CN117608073A - 多光融合光学系统及瞄准镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多光融合光学系统及瞄准镜，多光融合光学系统包括用于产生瞄准标记光信号的瞄准标记光源、用于采集目标场景内光信号并形成场景图像的成像组件、以及沿融合光轴顺次设置的合光镜组件、半透半反镜和反射镜，场景图像显示于显示模块，瞄准标记光源和显示模块分别位于合光镜组件的不同侧，瞄准标记光信号和场景图像的光信号经合光镜组件融合后的融合光信号沿融合光轴进行传播并透射通过半透半反镜；透射通过半透半反镜的融合光信号经反射镜反射后，射向半透半反镜，经半透半反镜反射后偏离融合光轴，并沿入瞳光轴射向人眼观测位。多光融合光学系统同时具备快速瞄准和使用场景丰富的特点，方便用户使用，同时还不存在视差的问题。

Description

多光融合光学系统及瞄准镜

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种多光融合光学系统及瞄准镜。

背景技术

在户外领域，传统的红点瞄准镜应用广泛，其具有快速瞄准、使用方便、轻便携带、以及用红点进行瞄准的同时还能看清楚目标的细节特征等特点，在睁开眼睛搜索目标过程中，看到目标的同时红点直接在视野内，不需要改变视野就能准确发现并瞄准目标。但常规的红点瞄准镜只能应用于白天，没办法在夜间或者光线较差的环境使用，限制了红点瞄准镜的使用场景，而且红点瞄准镜的红点通常是利用弧面反射镜来进行反射，弧面反射镜位于人眼的观察方向，在透过弧面反射镜观察实景时会导致视差问题，影响瞄准效果和使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种改进的多光融合光学系统及瞄准镜，以解决现有瞄准镜无法夜间白天同时使用且存在视差的问题。

一方面，本申请提供一种多光融合光学系统，包括：

瞄准标记光源，用于产生瞄准标记光信号；

成像组件，用于采集目标场景内光信号并形成场景图像，将所述场景图像显示于显示模块；

合光镜组件，所述瞄准标记光源和所述显示模块分别位于所述合光镜组件的不同侧；

半透半反镜，所述瞄准标记光信号和所述场景图像的光信号经合光镜组件融合后的融合光信号沿融合光轴进行传播并透射通过半透半反镜；以及

反射镜，所述合光镜组件、所述半透半反镜和所述反射镜沿所述融合光轴顺次设置，透射通过所述半透半反镜的融合光信号经所述反射镜反射后，射向所述半透半反镜，经所述半透半反镜反射后偏离所述融合光轴，并沿入瞳光轴射向人眼观测位。

在一些实施例中，所述合光镜组件包括棱镜组件和设于所述棱镜组件上的合光面，所述合光面相对所述融合光轴倾斜；

所述场景图像的光信号沿所述融合光轴方向入射至所述合光面的一侧并透射通过所述合光面，所述瞄准标记光信号入射至所述合光面的另一侧，并经所述合光面反射后与所述场景图像的光信号共同沿所述融合光轴方向传播；或，所述瞄准标记光信号沿所述融合光轴方向入射至所述合光面的一侧并透射通过所述合光面，所述场景图像的光信号入射至所述合光面的另一侧，并经所述合光面反射后与所述瞄准标记光信号共同沿所述融合光轴方向传播。

在一些实施例中，所述棱镜组件包括相对设置的第一棱镜和第二棱镜，所述合光面为设于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的半透半反膜。

在一些实施例中，所述多光融合光学系统于所述半透半反镜远离所述人眼观测位的一侧具有进光窗口，且所述进光窗口设于所述入瞳光轴上。

在一些实施例中，所述多光融合光学系统还包括准直镜组件，所述准直镜组件和所述反射镜分别位于所述半透半反镜的相对两侧，所述瞄准标记光信号和所述场景图像的光信号融合后，经所述准直镜组件校准形成平行光，再沿所述融合光轴方向射向所述半透半反镜。

在一些实施例中，所述准直镜组件包括多个光学透镜，多个所述光学透镜包括靠近所述合光镜组件一侧的双凹面透镜和靠近所述半透半反镜一侧的双凸面透镜。

在一些实施例中，所述半透半反镜为表面设有半透半反膜的平面镜，所述平面镜相对于所述融合光轴和所述入瞳光轴倾斜。

在一些实施例中，所述入瞳光轴和所述融合光轴位于同一平面内并相互垂直。

在一些实施例中，所述成像组件还包括物镜及与所述物镜对应的成像探测器；所述物镜用于汇聚所述目标场景内光信号射向所述成像探测器，所述成像探测器用于根据汇聚的光信号转换为图像信号发送给所述显示模块进行显示。

另一方面，本申请还提供一种瞄准镜，具有如上所述的多光融合光学系统。

本发明提供的多光融合光学系统，瞄准标记光源能够产生瞄准标记光信号，成像组件能够采集目标场景内光信号并形成场景图像，瞄准标记光信号与场景图像的光信号在合光镜组件融合后沿融合光轴透射通过半透半反镜，并射向反射镜，被反射镜反射后射向半透半反镜，经半透半反镜反射后偏离融合光轴并沿入曈光轴射向人眼观测位，进而进入人眼。

成像组件通过成像的方式将目标场景形成场景图像，将场景图像的光信号与瞄准标记光信号融合后呈现给用户，可以满足日夜环境使用的效果，丰富使用场景，而瞄准标记光源能够辅助用户快速瞄准目标，通过多光融合的方式，使得多光融合光学系统同时具备快速瞄准和使用场景丰富的特点，方便用户使用，提升用户体验；其次，瞄准标记光信号与场景图像的光信号在融合后先沿融合光轴传播，反射镜位于融合光轴的后端，融合光信号被反射镜反射至半透半反镜后，经半透半反镜反射后偏离融合光轴并沿入曈光轴传播，也即，融合光轴和入曈光轴不在同一方向上，多光谱的融合光信号先沿融合光路传播再沿入瞳光轴传播进入人眼，目镜场景的光信号直接沿入瞳光轴透过半透半反镜后继续传播进入人眼，即人眼直接通过平窗片看到外景而无需通过曲面镜片，进而避免出现视差的问题。

上述实施例中，瞄准镜与对应多光融合光学系统实施例属于同一构思，从而分别与对应多光融合光学系统实施例具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的多光融合光学系统的示意图；

图2为图1中所示多光融合光学系统使用状态下的示意图。

图中：10、多光融合光学系统；12、瞄准标记光源；14、成像组件；16、合光镜组件；18、半透半反镜；20、反射镜；22、显示模块；24、融合光轴；26、入曈光轴；28、物镜；30、成像探测器；32、棱镜组件；34、合光面；36、第一棱镜；38、第二棱镜；40、准直镜组件；42、双凹面透镜；44、双凸面透镜。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

请参阅图1和图2，本发明一实施例提供的一种多光融合光学系统10，包括瞄准标记光源12、成像组件14、合光镜组件16、半透半反镜18以及反射镜20，其中合光镜组件16、半透半反镜18和反射镜20沿融合光轴顺次设置。多光融合光学系统10的具体使用场景不进行限定，例如瞄准镜、望远镜等。具体地，在本申请中，多光融合光学系统10用于瞄准镜。

瞄准标记光源12能够产生瞄准标记光信号，例如红点，成像组件14能够采集目标场景内光信号并形成场景图像，将场景图像显示于显示模块22，瞄准标记光源12和显示模块22分别位于合光镜组件16的不同侧，瞄准标记光信号和场景图像的光信号经过合光镜组件16融合后沿融合光轴24进行传播。由于多光融合光学系统10同时具有瞄准标记光源12和成像组件14，成像组件14能够将目标场景形成场景图像，场景图像的光信号与瞄准标记光信号融合后呈现给用户，使得瞄准镜能够满足日夜使用的特点，也即，瞄准镜既能在白天的时候使用，也能在夜晚或者光线不足的环境使用，而瞄准标记光源12产生的瞄准标记光信号能够辅助用户快速瞄准目标，通过多光融合的方式，使得多光融合光学系统10同时具备快速瞄准和使用场景丰富的特点，方便用户使用，提升用户体验。

瞄准标记光源12的具体类型不进行限定，例如，可以是能够形成红点的红点光源，具体如LED灯。

半透半反镜18具有对经过的光线同时形成透射和反射的效果，即光线经过半透半反镜18时，部分光线会透过半透半反镜18，剩余部分则会被半透半反镜18反射走，使其不能透过半透半反镜18。反射镜20能够反射光线，并位于融合光轴24的后端。瞄准标记光信号与场景图像的光信号融合后形成的融合光信号沿融合光轴24透射通过半透半反镜18并射向反射镜20，透过半透半反镜18的融合光信号经反射镜20反射后重新射向半透半反镜18，经半透半反镜18反射后偏离融合光轴24，并沿入曈光轴26射向人眼观测位，从而进入人眼。瞄准标记光信号和场景图像信号融合后先沿融合光轴24传播，透过半透半反镜18后经反射镜20反射，重新射向半透半反镜18，经过半透半反镜18反射后偏离融合光轴24，沿入曈光轴26进入人眼，也即，融合光轴24和入曈光轴26不在同一方向，目标场景直接进入人眼的光信号是沿入曈光轴26进行传播，而反射镜20处于融合光轴24的后端，因此，反射镜20对融合后的场景图像的光信号与瞄准标记光信号的反射方向(即融合光轴方向)、与融合后的场景图像的光信号与瞄准标记光信号入射至人眼的方向(即入曈光轴方向)不同轴，使得用户在瞄准过程中看不到反射镜20，多光谱的融合光信号先沿融合光路传播再沿入瞳光轴传播进入人眼，目镜场景的光信号直接沿入瞳光轴透过半透半反镜18后继续传播进入人眼，即人眼直接通过平窗片看到外景而无需通过曲面镜片，从而避免出现视差的问题。

在一实施例中，入曈光轴26和融合光轴24位于同一平面内并相互垂直。

成像组件14的具体成像方式不进行限定，例如，可以是红外成像组件、微光成像组件、数码成像组件、或者红外与微光组合的成像组件等。

在一实施例中，成像组件14包括物镜28、与物镜28对应设置的成像探测器30、以及与成像探测器30电连接的显示模块22，物镜28用于汇聚目标场景内光信号并使其射向成像探测器30，成像探测器30用于根据汇聚的光信号转换为图像信号，并将图像信号发送给显示模块22进行显示，显示于显示模块22图像再以光信号的方式传播至合光镜组件16处。

在本申请中，物镜28为能够供红外线透过的镜片，成像探测器30为红外传感器，显示模块22为显示屏，目标产生的红外信号透过物镜28后被红外传感器接收，显示屏能够接受来自红外传感器的红外信号，并根据红外信号显示与目标场景相应的场景图像。

物镜28和成像探测器30相对合光镜组件16的具体位置不进行限定，可以是在合光镜组件16的正前方，也可以是在合光镜组件16的上方或者旁侧。

在一实施例中，合光镜组件16包括棱镜组件32和设于棱镜组件32上的合光面34，合光面34相对融合光轴24倾斜，瞄准标记光信号和场景图像的光信号在合光面34处进行融合，然后沿融合光轴24朝反射镜20方向传播。具体地，合光面34与融合光轴24之间的夹角优选为45°。

显示模块22和瞄准标记光源12分别位于合光面34的相对两侧，且二者共轭设置，因此显示模块22与瞄准标记光源12相对位置可以互换。

在一个实施例中，场景图像的光信号沿融合光轴24方向入射至合光面34的一侧并透射通过合光面34，瞄准标记光信号入射至合光面34的另一侧，并经过合光面34反射后与所述场景图像的光信号共同沿融合光轴24方向传播。显示模块22位于合光面34在融合光轴24方向远离反射镜20的一侧，瞄准标记光源12位于合光面34的另一侧并位于融合光轴24的外侧，即显示模块22、合光面34、半透半反镜18、反射镜20在融合光轴24上顺次设置，瞄准标记光源12偏离融合光轴24设置，且场景图像的光信号入射方向平行于融合光轴，瞄准标记光信号的入射方向垂直于融合光轴。

在另一实施例中，瞄准标记光信号沿所述融合光轴24方向入射至合光面34的一侧并透射通过合光面34，场景图像的光信号入射至合光面34的另一侧，并经合光面34反射后与瞄准标记光信号共同沿融合光轴24方向传播，也即，瞄准标记光源12位于合光面34在融合光轴24方向远离反射镜20的一侧，显示模块22位于合光面34的另一侧并位于融合光轴24的外侧，即瞄准标记光源12、合光面34、半透半反镜18、反射镜20在融合光轴24上顺次设置，显示模块22偏离融合光轴24设置，且瞄准标记光信号的入射方向平行于融合光轴，场景图像的光信号入射方向垂直于融合光轴。

棱镜组件32包括相对设置的第一棱镜36和第二棱镜38，合光面34为位于第一棱镜36和第二棱镜38之间的半透半反膜。半透半反膜对经过的光线能够同时形成透射和反射的效果，瞄准标记光信号和场景图像的光信号传播至半透半反膜时，都会形成透射和反射的效果。在上述第一种实施例中，场景图像的光信号透过半透半反膜的部分与瞄准标记光信号被半透半反膜反射的部分在半透半反膜处进行融合。在上述第二种实施例中，瞄准标记光信号透过半透半反膜的部分与场景图像的光信号被半透半反膜反射的部分在半透半反膜处进行融合。

在本实施例中，第一棱镜36和第二棱镜38均为三棱镜，两个三棱镜拼合形成四棱镜，一个三棱镜靠近另一三棱镜的一侧设有半透半反膜，显示模块22和瞄准标记光源12分别位于该四棱镜的相邻两侧。

在一实施例中，多光融合光学系统10还包括准直镜组件40，准直镜组件40和反射镜20分别位于半透半反射镜18的相对两侧。瞄准标记光信号和场景图像的光信号融合后，经准直镜组件40校准形成平行光，再沿融合光轴24方向射向半透半反镜18。通过在合光镜组件16和半透半反镜18之间设置准直镜组件40，准直镜组件40可以对透过其的光线进行校准，使其形成平行光，从而对瞄准标记光源12产生的瞄准标记光信号即红点进行准直，保证红点在中心和边缘位置时都能保持清晰无畸变，防止人眼在偏离时出现红点弥散或变形的情况，大大提升产品的使用效果和用户的使用体验；而且准直镜组件40具有焦距，能够对显示模块22显示的场景图像进行放大，方便用户观看。

准直镜组件40包括的光学透镜数量不进行限定，例如可以由1片、2片、3片或者更多透镜构成。在本实施例中，准直镜组件40包括两个光学透镜，两个光学透镜分别为双凹面透镜42和双凸面透镜44，双凹面透镜42和双凸面透镜44贴合固定在一起，且双凹面透镜42靠近合光镜组件16，双凸面透镜44靠近半透半反镜18。

在一实施例中，半透半反镜18为表面设有半透半反膜的平面镜，平面镜和位于其上的半透半反膜相对于融合光轴24和入曈光轴26倾斜。平面镜上的半透半反膜可以对经过的光线同时进行透射和反射，经准直镜组件40校准后的平行光到达平面镜上的半透半反膜时，部分光被反射走，剩余部分则透过半透半反膜并传播到反射镜20，经反射镜20再反射到半透半反膜时，部分光透过半透半反膜，一部分则被半透半反膜反射并沿入曈光轴26进入人眼，而且平面镜相比于曲面镜，可以防止在观察过程中存在视差的问题。

具体地，平面镜和位于其上的半透半反膜与融合光轴24以及入曈光轴26之间的夹角都优选为45°。

多光融合光学系统10于半透半反镜18远离人眼观测位的一侧具有进光窗口，进光窗口和人眼观测位分别位于瞄准镜沿入曈光轴26方向的前后两端。被目标反射的可见光例如白光可以通过进光窗口进入多光融合光学系统10，并沿入曈光轴26透过半透半反镜18进入人眼，使得用户在观察过程中可以同时看到显示模块22上的图像、瞄准标记光源12产生的红点、以及实景，实现图像、红点以及实景的融合。

在一实施例中，反射镜20为一曲面镜，该曲面镜靠近半透半反膜的一侧为凹面。曲面镜具有焦距，经准直镜组件40校准后的平行光透过半透半反镜18到达反射镜20，反射镜20经光线反射至半透半反镜18时，可以对显示模块22显示的场景图像进行放大，以形成更大的场景图像进入人眼。

本申请提供的技术方案能保证在使用的时候，人眼直接通过平窗片即可看到外景，而不用通过曲面镜片；传统的红点瞄通过曲面反射成像，人眼的视野必须要通过曲面反射镜透过才能看到外景，跟平窗片比存在视差。本申请通过在曲面反射镜前面增加一个平面镜，将曲面反射镜放在人眼的右侧，这样就避免了人眼通过曲面镜观察，从而消除了视差。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多光融合光学系统(10)，其特征在于，包括：

瞄准标记光源(12)，用于产生瞄准标记光信号；

成像组件(14)，用于采集目标场景内光信号并形成场景图像，将所述场景图像显示于显示模块(22)；

合光镜组件(16)，所述瞄准标记光源(12)和所述显示模块(22)分别位于所述合光镜组件(16)的不同侧；

半透半反镜(18)，所述瞄准标记光信号和所述场景图像的光信号经所述合光镜组件(16)融合后的融合光信号沿融合光轴(24)进行传播并透射通过所述半透半反镜(18)；以及

反射镜(20)，所述合光镜组件(16)、所述半透半反镜(18)和所述反射镜(20)沿所述融合光轴(24)顺次设置，透射通过所述半透半反镜(18)的融合光信号经所述反射镜(20)反射后，射向所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射后偏离所述融合光轴(24)，并沿入瞳光轴(26)射向人眼观测位。

2.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述合光镜组件(16)包括棱镜组件(32)和设于所述棱镜组件(32)上的合光面(34)，所述合光面(34)相对所述融合光轴(24)倾斜；

所述场景图像的光信号沿所述融合光轴(24)方向入射至所述合光面(34)的一侧并透射通过所述合光面(34)，所述瞄准标记光信号入射至所述合光面(34)的另一侧，并经所述合光面(34)反射后与所述场景图像的光信号共同沿所述融合光轴(24)方向传播；或，所述瞄准标记光信号沿所述融合光轴(24)方向入射至所述合光面(34)的一侧并透射通过所述合光面(34)，所述场景图像的光信号入射至所述合光面(34)的另一侧，并经所述合光面(34)反射后与所述瞄准标记光信号共同沿所述融合光轴(24)方向传播。

3.根据权利要求2所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述棱镜组件(32)包括相对设置的第一棱镜(36)和第二棱镜(38)，所述合光面(34)为设于所述第一棱镜(36)和所述第二棱镜(38)之间的半透半反膜。

4.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述多光融合光学系统(10)于所述半透半反镜(18)远离所述人眼观测位的一侧具有进光窗口，且所述进光窗口设于所述入瞳光轴(26)上。

5.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述多光融合光学系统(10)还包括准直镜组件(40)，所述准直镜组件(40)和所述反射镜(20)分别位于所述半透半反镜(18)的相对两侧，所述瞄准标记光信号和所述场景图像的光信号融合后，经所述准直镜组件(40)校准形成平行光，再沿所述融合光轴(24)方向射向所述半透半反镜(18)。

6.根据权利要求5所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述准直镜组件(40)包括多个光学透镜，多个所述光学透镜包括靠近所述合光镜组件(16)一侧的双凹面透镜(42)和靠近所述半透半反镜(18)一侧的双凸面透镜(44)。

7.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述半透半反镜(18)为表面设有半透半反膜的平面镜，所述平面镜相对于所述融合光轴(24)和所述入瞳光轴(26)倾斜。

8.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述入瞳光轴(26)和所述融合光轴(24)位于同一平面内并相互垂直。

9.根据权利要求1所述的多光融合光学系统(10)，其特征在于，所述成像组件(14)还包括物镜(28)及与所述物镜(28)对应的成像探测器(30)；所述物镜(28)用于汇聚所述目标场景内光信号射向所述成像探测器(30)，所述成像探测器(30)用于根据汇聚的光信号转换为图像信号发送给所述显示模块(22)进行显示。

10.一种瞄准镜，其特征在于，具有如权利要求1-9任一项所述的多光融合光学系统(10)。