CN113640774A - 一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统及使用方法，包括瞄准/接收物镜、瞄准目镜和棱镜部件，棱镜部件设置在瞄准/接收物镜与瞄准目镜之间，棱镜部件包括斯密特屋脊棱镜、半五棱镜、分光镜、等腰棱镜、过渡块、直角棱镜及接收小孔光阑，分光镜连接在半五棱镜的外反射面上，等腰棱镜与过渡块相邻连接在分光镜的外表面，过渡块的外侧连接有直角棱镜和接收小孔光阑，接收小孔光阑的外侧设置有光电探测器；本发明采用瞄准/接收共光路设计并且免调试，使得多种不同波长的光线达到共轭目的，保证白光瞄准光轴与激光接收光轴重合，接收小孔光阑始终在焦面上，降低了调试难度，提升了工作效率。

Description

一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统及使用方法
技术领域
本发明涉及激光观瞄测距技术领域，更具体的说是涉及一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统。
背景技术
随着武器装备轻量化要求越来越高，特别是在便携式激光观瞄测距领域对轻量化要求更为严苛，而在该领域的大多数装备，白光观瞄系统、激光发射系统以及激光接收系统通常采用多光路、多孔径的设计方式，使得整机体积和重量难以得到控制，同时由于多孔径设计，造成整机装调难度大，仪器精度易受到环境变化产生的结构应力的影响。
激光观瞄测距装备在使用前应对白光观瞄光轴、激光发射光轴以及激光接收光轴进行一致性校正，通常以白光瞄准光轴作为调校基准，调整激光发射光轴与激光接收光轴，确保三光轴的平行性或交汇于某一距离上的点。因此，为了使瞄准光轴和激光接收光轴平行或交汇于某一距离上的点，通常的校正方法是以瞄准光轴作为基准，利用机械方法调节激光接收系统视差，调整接收小孔光阑位置，使小孔光阑处于激光接收系统焦平面上，保证分划瞄准标志与小孔光阑同时清晰。
为实现瞄准光轴和激光接收光轴重合，需要为激光接收系统设计独立的调整结构，径向调节接收小孔光阑位置，确保分划瞄准标志中心与接收小孔光阑中心重合；然而校正瞄准光轴与激光接收光轴的重合，需要经过长时间的试验、摸索和总结，并且对光学零件及机械零件提出了较高的加工精度要求。同时，由于校正所必须的调试机构较多，以及使用环境的变化而引起的机械应力等原因，使得激光观瞄测距装备在使用过程中，无法保证激光接收光轴与白光瞄准光轴始终重合或接收小孔光阑始终保持在焦面上，接收小孔光阑离开了焦面，光学系统就会产生视差，视差的产生直接影响测距精度；光轴偏离可能导致激光测距机失效或提供错误的目标距离信息，最终对作战效率造成影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统及使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，包括瞄准/接收物镜、瞄准目镜和棱镜部件，所述棱镜部件设置在所述瞄准/接收物镜与所述瞄准目镜之间，所述棱镜部件包括斯密特屋脊棱镜、半五棱镜、分光镜、等腰棱镜、过渡块、直角棱镜及接收小孔光阑，所述斯密特屋脊棱镜和所述半五棱镜都包括收发面、内反射面、外反射面和底面，所述分光镜连接在所述半五棱镜的外反射面上，所述等腰棱镜与所述过渡块相邻连接在所述分光镜的外表面，所述过渡块的外侧连接有所述直角棱镜和所述接收小孔光阑，所述接收小孔光阑的外侧设置有光电探测器；
在所述斯密特屋脊棱镜的外侧设置有激光器，所述斯密特屋脊棱镜和所述半五棱镜的内反射面相对设置，所述斯密特屋脊棱镜的收发面正对所述瞄准/接收物镜，所述半五棱镜的收发面与所述瞄准目镜相对，且收发面上由内到位分别设置防护镜和分划板。
通过上述方案，本发明中目标的自然光反射信息经由瞄准/接收物镜部件进行采集，白光瞄准的出入射光轴由棱镜部件中斯密特屋脊棱镜和半五棱镜进行调整，保证白光瞄准出入射光轴同轴，消除光线经过棱镜组反射后瞄准/接收物镜与分划瞄准标志产生的中心偏可能对瞄准精度和测距性能的影响；通过设计使接收小孔光阑和分划板瞄准标志的视差值符合使用要求，同时使分划板的分划瞄准标志与接收小孔光阑中心重合，最终使得接收小孔光阑中心和分划板瞄准标志中心共轭；调整瞄准目镜部件位置，使目镜焦平面与物镜焦平面重合，可清晰观察分划瞄准标志；防护镜可防止漫反射进入的激光损伤人眼。
进一步的，在所述接收小孔光阑的外侧还设置有聚焦镜和光电探测器，光线穿过所述接收小孔光阑，经聚焦镜后进入所述光电探测器。
进一步的，所述瞄准目镜的放大倍数为7，出瞳直径外4.3mm，出瞳距离为23mm。
进一步的，所述瞄准/接收物镜由第一物镜和第二物镜胶合组成，所述瞄准目镜包括由第一目镜和第二目镜组成的胶合目镜及第三目镜；所述第一物镜、第一目镜和所述第三目镜为凸透镜。
进一步的，所述直角棱镜包括第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述第一直角棱镜的斜面与所述第二直角棱镜的斜面对应，光线经直角棱镜的反射进入接收小孔光阑。
一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统的使用方法，包括：
S1：目标的自然光反射由瞄准/接收物镜采集，在所述斯密特屋脊棱镜和半五棱镜的作用下，使得入射光轴与进入所述瞄准目镜的出射光轴同轴，目标成正立实像位于所述分划板瞄准标志中心，光线通过由胶合目镜和第三目镜构成的瞄准目镜，使目镜焦平面与物镜焦平面重合，人眼可以通过瞄准目镜精确观察到目标。
S2：激光器发出的激光经扩束后到达目标，经目标漫反射回来的激光进入瞄准/接收物镜，经所述分光镜分光，依次进入所述等腰棱镜、过度块、第一直角棱镜、第二直角棱镜和接收小孔光阑到达光电探测器，完成对目标距离的测量。
S3：由于分划板瞄准标志中心与接收小孔光阑的共轭作用，当目标反射自然光成像于分划板瞄准中心时，目标反射激光成像于接收小孔光阑，从而使得整机免调试，提升工作效率和整机测距稳定性
现有技术采用一般采用多光路、多孔径设计，体积和重量难以控制，调校不便，且由于调校环节多，对整机稳定性造成较大影响；本发明结构简单、可靠，易于装配，采用瞄准/接收共光路设计，在不降低光学性能的基础上，减小了光学系统的体积和重量，采用免调试设计，使多种不同波长的光线达到共轭目的，保证白光瞄准光轴与激光接收光轴重合，接收小孔光阑始终在焦面上，降低了调试难度，提升了工作效率；可显著降低整机装配过程中对机械结构零件精度的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的瞄准/接收物镜的结构示意图。
图3是本发明的棱镜部件的结构示意图。
图4是本发明A向结构示意图。
图5是本发明的瞄准目镜的结构示意图。
1-瞄准/接收物镜；2-棱镜部件；3-瞄准目镜；4-激光器；5-光电探测器；11-第一物镜；12-第二物镜；21-斯密特屋脊棱镜；22-半五棱镜；23-分光镜；24-等腰棱镜；25-过度块；26-接收小孔光阑；27-防护镜；28-分划板；6-第一直角棱镜；7-第二直角棱镜。31-胶合目镜；32-第三目镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
本发明实施例公开了本发明实施例公开了一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，包括瞄准/接收物镜1、瞄准目镜3和棱镜部件2，棱镜部件2设置在瞄准/接收物镜1与瞄准目镜3之间，棱镜部件2包括斯密特屋脊棱镜21、半五棱镜22、分光镜23、等腰棱镜24、过渡块25、直角棱镜及接收小孔光阑26，斯密特屋脊棱镜21和半五棱镜22都包括收发面、内反射面、外反射面和底面，分光镜23连接在半五棱镜22的外反射面上，等腰棱镜24与过渡块25材质为K9，相邻连接在分光镜23的外表面，过渡块25的外侧连接有直角棱镜和接收小孔光阑26，接收小孔光阑26的外侧设置有光电探测器；光线进入等腰棱镜的入射角度决定其经等腰棱镜折转后可直接进入直角棱镜，配合过渡块使光线经过等腰棱镜反射后，确保光线到达直角棱镜反射面的准确位置，在斯密特屋脊棱镜21的外侧设置有激光器4，斯密特屋脊棱镜21和半五棱镜22的内反射面相对设置，斯密特屋脊棱镜21的收发面正对瞄准/接收物镜1，半五棱镜22的收发面与瞄准目镜3相对，且收发面上由内到位分别设置防护镜27和分划板28。
有利的，在接收小孔光阑26的外侧还设置有聚焦镜和，光线穿过接收小孔光阑26，经聚焦镜后进入光电探测器5。
如表1-2为光学系统参数，本实例中的瞄准/接收物镜1的视场为6°，瞄准目镜3的放大倍数为7，出瞳直径外4.3mm，出瞳距离为23mm，视度调节范围-5D～2D，极小分辨率10”。
表1
序号 名称 白光
1 放大率 7<sup>×</sup>
2 视场 6°
3 出瞳直径 4.3
4 出瞳距离 23
5 视度调节范围 -5D∽2D
6 中心视差 1′
7 分划倾斜 40′
8 极限分辨率 10〞
表2
Figure BDA0003208809780000061
其中白光物镜指瞄准/接收物镜1。425～675指可见光透过波长；1572指激光透过波长指双波段增透，既可透可见光，又可透射激光。
具体的，瞄准/接收物镜1由第一物镜11和第二物镜12胶合组成，瞄准目镜3包括由第一目镜和第二目镜组成的胶合目镜31及第三目镜32；第一物镜11、第一目镜和第三目镜为凸透镜；第二物镜12和第二目镜为凹面镜，直角棱镜包括第一直角棱镜6和第二直角棱镜7，第一直角棱镜6的斜面与第二直角棱镜7的斜面对应，两个直角棱镜可以实现光线的折转，避免由于单个棱镜的侧面胶合面过小，降低系统可靠性，光线经直角棱镜的反射进入接收小孔光阑。
表3
Figure BDA0003208809780000062
一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统的使用方法，包括：
S1：目标的自然光反射由瞄准/接收物镜1采集，在斯密特屋脊棱镜21和半五棱镜22的作用下，使得入射光轴与进入瞄准目镜3的出射光轴同轴，目标成正立实像位于分划板28瞄准标志中心，光线通过由胶合目镜31和第三目镜32构成的瞄准目镜3，使目镜焦平面与物镜焦平面重合，人眼可以通过瞄准目镜3精确观察到目标。
S2：激光器4发出的激光经扩束后到达目标，经目标漫反射回来的激光进入瞄准/接收物镜1，经分光镜23分光，依次进入等腰棱镜24、过度块25、第一直角棱镜6、第二直角棱镜7和接收小孔光阑26到达光电探测器5，完成对目标距离的测量。
S3：由于分划板12瞄准标志中心与接收小孔光阑15的共轭作用，当目标反射自然光成像于分划板12瞄准中心时，目标反射激光成像于接收小孔光阑15，从而使得整机免调试，提升工作效率和整机测距稳定性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，其特征在于：包括瞄准/接收物镜(1)、瞄准目镜(3)和棱镜部件(2)，所述棱镜部件(2)设置在所述瞄准/接收物镜(1)与所述瞄准目镜(3)之间，所述棱镜部件(2)包括斯密特屋脊棱镜(21)、半五棱镜(22)、分光镜(23)、等腰棱镜(24)、过渡块(25)、直角棱镜及接收小孔光阑(26)，所述斯密特屋脊棱镜(21)和所述半五棱镜(22)都包括收发面、内反射面、外反射面和底面，所述分光镜(23)连接在所述半五棱镜(22)的外反射面上，所述等腰棱镜(24)与所述过渡块(25)相邻连接在所述分光镜(23)的外表面，所述过渡块(25)的外侧连接有所述直角棱镜和所述接收小孔光阑(26)，所述接收小孔光阑(26)的外侧设置有光电探测器(5)；
在所述斯密特屋脊棱镜(21)的外侧设置有激光器(4)，所述斯密特屋脊棱镜(21)和所述半五棱镜(22)的内反射面相对设置，所述斯密特屋脊棱镜(21)的收发面正对所述瞄准/接收物镜(1)，所述半五棱镜(22)的收发面与所述瞄准目镜(3)相对，且收发面上由内到位分别设置防护镜(27)和分划板(28)。
2.根据权利要求1所述的一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，其特征在于，在所述接收小孔光阑(26)的外侧还设置有聚焦镜，光线穿过所述接收小孔光阑(26)，经聚焦镜后进入所述光电探测器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，其特征在于，所述瞄准目镜(3)的放大倍数为7，出瞳直径外4.3mm，出瞳距离为23mm。
4.据权利要求1所述的一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，其特征在于，所述瞄准/接收物镜(1)由第一物镜(11)和第二物镜(12)胶合组成，所述瞄准目镜(3)包括由第一目镜和第二目镜组成的胶合目镜(31)及第三目镜(32)；所述第一物镜(11)、第一目镜和所述第三目镜为凸透镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统，其特征在于，所述直角棱镜包括第一直角棱镜(6)和第二直角棱镜(7)，所述第一直角棱镜(6)的斜面与所述第二直角棱镜(7)的斜面对应，光线经直角棱镜的反射进入接收小孔光阑。
6.一种基于瞄准接收共孔径的免调试光学系统的使用方法，其特征在于，包括：
S1：目标的自然光反射由瞄准/接收物镜(1)采集，在所述斯密特屋脊棱镜(21)和半五棱镜(22)的作用下，使得入射光轴与进入所述瞄准目镜(3)的出射光轴同轴，目标成正立实像位于所述分划板(28)瞄准标志中心，光线通过由胶合目镜(31)和第三目镜(32)构成的瞄准目镜(3)，使目镜焦平面与物镜焦平面重合，人眼可以通过瞄准目镜(3)精确观察到目标。
S2：激光器(4)发出的激光经扩束后到达目标，经目标漫反射回来的激光进入瞄准/接收物镜(1)，经所述分光镜(23)分光，依次进入所述等腰棱镜(24)、过度块(25)、第一直角棱镜(6)、第二直角棱镜(7)和接收小孔光阑(26)到达光电探测器(5)，完成对目标距离的测量。
S3：由于分划板(12)瞄准标志中心与接收小孔光阑(15)的共轭作用，当目标反射自然光成像于分划板(12)瞄准中心时，目标反射激光成像于接收小孔光阑(15)，从而使得整机免调试，提升工作效率和整机测距稳定性。
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