种附加光学部件可以被包括在物镜12和目镜14之间，诸如一个或多个附加透镜、滤光器、棱镜和/或反射镜。

还参见图2，光学装置被示出为示例性步枪瞄准镜110，其将上述部件包含在主体120或管中。其他光学装置包括射弹观测镜、双筒望远镜、激光测距仪、望远镜、显微镜或测距仪。还参考图3，光学装置被示出为示例性的射弹观测镜210，其将上述部件包含在主体220中并包括第一和第二棱镜222。参考图4，光学装置被示出为示例性双筒望眼镜310，其将上述部件包含在主体320中并包括第一和第二棱镜322。其他相关的光学装置包括望远镜、显微镜和测距仪。

根据本发明构造的用于将显示图像引入到光学装置中的系统30的实施方式，诸如图1、2、3和图4的光学装置，可以大致包括显示装置32、聚焦透镜34、第一反射元件36和第二反射元件38。图5示出了用户通过目镜14的视图，并且示出了由系统30引入的示例性目标40和示例性显示图像42。显示装置32、聚焦透镜34和第一反射元件36可以沿着与光轴16平行的第二轴44间隔开。

显示装置32可以包括一个或多个部件，诸如照明源46和LED或LCD显示器48，其被配置为在沿着与光学装置的光轴16平行的第二轴44的第一方向上产生并发射显示图像42。显示图像可以包含用于光学装置的用户的相关信息，其取决于装置的性质，可以包括到目标40的射程、到目标40的倾斜度、风向、风速、环境温度、建议瞄准点和/或由传感器(未示出)测量或由电子处理器(未示出)推断或计算的其他相关信息中的任何一个或多个。

聚焦透镜34可以被配置为将由显示装置32生成的显示图像42聚焦。在一个实施方案中，聚焦透镜34可以包括间隔开布置的两个或更多个透镜。第一反射元件36可以被配置为将聚焦的显示图像42转向。在一个实施方案中，第一反射元件36可以是第一直角镜或棱镜，其被配置为将显示图像转向90度到垂直于第二方向的方向。应当理解，如果显示图像42最初发射的第一方向与光轴16不平行但是相对于光轴16成角度且与光轴16相交，则第一反射装置36可以将显示图像42转向90度以上到第二方向。

第二反射元件38可以被配置为进一步将显示图像42转向通过物镜16，使得对于通过目镜14观察的用户而言，显示图像42看上去位于物镜12和目标40之间。在一个实施方案中，第二反射元件38可以是第二直角镜或棱镜，其被配置为将显示图像42转向，并且再转向90度到与光轴16平行的且与第一方向相反的第三方向，使得显示图像42被引导通过物镜12，使得除了从目标40接收的光之外，物镜12还接收来自显示装置32的显示图像42并将显示图像42聚焦，并且使得显示图像42出现在与目标40相同的焦平面上，并且对于通过目镜14观察的光学装置的用户而言，显示图像42看上去位于物镜12和目标40之间。

在一个实施方案中，第二反射元件38可以定位在物镜12前面的基本上任何位置。在另一实施方案中，第二反射元件38可以定位在物镜12的周边附近，并且可以将显示图像42转向通过物镜12的边缘或周边，其中“周边”可以定义为距物镜12的边缘不大于物镜12的直径的30％或不大于20％的距离。

参考图6，根据本发明实践的用于将显示图像42从显示装置32引入到光学装置中的方法410的实施方式可以大致包括以下步骤，这些步骤可以描述图1的系统30的功能。显示装置32、聚焦透镜34和第一反射元件36可以沿着与光轴16平行的第二轴44间隔开布置，如412所示。显示装置32可以在沿平行于光学装置的光轴16的第二轴44的第一方向产生并发射显示图像42，如414所示。聚焦透镜34可以将由显示装置32产生的显示图像42聚焦，如416所示。第一反射元件36可以将聚焦的显示图像42转向到第二方向，如418所示。第二反射元件38可以进一步将显示图像42通过物镜12转向到第三方向，如420所示，使得对于通过目镜14观察的用户而言，显示图像42看上去位于物镜12和目标40之间并且在与目标40相同的焦平面上。关于系统30讨论的任何一个或多个附加物细节可以作为步骤包含在方法410中。

尽管已经参考附图中示出的一个或多个实施方式描述了本发明，但是应当理解，在不脱离权利要求中所述的本发明的范围的情况下，可以采用等同物并且在本文中进行替换。

已经如此描述了本发明的一个或多个实施方式，要求保护的新的和希望受专利证书保护的内容包括以下：

Claims (20)

1.一种将显示图像引入到无焦光学装置中的系统，所述无焦光学装置具有物镜和目镜，所述系统包括：

显示装置，其被配置为发射所述显示图像；

聚焦透镜，其被配置为将所述显示图像聚焦；

第一反射元件，其被配置为将所述显示图像转向；以及

第二反射元件，其被配置为再次将所述显示图像转向通过物镜并且转向到焦平面上，使得所述显示图像对于通过目镜观察的所述无焦光学装置的用户而言看起来位于物镜和目标之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述无焦光学装置选自：步枪瞄准镜、瞄准镜、双筒望远镜、望远镜、显微镜和测距仪。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示装置包括发光二极管显示器或液晶显示器。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚焦透镜包括间隔开布置的两个或更多个透镜。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一反射元件是直角镜或棱镜，其被配置为将所述显示图像转向90度。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二反射元件是直角镜或棱镜，其被配置为将所述显示图像再转向90度。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二反射元件被配置为将所述显示图像转向通过所述物镜的周边。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述物镜的周边是距所述物镜边缘不大于所述物镜的直径的30％的距离。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述物镜的周边是距所述物镜边缘不大于所述物镜的直径的20％的距离。

10.一种用于将显示图像引入到具有沿着光轴间隔开布置的物镜和目镜以观察目标的无焦光学装置中的系统，所述系统包括：

显示装置，其被配置为在与所述光轴平行的第一方向上发射所述显示图像；

聚焦透镜，其被配置为将所述显示图像聚焦；

第一反射元件，其形式为直角镜或棱镜，其被配置为将显示图像转向90度到垂直于所述光轴的第二方向；以及

第二反射元件，其形式为直角镜或棱镜，其位于所述物镜的周边附近，并被配置为将显示图像再转向90度到与所述光轴平行且与所述第一方向相反的第三方向，使得所述显示图像被引导通过所述物镜的周边，使得除了从目标接收的光之外，所述物镜还接收来自显示装置的所述显示图像并将所述显示图像聚焦，并且使得所述显示图像显示在与从所述目标接收的光相同的焦平面上并且对于通过目镜观察的所述无焦光学装置的用户而言看起来位于所述物镜和所述目标之间。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述无焦光学装置选自：步枪瞄准镜、瞄准镜、双筒望远镜、望远镜、显微镜和测距仪。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述显示图像传送从包括以下各项的组中选择的信息：到目标的射程、到目标的倾斜度、风向、风速、环境温度和建议瞄准点。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述显示装置包括发光二极管显示器或液晶显示器。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述聚焦透镜包括沿第一方向间隔开布置的两个或更多个透镜。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述物镜的周边是距所述物镜的边缘不大于所述物镜的直径的30％的距离。

16.根据权利要求10所述的系统，其中所述物镜的周边是距所述物镜的边缘不大于所述物镜的直径的20％的距离。

17.一种步枪瞄准镜，包括：

细长主体，其具有第一端和第二端；

物镜，其位于所述第一端，被配置成聚集光，包括从目标反射的光，并将得到的光学图像聚焦在焦平面上；

目镜，其用于放大显示在焦平面上的光学图像，其中，所述物镜和所述目镜沿着延伸穿过所述主体的光轴间隔开布置；以及

用于引入显示图像的系统，所述系统包括：

显示装置，其被配置为在与所述光轴平行的第一方向上发射所述显示图像；

聚焦透镜，其被配置为将所述显示图像聚焦；

第一反射元件，其形式为直角镜或棱镜，其被配置为将显示图像转向90度到垂直于所述光轴的第二方向；以及

第二反射元件，其形式为直角镜或棱镜，其位于所述物镜的周边附近，并被配置为将显示图像再转向90度到与所述光轴平行且与所述第一方向相反的第三方向，使得所述显示图像被引导通过所述物镜的周边，使得除了从目标接收的光之外，所述物镜还接收来自显示装置的所述显示图像并将所述显示图像聚焦，并且使得所述显示图像显示在与光学图像相同的焦平面上并且对于通过目镜观察的步枪瞄准镜的用户而言看起来位于所述物镜和所述目标之间。

18.根据权利要求17所述的步枪瞄准镜，其中所述物镜的周边是距所述物镜的边缘不大于所述物镜的直径的30％的距离。

19.根据权利要求17所述的步枪瞄准镜，其中所述物镜的周边是距所述物镜的边缘不大于所述物镜的直径的20％的距离。

20.根据权利要求17所述的步枪瞄准镜，其中所述显示图像传送从由以下各项组成的组中选择的信息：到目标的射程、到目标的倾斜度、风向、风速、环境温度和建议瞄准点。