CN111609830B - 一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜 - Google Patents

一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜，涉及激光测距技术领域，其中正像共轴光学系统包括第一半五棱镜、分光棱镜和第二半五棱镜；所述分光棱镜位于所述第一半五棱镜和第二半五棱镜之间，所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成，两个所述直角棱镜的胶合面上设置有分光膜；其中双筒激光测距望远镜包括分别安装在两镜筒内的目镜组、物镜组和正像共轴光学系统，所述正像共轴光学系统位于所述目镜组与所述物镜组之间。本发明与传统的方案相比结构简单，占用体积小，而且使用方便，可实现双眼观察、瞄准被测物体，在观察物体的同时，在视野中能够实时显示被测物体的距离。

Description

一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜
技术领域
本发明涉及激光测距领域，尤其是涉及一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜。
背景技术
测距望远镜为测距仪的一个重要分支，目，激光测距望远镜的激光光路与可见光光路被分为两条互不相关的光路，使望远镜只能作为激光测距的瞄准器，不能在观察的同时进行测距。其主要原因是：所测得的距离不能显示在望远镜视场中，从而给用户带来诸多不便。同时，产品实现观察和测距的光学组件各自独立，形同搭积木式的组合，导致望远镜产品的体积增大，重量加重，不便于携带，也不便于操作。
因此，如何提供一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜，不仅结构简单，占用体积小，而且使用方便，可实现双眼观察、瞄准被测物体，在观察物体的同时，在视野中能够实时显示被测物体的距离。
为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种正像共轴光学系统，包括第一半五棱镜、分光棱镜和第二半五棱镜；所述分光棱镜位于所述第一半五棱镜和第二半五棱镜之间，所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成，两个所述直角棱镜的胶合面上设置有分光膜。
作为优选，所述直角棱镜为等腰直角棱镜，所述等腰直角棱镜包括两个斜面和一个底面。
作为优选，所述分光棱镜为正方形结构，两个所述等腰直角棱镜的斜面贴合连接，使得分光膜可涂覆在斜面上，且将两等腰直角棱镜的斜面贴合连接保证了贴合面的入射发射效率，减少了光的损耗。
作为优选，所述第一半五棱镜和第二半五棱镜均包括收发面、外反射面、内反射面和顶面，所述收发面的两端分别与所述外反射面的一端和所述内反射面的一端相交，所述顶面的两端分别与所述外反射面的另一端和所述内反射面的另一端相交。
进一步地，所述外反射面与收发面的夹角为112.5度，所述收发面与内反射面的夹角为45度，所述内反射面和顶面的夹角为90度，不仅减小了正像共轴光学系统的体积，而且还降低了半五棱镜对光束的影响，系统稳定性和可靠性较高、体积小、结构紧凑。
作为优选，所述第一半五棱镜的内反射面和所述第二半五棱镜的内反射面与所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面相对，所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面与所述第一/二半五棱镜的内反射面的间距为所述第一/二半五棱镜收发面口径的1/20。
另一方面，本发明还提供一种双筒激光测距望远镜，包括分别安装在两镜筒内的目镜组、物镜组和正像共轴光学系统，所述正像共轴光学系统位于所述目镜组与所述物镜组之间；其中一镜筒内设置有光电探测器和液晶显示器，另一镜筒内设置有激光发射器；
所述物镜组接收的光路透过所述正像共轴光学系统输出至所述目镜组；
所述物镜组接收的激光光路经过所述正像共轴光学系统后进入所述光电探测器；
所述液晶显示器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一目镜组；
所述激光发射器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一物镜组。
作为优选，所述目镜组与所述正像共轴光学系统间设置有视场光阑。当远处物体成像与目镜组成像均在视场光阑处时，观察物体的清晰度高。
作为优选，所述光电探测器和所述液晶显示器分列于所述正像共轴光学系统的两侧，所述激光发射器位于另一镜筒所述正像共轴光学系统的一侧。
作为优选，所述液晶显示器与所述分光棱镜间设置有显示透镜组；所述液晶显示器的光路经过所述显示透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第二半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。显示的距离数字通过显示透镜组，分光棱镜上的分光膜反射，等腰棱镜，成像在视场光阑处，然后经过目镜组，最后进入人眼并读取数据，实现远处物体的实时观测和距离测量。
作为优选，所述激光发射器与所述分光棱镜间设置有准直透镜组，位于另一镜筒内；所述激光发射器的光路经过所述准直透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第一半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述物镜组，经所述的物镜组入射到远处的目标物体。
作为优选，所述物镜组与所述正像共轴光学系统间设置有调焦物镜。通过调节调焦物镜与物镜组的位置，能够使远处物体成像于视场光阑处，有利于提高观察物体的清晰度。
作为优选，所述物镜组接收的光路透过所述调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直透过所述分光棱镜进入所述第二半五棱镜内，再依次经过第二半五棱镜外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。从而可以实现双眼观察，瞄准被测物体。
作为优选，所述光电探测器与所述分光棱镜间设置有接收透镜；所述物镜组接收的激光光路透过所述的调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直入射至所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述接收透镜，穿过所述接收透镜进入所述光电探测器。激光发射器发射红外激光，入射到远处物体上，物体反射的光信号经过物镜组，调焦物镜，第一半五棱镜，分光棱镜上的分光膜反射，接收透镜，最后被光电探测器接收，通过光电信号处理，根据发射激光与接收光信号的时间差，计算远处物体的距离，并在液晶显示器上显示距离，从而实现了物体距离的准确测量。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果至少包括：
本发明所述的正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜，采用的棱镜结构均为常见棱镜结构，无特殊棱镜结构，结构简单，占用体积小，无需开模，成本低；同时物镜光轴与目镜光轴共轴，便于装配时产品调校，降低装配难度，并且造型美观，无突兀感；双目测距，可实现双眼观察、瞄准被测物体，在观察物体的同时，在视野中能够实时显示被测物体的距离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种双筒激光测距望远镜的光学结构示意图；
图2是本发明一种棱镜结构示意图；
图3是本发明一种双筒激光测距望远镜的另一种光学结构示意图；
图4是本发明另一种棱镜结构示意图。
其中，附图标记说明：
1-第一半五棱镜；11-第一半五棱镜收发面；12-第一半五棱镜内反射面；13-第一半五棱镜外反射面；2-分光棱镜；21-分光膜；3-第二半五棱镜；31-第二半五棱镜收发面；32-第二半五棱镜内反射面；33-第二半五棱镜外反射面；4-目镜组；5-物镜组；51-调焦物镜；6-激光发射器；61-准直透镜；7-光电探测器；71-接收透镜；8-液晶显示器；81-显示透镜组；9-视场光阑。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
参阅图2，一方面，本发明提供一种正像共轴光学系统，包括第一半五棱镜、分光棱镜和第二半五棱镜；所述分光棱镜位于所述第一半五棱镜和第二半五棱镜之间，所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成，两个所述直角棱镜的胶合面上设置有分光膜。
参阅图2、图4，在本发明不同实施例中，两个所述直角棱镜的胶合面可在垂直方向上或水平方向上与所述第一半五棱镜或第二半五棱镜的内反射面成45度夹角设置。
两种光学结构主要不同点即在分光棱镜分光膜位置不同，主要是由于两种光学结构的光电探测器(接收透镜)和液晶显示器(显示透镜组)在棱镜两侧位置分布不同，原因在于光电探测器为探测经被测物体反射的激光，反射激光会经物镜组接收，再经棱镜偏转后通过接收透镜聚焦于光电探测器，从而得出被测物体距离、方位角等数据；液晶显示器为主要是将液晶显示装置显示的信息经显示透镜组至棱镜，经棱镜偏转聚焦于视场光阑，经过目镜，最后被人眼观察；因此分光膜的位置不同主要是由于两种结构中，液晶显示器和光电探测器与分光棱镜位置存在不同。
作为优选，所述直角棱镜为等腰直角棱镜，所述等腰直角棱镜包括两个斜面和一个底面。
作为优选，所述分光棱镜为正方形结构，两个所述等腰直角棱镜的斜面贴合连接，使得分光膜可涂覆在斜面上，且将两等腰直角棱镜的斜面贴合连接保证了贴合面的入射发射效率，减少了光的损耗。
作为优选，所述第一半五棱镜和第二半五棱镜均包括收发面、外反射面、内反射面和顶面，所述收发面的两端分别与所述外反射面的一端和所述内反射面的一端相交，所述顶面的两端分别与所述外反射面的另一端和所述内反射面的另一端相交。
进一步地，所述外反射面与收发面的夹角为112.5度，所述收发面与内反射面的夹角为45度，所述内反射面和顶面的夹角为90度，不仅减小了正像共轴光学系统的体积，而且还降低了半五棱镜对光束的影响，系统稳定性和可靠性较高、体积小、结构紧凑。
作为优选，所述第一半五棱镜的内反射面和所述第二半五棱镜的内反射面与所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面相对，所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面与所述第一/二半五棱镜的内反射面的间距为所述第一/二半五棱镜收发面口径的1/20，可以保证所述物镜光轴和经棱镜偏转后所述目镜光轴共轴，便于组装时调校产品、外形美观。
实施例2
参阅图1，另一方面，本发明还提供一种双筒激光测距望远镜，包括分别安装在两镜筒内的目镜组、物镜组和正像共轴光学系统，所述正像共轴光学系统位于所述目镜组与所述物镜组之间；其中一镜筒内设置有光电探测器和液晶显示器，另一镜筒内设置有激光发射器；
所述物镜组接收的光路透过所述正像共轴光学系统输出至所述目镜组；
所述物镜组接收的激光光路经过所述正像共轴光学系统后进入所述光电探测器；
所述液晶显示器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一目镜组；
所述激光发射器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一物镜组。
作为优选，所述目镜组与所述正像共轴光学系统间设置有视场光阑。当远处物体成像与目镜组成像均在视场光阑处时，观察物体的清晰度高。
参阅图1、图3，在本发明的不同实施例中，所述光电探测器和所述液晶显示器分列于所述正像共轴光学系统的两侧，所述激光发射器位于另一镜筒所述正像共轴光学系统的一侧。
作为优选，所述液晶显示器与所述分光棱镜间设置有显示透镜组；所述液晶显示器的光路经过所述显示透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第二半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。显示的距离数字通过显示透镜组，分光棱镜上的分光膜反射，等腰棱镜，成像在视场光阑处，然后经过目镜组，最后进入人眼并读取数据，实现远处物体的实时观测和距离测量。
作为优选，所述激光发射器与所述分光棱镜间设置有准直透镜组，位于另一镜筒内；所述激光发射器的光路经过所述准直透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第一半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述物镜组，经所述的物镜组入射到远处的目标物体。准直透镜的设置目的为将激光发射器光源发出的光线经准直透镜准直后，光束基本平行，降低激光出射发散角，有利于增加激光测距距离。
作为优选，所述物镜组与所述正像共轴光学系统间设置有调焦物镜。通过调节调焦物镜与物镜组的位置，能够使远处物体成像于视场光阑处，有利于提高观察物体的清晰度。
作为优选，所述物镜组接收的光路透过所述调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直透过所述分光棱镜进入所述第二半五棱镜内，再依次经过第二半五棱镜外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。从而可以实现双眼观察，瞄准被测物体。
作为优选，所述光电探测器与所述分光棱镜间设置有接收透镜；所述物镜组接收的激光光路透过所述的调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直入射至所述分光棱镜中，经所述等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述接收透镜，穿过所述接收透镜进入所述光电探测器。激光发射器发射红外激光，入射到远处物体上，物体反射的光信号经过物镜组，调焦物镜，第一半五棱镜，分光棱镜上的分光膜反射，接收透镜，最后被光电探测器接收，通过光电信号处理，根据发射激光与接收光信号的时间差，计算远处物体的距离，并在液晶显示器上显示距离，从而实现了物体距离的准确测量。
与现有技术相比，本发明所述的正像共轴光学系统及双筒激光测距望远镜，采用的棱镜结构均为常见棱镜结构，无特殊棱镜结构，结构简单，占用体积小，无需开模，成本低；同时物镜光轴与目镜光轴共轴，便于装配时产品调校，降低装配难度，并且造型美观，无突兀感；双目测距，可实现双眼观察、瞄准被测物体，在观察物体的同时，在视野中能够实时显示被测物体的距离。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种正像共轴光学系统，其特征在于，包括第一半五棱镜、分光棱镜和第二半五棱镜；所述分光棱镜位于所述第一半五棱镜和第二半五棱镜之间，所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成，两个所述直角棱镜的胶合面上设置有分光膜；
所述第一半五棱镜和第二半五棱镜均包括收发面、外反射面、内反射面和顶面，所述收发面的两端分别与所述外反射面的一端和所述内反射面的一端相交，所述顶面的两端分别与所述外反射面的另一端和所述内反射面的另一端相交；
所述外反射面与收发面的夹角为112.5度，所述收发面与内反射面的夹角为45度，所述内反射面和顶面的夹角为90度；
光路由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直透过所述分光棱镜进入所述第二半五棱镜内，再依次经过第二半五棱镜外反射面、内反射面的反射。
2.根据权利要求1所述的正像共轴光学系统，其特征在于，所述直角棱镜为等腰直角棱镜，所述等腰直角棱镜包括两个斜面和一个底面。
3.根据权利要求2所述的正像共轴光学系统，其特征在于，所述第一半五棱镜的内反射面和所述第二半五棱镜的内反射面与所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面相对，所述分光棱镜中等腰直角棱镜的斜面与所述第一或二半五棱镜的内反射面的间距为所述第一或二半五棱镜收发面口径的1/20。
4.一种应用如权利要求1-3任一项所述的正像共轴光学系统的双筒激光测距望远镜，其特征在于，包括分别安装在两镜筒内的目镜组、物镜组和正像共轴光学系统，所述正像共轴光学系统位于所述目镜组与所述物镜组之间；其中一镜筒内设置有光电探测器和液晶显示器，另一镜筒内设置有激光发射器；
所述物镜组接收的光路透过所述正像共轴光学系统输出至所述目镜组；
所述物镜组接收的激光光路经过所述正像共轴光学系统后进入所述光电探测器；
所述液晶显示器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一目镜组；
所述激光发射器的光路经过所述正像共轴光学系统后输出至其中一物镜组。
5.根据权利要求4所述的双筒激光测距望远镜，其特征在于，所述液晶显示器与所述分光棱镜间设置有显示透镜组；所述液晶显示器的光路经过所述显示透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第二半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。
6.根据权利要求4所述的双筒激光测距望远镜，其特征在于，所述激光发射器与所述分光棱镜间设置有准直透镜组，位于另一镜筒内；所述激光发射器的光路经过所述准直透镜组，垂直进入所述分光棱镜中，经等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述第一半五棱镜内，依次经过外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述物镜组，经所述的物镜组入射到远处的目标物体。
7.根据权利要求4所述的双筒激光测距望远镜，其特征在于，所述物镜组接收的光路透过调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直透过所述分光棱镜进入所述第二半五棱镜内，再依次经过第二半五棱镜外反射面、内反射面的反射后，垂直入射至所述目镜组。
8.根据权利要求4所述的双筒激光测距望远镜，其特征在于，所述光电探测器与所述分光棱镜间设置有接收透镜；所述物镜组接收的激光光路透过调焦物镜后，由所述第一半五棱镜的收发面进入所述第一半五棱镜中，然后依次经过所述第一半五棱镜内反射面、外反射面的反射后垂直入射至所述分光棱镜中，经等腰直角棱镜的斜面反射后，垂直入射至所述接收透镜，穿过所述接收透镜进入所述光电探测器。
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