CN220872669U - 测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜，该光学系统将测距系统的接收部分整合进红外/可见光通道内，即测距系统的接收部分的一部分光路和成像系统的一部分光路共口径而构成共口径光处理模块，实现了整个系统的重量和体积的减小，测距系统的发射器位于共口径光处理模块外侧，共口径光处理模块可同时接收外界场景的成像光线和返回的测距光线并对其进行光学处理以同时实现测距和成像。本申请通过测距系统和成像系统共轴的形式可大幅度减小系统整体的重量和体积，减轻用户的使用负担，通过成像系统和测距系统一体化和共轴可以免去重复安装测距系统带来的误差，进而提高用户在瞄准远距离猎物的画面精度以及测距精度，提高了用户体验。

Description

测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别涉及一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜。

背景技术

测距-瞄准镜系统广泛应用于狩猎领域，成像系统搭配测距系统可以使用户知道猎物的距离，这可以更好的让用户根据此信息调整瞄准方向，更加精确的狩猎猎物；此外，在狩猎时记录距离可以提高用户的成就感，提升用户使用体验。

但是，一般的测距瞄准镜系统中的测距单元和成像单元是互相独立的系统，即在成像系统旁边附加上测距系统。这种直接附加的方式会导致产品整体体积和重量较大，使用起来不太方便。并且，由于测距系统是外挂在成像系统上，因此在每次将测距仪安装到镜头上时，都要进行调校，这样会产生一定的误差，且较为麻烦。此外，由于成像系统与测距系统不同轴，在瞄准镜系统使用的过程中可能会导致两个轴的相对位置产生一定的偏离，导致测距精度变低。

例如，公告号为CN206892449U的中国实用新型专利公开了一种可见光-红外-测距融合的瞄准镜系统，该系统通过共口径双光路将白光和红外光线进行分束，可以实现红外/白光的通道的切换，在此基础之上附加了激光测距系统，但该系统重量和体积较大，不方便携带和使用。公告号为CN214311089U的中国实用新型专利公开了一种带测距功能的白光瞄准镜，该系统在传统的白光瞄准镜基础之上在镜头侧面安装了一个激光测距，可以实现在瞄准的同时实现对目标的测距，但该系统只能在白天使用，且体积和重量比传统的白光瞄准镜大，影响用户体验。公告号为CN210220832U的中国实用新型专利公开了一种带测距系统的低倍率变倍白光瞄准镜，同样也有体积、重量较大的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜，可有效解决现有测距系统、成像系统通过直接附加的形式叠加导致产品体积、重量较大的问题。

本申请提供一种测距成像双光共轴光学系统，包括发射器和共口径光处理模块，所述发射器用于发射测距光线；所述共口径光处理模块包括自物方沿光轴依次间隔排布的测距探测器、次反射镜、光传感器和主反射镜；所述主反射镜同时接收来自物方的成像光线和测距光线并反射至所述次反射镜，所述次反射镜将所述测距光线透射至所述测距探测器以计算距离信息，并将所述成像光线反射至所述光传感器以生成图像。

在一实施例中，所述共口径光处理模块还包括沿所述光轴设置的副反射镜，所述副反射镜位于所述次反射镜靠近所述主反射镜的一侧，用于将所述次反射镜反射来的成像光线再反射至所述光传感器。

在一实施例中，所述主反射镜朝向所述次反射镜的一面内凹且中心部位设有通孔，所述副反射镜设于所述通孔，所述副反射镜朝向所述次反射镜的一面内凹。

在一实施例中，所述次反射镜远离所述主反射镜的一面内凹，所述次反射镜的凸面用于透射所述测距光线并反射所述成像光线。

在一实施例中，所述共口径光处理模块还包括共轴设于所述光传感器与所述副反射镜之间的成像物镜，所述成像物镜用于校正被所述副反射镜反射出的成像光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至所述光传感器。

在一实施例中，所述共口径光处理模块还包括沿所述光轴设于所述测距探测器与所述次反射镜之间的测距物镜，所述测距物镜用于校正透过所述次反射镜的测距光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至所述测距探测器。

在一实施例中，所述光学系统还包括显示屏和目镜；所述显示屏信号连接至所述光传感器和所述测距探测器，以显示所述图像和所述距离信息；所述目镜设置于所述显示屏的显示侧，以将所述显示屏显示的画面进行放大，并以平行光的形式出射到人眼中。

在一实施例中，所述测距光线为近红外光，所述成像光线为远红外光，所述次反射镜透过近红外光且反射远红外光，所述光传感器为红外探测器；或，所述测距光线为近红外光，所述成像光线为可见光，所述次反射镜透过近红外光且反射可见光，所述光传感器为可见光探测器。

本申请还提供一种测距成像双光共轴光学系统，包括发射器和共口径光处理模块，所述发射器用于发射测距光线；所述共口径光处理模块包括自物方沿光轴依次间隔排布的光传感器、次反射镜、测距探测器和主反射镜；所述主反射镜同时接收来自物方的成像光线和测距光线并反射至所述次反射镜，所述次反射镜将所述测距光线反射至所述测距探测器以计算距离信息，并将所述成像光线透射至所述光传感器以生成图像。

本申请还提供一种瞄准镜，包括镜筒及如上所述的测距成像双光共轴光学系统，所述光学系统设置于所述镜筒。

综上所述，本申请提供一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜，该光学系统将测距系统的接收部分整合进红外/可见光通道内，即测距系统的接收部分的一部分光路和成像系统的一部分光路共口径而构成共口径光处理模块，实现了整个系统的重量和体积的减小，测距系统的发射器位于共口径光处理模块外侧，共口径光处理模块可同时接收外界场景的成像光线和发射器发出并返回的测距光线并对其进行光学处理以同时实现测距和成像。本申请通过测距系统和成像系统共轴的形式可大幅度减小系统整体的重量和体积，减轻用户的使用负担，通过成像系统和测距系统一体化和共轴可以免去重复安装带来的误差，进而提高用户在瞄准远距离猎物的画面精度以及测距精度，提高了用户体验。

附图说明

图1为本申请一实施例中光学系统的光路原理示意图。

图2为本申请另一实施例中光学系统的光路原理示意图。

图中，1-主反射镜；2-次反射镜；3-测距物镜；4-测距探测器；5-副反射镜；6-成像物镜；7-光传感器；8-显示屏；9-目镜；10-发射器；11-人眼。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本申请不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本申请可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本申请并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

请同时参考图1和图2所示，本申请提供一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜，该光学系统包括测距系统和成像系统，测距系统包括发射器10和测距光路部分，成像系统包括显示模块和成像光路部分，测距光路与成像光路部分一体化共轴、共口径设计，构建成二者共有的共口径光处理模块，实现了整个光学系统的重量和体积的大幅度减小，减轻用户的使用负担。通过成像系统和测距系统一体化和共轴可以免去重复安装测距系统带来的误差，进而提高用户在瞄准远距离猎物的画面精度以及测距精度，相较于传统的测距瞄准镜而言极大的提高了用户体验。

具体地，该光学系统包括发射器10、显示模块以及共口径光处理模块，发射器10用于发射测距光线，共口径光处理模块用于同时接收外界场景的成像光线和返回的测距光线并对其进行光学处理，以同时实现测距和在显示模块上显示光学成像。其中，测距光线可以为近红外光，成像光线可以为远红外光；或者，测距光线为近红外光，成像光线为可见光。当然，在另一些实施例中，测距光线和成像光线的波段也可以有其它选择，只要能够符合本申请的测距成像双光共轴光学系统的光学原理即可。

共口径光处理模块包括设置在光轴上的主反射镜1、次反射镜2、测距探测器4和光传感器7，主反射镜1用于将外界场景的成像光线和返回的测距光线反射至次反射镜2，次反射镜2用于将被主反射镜1反射的成像光线和测距光线进行分束，使成像光线进入光传感器7、测距光线进入测距探测器4，光传感器7用于将接收到的光信号转化为电信号，测距探测器4根据测距光线从发出到返回的时间间隔计算出目标的距离。

在如图1所示的实施例中，测距探测器4、次反射镜2、光传感器7和主反射镜1自物方沿光轴依次间隔排布。次反射镜2将测距光线透射至测距探测器4以计算距离信息，并将成像光线反射至光传感器7以生成图像。

进一步地，共口径光处理模块还包括与主反射镜1共轴设置的副反射镜5、共轴设于光传感器7与副反射镜5之间的成像物镜6、共轴设于测距探测器4与次反射镜2之间的测距物镜3。其中，主反射镜1的中心部位设有通孔，副反射镜5设于通孔内；副反射镜5用于将次反射镜2反射来的成像光线再反射至光传感器7，成像物镜6用于校正被副反射镜5反射出的成像光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至光传感器7，测距物镜3用于校正透过次反射镜2的测距光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至测距探测器4。

其中，显示模块包括显示屏8和目镜9，显示屏8位于主反射镜1与目镜9之间，显示屏8信号连接至光传感器7和测距探测器4，用于将光传感器7转化出的电信号以可见光的形式通过图像显示出来，以及将测距探测器4测出的距离信息显示出来，目镜9设置于显示屏8的显示侧，用于将显示屏8显示的画面进行放大，并以平行光的形式出射到人眼11中。

基于本申请的这种测距成像双光共轴光学系统，提供了如图1所示的具体实施例，本实施例中，测距成像双光共轴光学系统包括主反射镜1、次反射镜2、测距物镜3、测距探测器4、副反射镜5、成像物镜6、光传感器7、显示屏8、目镜9和发射器10，在所示的实施例中，测距探测器4、测距物镜3、次反射镜2、光传感器7、成像物镜6、主反射镜1(副反射镜5)自物方沿光轴依次设置，显示屏8与目镜9设置于主反射镜1的远离次反射镜2的一侧，发射器10位于光轴的一侧。

更具体地，对上述各组件进行进一步地说明：

主反射镜1具有一定的弯曲程度，例如主反射镜1朝向次反射镜2的一面内凹。当成像光线为远红外光时，主反射镜1的材质属性设置为可以同时反射远红外和近红外波段的光，其作用是接收外界场景中的远红外光线和由发射器10发出并返回的近红外光线，主反射镜1的中心部位设有圆形通孔，副反射镜5设置在圆形通孔内，副反射镜5的作用是使被次反射镜2反射的远红外光线经过副反射镜5的再次反射可以顺利到达成像物镜6，此种情况可适用于夜晚，成像效果更好。当成像光线为可见光时，主反射镜1的材质属性设置为可以同时反射近红外和可见光波段的光线，其作用与上述折返原理类似，仅仅是将远红外光线更换为可见光，使光传感器7接收远红外信号更改为接收可见光信号，此种情况可适用于白天，成像效果更好。

次反射镜2具有一定的弯曲程度，例如次反射镜2远离主反射镜1的一面内凹，次反射镜2的凸面用于透射测距光线并反射成像光线。当成像光线为远红外光时，其材质属性设置为既可以透过近红外光线，又可以反射远红外光线，其作用是将测距返回的近红外光线和外界场景的远红外光线进行分束，使两束光分别进入到测距探测器4和光传感器7中，此时光传感器7为远红外传感器。当成像光线为可见光时，次反射镜2的材质属性设置为可以透过近红外光、反射可见光，可以将可见光波段的光线反射到光传感器7中，此时光传感器7为可见光传感器。

测距物镜3为可以透过近红外光线的镜片组，用来接收测距返回(主反射镜1反射、次反射镜2透射)的近红外光线，并使之折射进入测距探测器4中，同时，还具有校正光线携带的像差的功能，使之更精确的入射到测距探测器4上。

测距探测器4为设置于光学系统内部的探测器，用来接收发射器10发出的测距光线到目标后并返回到的光线，通过计算光线发出到返回的时间间隔可以计算出目标的距离。

副反射镜5为具有一定弯曲程度的反射镜，例如副反射镜5朝向次反射镜2的一面内凹。副反射镜5位于次反射镜2靠近主反射镜1的一侧，优选地，副反射镜5安装在主反射镜1的圆形通孔处。当成像光线为远红外光时，其材质属性设置为可反射远红外波段光线；当成像光线为可见光时，其材质属性设置为可以反射可见光光线；副反射镜5用于将成像光线反射到成像物镜6上，使光学系统的结构更加紧凑。

成像物镜6，当成像光线为远红外光时，成像物镜6是可以透过远红外光线的镜片组，用来接收三次反射(主反射镜1反射、次反射镜2反射、副反射镜5反射)过来的远红外光线，并校正其携带的像差，使光线汇聚到光传感器7上以获得更加清晰的成像效果；当成像光线为可见光时，成像物镜6是可以透过可见光的透镜组，可以使三次反射的可见光汇聚到探测器中。同时，成像物镜6的镜片可以移动从而实现变倍功能。

光传感器7的作用为接收入射的成像光线，并将光信号转化为电信号。当成像光线为远红外光时，光传感器7的类型为红外探测器，可以接收红外光信号；当成像光线为可见光时，光传感器7的类型为可见光探测器，可以接收可见光信号。

显示屏8位于共口径光处理模块外侧，与光传感器7信号连接，用于将光传感器7转化出的电信号以可见光的形式呈图像显示出来。显示屏8可为微型显示屏。

目镜9设置于显示屏8远离主反射镜1的一侧，用于对显示屏8显示的画面进行放大，并以平行光的形式出射到人眼11中。

发射器10位于共口径光处理模块外的光轴的一侧，用来发射激光光束(近红外光)到目标物体上。

应当理解的是，在另一些实施例中，测距物镜3和测距探测器4的设置位置可以互换，此时测距物镜3可将测距光线反射至测距探测器4中；类似地，成像物镜6和光传感器7的设置位置也可以互换，此时成像物镜6可将成像光线反射至光传感器7中。

基于本申请的这种测距成像双光共轴光学系统，还提供了如图2所示的具体实施例。在如图2所示的实施例中，光传感器7、次反射镜2、测距探测器4和主反射镜1自物方沿光轴依次间隔排布，次反射镜2将测距光线反射至测距探测器4以计算距离信息，并将成像光线透射至光传感器7以生成图像。

本实施例中，测距成像双光共轴光学系统包括主反射镜1、次反射镜2、测距物镜3、测距探测器4、副反射镜5、成像物镜6、光传感器7、显示屏8、目镜9和发射器10，在所示的实施例中，光传感器7、成像物镜6、次反射镜2、测距探测器4、测距物镜3、主反射镜1(副反射镜5)自物方沿光轴依次设置，显示屏8与目镜9设置于主反射镜1的远离次反射镜2的一侧，发射器10位于光轴的一侧。本实施例中，光学系统的原理与图1所示的实施例类似，区别在于，测距组件(测距探测器4和测距物镜3)与成像组件(光传感器7和成像物镜6)进行了位置互换，对应地，测距光线和成像光线也需要对应适配设置，在此不再赘述。

本申请还提供一种瞄准镜，上述测距成像双光共轴光学系统安装于瞄准镜的镜筒中。为使整体结构更加紧凑、减小体积，镜筒的轴向沿光轴设置，共口径光处理模块、显示模块(显示屏8、目镜9)沿轴向顺次布置，呈直线分布。

综上所述，本申请提供一种测距成像双光共轴光学系统及瞄准镜，该光学系统将测距系统的接收部分整合进红外/可见光通道内，即测距系统的接收部分的一部分光路和成像系统的一部分光路共口径而构成共口径光处理模块，实现了整个系统的重量和体积的减小，测距系统的发射器及成像系统的显示模块均位于共口径光处理模块外侧，共口径光处理模块可同时接收外界场景的成像光线和发射器发出并返回的测距光线并对其进行光学处理以同时实现测距和在显示模块上成像。本申请通过测距系统和成像系统共轴的形式可大幅度减小系统整体的重量和体积，减轻用户的使用负担，通过成像系统和测距系统一体化和共轴可以免去重复安装带来的误差，进而提高用户在瞄准远距离猎物的画面精度以及测距精度，提高了用户体验。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本申请的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，包括发射器(10)和共口径光处理模块，所述发射器(10)用于发射测距光线；所述共口径光处理模块包括自物方沿光轴依次间隔排布的测距探测器(4)、次反射镜(2)、光传感器(7)和主反射镜(1)；所述主反射镜(1)同时接收来自物方的成像光线和测距光线并反射至所述次反射镜(2)，所述次反射镜(2)将所述测距光线透射至所述测距探测器(4)以计算距离信息，并将所述成像光线反射至所述光传感器(7)以生成图像。

2.如权利要求1所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述共口径光处理模块还包括沿所述光轴设置的副反射镜(5)，所述副反射镜(5)位于所述次反射镜(2)靠近所述主反射镜(1)的一侧，用于将所述次反射镜(2)反射来的成像光线再反射至所述光传感器(7)。

3.如权利要求2所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述主反射镜(1)朝向所述次反射镜(2)的一面内凹且中心部位设有通孔，所述副反射镜(5)设于所述通孔，所述副反射镜(5)朝向所述次反射镜(2)的一面内凹。

4.如权利要求3所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述次反射镜(2)远离所述主反射镜(1)的一面内凹，所述次反射镜(2)的凸面用于透射所述测距光线并反射所述成像光线。

5.如权利要求2所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述共口径光处理模块还包括共轴设于所述光传感器(7)与所述副反射镜(5)之间的成像物镜(6)，所述成像物镜(6)用于校正被所述副反射镜(5)反射出的成像光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至所述光传感器(7)。

6.如权利要求1所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述共口径光处理模块还包括沿所述光轴设于所述测距探测器(4)与所述次反射镜(2)之间的测距物镜(3)，所述测距物镜(3)用于校正透过所述次反射镜(2)的测距光线所携带的像差并使校正后的光线汇聚至所述测距探测器(4)。

7.如权利要求1所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括显示屏(8)和目镜(9)；所述显示屏(8)信号连接至所述光传感器(7)和所述测距探测器(4)，以显示所述图像和所述距离信息；所述目镜(9)设置于所述显示屏(8)的显示侧，以将所述显示屏(8)显示的画面进行放大，并以平行光的形式出射到人眼(11)中。

8.如权利要求1-7中任一项所述的测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，所述测距光线为近红外光，所述成像光线为远红外光，所述次反射镜(2)透过近红外光且反射远红外光，所述光传感器(7)为红外探测器；或，所述测距光线为近红外光，所述成像光线为可见光，所述次反射镜(2)透过近红外光且反射可见光，所述光传感器(7)为可见光探测器。

9.一种测距成像双光共轴光学系统，其特征在于，包括发射器(10)和共口径光处理模块，所述发射器(10)用于发射测距光线；所述共口径光处理模块包括自物方沿光轴依次间隔排布的光传感器(7)、次反射镜(2)、测距探测器(4)和主反射镜(1)；所述主反射镜(1)同时接收来自物方的成像光线和测距光线并反射至所述次反射镜(2)，所述次反射镜(2)将所述测距光线反射至所述测距探测器(4)以计算距离信息，并将所述成像光线透射至所述光传感器(7)以生成图像。

10.一种瞄准镜，其特征在于，包括镜筒及如权利要求1至9中任一项所述的测距成像双光共轴光学系统，所述光学系统设置于所述镜筒。