TWI699572B - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關於一種光學裝置,特別是指一種具有點光源瞄準系統的光學裝置。 The present invention relates to an optical device, in particular to an optical device with a point light source aiming system.
習知的瞄準器通常包括一物鏡、一反射鏡片,一目鏡以及一光源,該物鏡與該目鏡的主要功能為防水與防塵,而該反射鏡片除了可將該光源所發出的一光束反射至使用者的眼睛以外,還可讓使用者所觀察的一物體所發出的一光束通過。如此設置的話,使用者可透過該瞄準器同時觀察到該物體的影像以及該光源產生的一光點,以藉由該光點瞄準該物體。 The conventional sight usually includes an objective lens, a reflecting lens, an eyepiece, and a light source. The main functions of the objective lens and the eyepiece are waterproof and dustproof, and the reflecting lens can reflect a light beam emitted by the light source to use In addition to the eyes of the user, a light beam emitted by an object observed by the user can pass through. With this configuration, the user can simultaneously observe the image of the object and a light spot generated by the light source through the sight, so as to aim at the object through the light spot.
然而,若使用者所接收到的光束(例如該光源發出的該光束或該物體所發出的該光束)並非為平行光束,則當使用者的眼睛沿著垂直於該瞄準器之光軸的一方向移動離開該瞄準器之光軸時,該物體的影像或該光點便容易產生失真現象,進而造成使用者在操作上的不精確。 However, if the light beam received by the user (for example, the light beam emitted by the light source or the light beam emitted by the object) is not a parallel beam, then when the user's eyes are along an axis perpendicular to the optical axis of the sight When the direction moves away from the optical axis of the sight, the image of the object or the light spot is likely to be distorted, thereby causing inaccuracy in the user's operation.
有鑑於此,本發明的目的在於提供一種光學裝置,其光學設計有助於讓到達使用者的光束保持平行,以避免讓物體之影像或光源產生之光點變形失真,同時又有助於減少機構元件,以減少光學裝置的體積與成本。 In view of this, the object of the present invention is to provide an optical device whose optical design helps to keep the light beam reaching the user parallel, so as to avoid distortion and distortion of the image of the object or the light spot generated by the light source, and at the same time help to reduce Mechanical components to reduce the volume and cost of optical devices.
本發明光學裝置的其中一實施例包括一反射單元、一目鏡單元以及一光源。該反射單元包括一第一透鏡以及一第二透鏡,其中,該第一透鏡為一第一彎月形透鏡的一部份,該第二透鏡為一第二彎月形透鏡的一部份,該第一彎月形透鏡與該第二彎月形透鏡相互結合,以形成一第三彎月形透鏡,而該第三彎月形透鏡具有一第一光軸以及一焦點。該光源設置於該第一光軸與該焦點上,並位於該反射單元與該目鏡單元之間。該光學裝置滿足,2.5D1/D24.5,其中D1係指在該第一光軸上該光源距該反射單元間的第一距離,D2係指在該第一光軸上該光源距該目鏡單元間的第二距離。 One embodiment of the optical device of the present invention includes a reflection unit, an eyepiece unit and a light source. The reflection unit includes a first lens and a second lens, wherein the first lens is a part of a first meniscus lens, and the second lens is a part of a second meniscus lens, The first meniscus lens and the second meniscus lens are combined with each other to form a third meniscus lens, and the third meniscus lens has a first optical axis and a focus. The light source is arranged on the first optical axis and the focal point, and is located between the reflecting unit and the eyepiece unit. The optical device satisfies 2.5 D1/D2 4.5, where D1 refers to the first distance between the light source and the reflecting unit on the first optical axis, and D2 refers to the second distance between the light source and the eyepiece unit on the first optical axis.
在另一實施例中,該第一透鏡與該第二透鏡之間設置有一反射面,而該反射面係用於選擇性地反射光束。該光學裝置更滿足3.5D3/D25.5,其中D3係指在該第一光軸上該反射單元距該目鏡單元間的第三距離,D2係指在該第一光軸上該光源距該目鏡單元間的第二距離。 In another embodiment, a reflective surface is provided between the first lens and the second lens, and the reflective surface is used to selectively reflect light beams. The optical device meets 3.5 D3/D2 5.5, where D3 refers to the third distance between the reflecting unit and the eyepiece unit on the first optical axis, and D2 refers to the second distance between the light source and the eyepiece unit on the first optical axis.
在另一實施例中,該第一光軸位於該反射單元之上緣的上方或下方,且與該反射單元之上緣相隔一距離,而該距離大致上為5公厘(mm)。該光學裝置更滿足1.20D3/D11.5,其中D3係指在該第一光軸上該反射單元距該目鏡單元間的第三距離,D1係指在該第一光軸上該光源距該反射單元間的第一距離。 In another embodiment, the first optical axis is located above or below the upper edge of the reflecting unit, and is separated from the upper edge of the reflecting unit by a distance, and the distance is approximately 5 millimeters (mm). The optical device more satisfies 1.20 D3/D1 1.5, where D3 refers to the third distance between the reflecting unit and the eyepiece unit on the first optical axis, and D1 refers to the first distance between the light source and the reflecting unit on the first optical axis.
在另一實施例中,該目鏡單元與該反射單元構成一第二光軸,該反射單元具有一中心軸,而該中心軸通過該光源,並相對於該第二光軸傾斜一角度,該角度的範圍介於10~16度,該光學裝置更滿足一條件式:0.15θ/D30.30,其中,θ係指該角度,D3係指在該第一光軸上該反 射單元距該目鏡單元間的第三距離。 In another embodiment, the eyepiece unit and the reflecting unit constitute a second optical axis, the reflecting unit has a central axis, and the central axis passes through the light source and is inclined at an angle with respect to the second optical axis. The range of angle is 10~16 degrees, and the optical device satisfies a conditional formula: 0.15 θ/D3 0.30, where θ refers to the angle, and D3 refers to the third distance between the reflecting unit and the eyepiece unit on the first optical axis.
在另一實施例中,該反射單元朝向物端的一面具有正屈光率,而該反射單元朝向像端的另一面具有負屈光率。 In another embodiment, one side of the reflecting unit facing the object end has a positive refractive power, and the other side of the reflecting unit facing the image end has a negative refractive power.
在另一實施例中,該反射單元的上緣設置有一記號,並藉由該記號來定位於一預設位置。 In another embodiment, a mark is provided on the upper edge of the reflecting unit, and the mark is used to locate a predetermined position.
在另一實施例中,該目鏡單元與該反射單元構成一第二光軸,該光源用以發出一第一光束,該第一光束入射該反射單元,被該反射單元反射,並沿著該第二光軸通過該目鏡單元;一物體所發出的一第二光束進入該光學裝置後,沿著該第二光軸依序通過該反射單元與該目鏡單元。 In another embodiment, the eyepiece unit and the reflecting unit constitute a second optical axis, and the light source is used to emit a first light beam. The first light beam enters the reflecting unit, is reflected by the reflecting unit, and moves along the The second optical axis passes through the eyepiece unit; after a second light beam emitted by an object enters the optical device, it sequentially passes through the reflecting unit and the eyepiece unit along the second optical axis.
在另一實施例中,該第一透鏡與該第二透鏡之間設置有一反射面,入射該反射單元的該第一光束通過該第二透鏡,被該反射面反射,並沿著該第二光軸依序通過該第二透鏡與該目鏡單元。該第二光束依序通過該第一透鏡、該反射面、該第二透鏡與該目鏡單元。 In another embodiment, a reflective surface is provided between the first lens and the second lens, and the first light beam incident on the reflective unit passes through the second lens, is reflected by the reflective surface, and moves along the second lens. The optical axis passes through the second lens and the eyepiece unit in sequence. The second light beam passes through the first lens, the reflecting surface, the second lens and the eyepiece unit in sequence.
在另一實施例中,該光學裝置更包括一本體、一對物壓環、一對目鏡筒、一內鏡筒、一補償裝置以及一彈性件。該本體具有一前端部以及一後端部。該對物壓環設置於該前端部。該對目鏡筒設置於該後端部,並用以承載該目鏡單元。該內鏡筒設置於該本體內,位於該對物壓環與該對目鏡筒之間,並具有一第一端部以及一第二端部,其中,該反射單元設置於該第一端部,該光源設置於該第二端部,而該第一端部被該對物壓環固定。該補償裝置穿過該本體,抵接於該內鏡筒的該第二端部,並用以相對於該本體調整該內鏡筒。該彈性件設置於該本體內,抵接於該內鏡筒,並用以透過其回復力推抵該內鏡筒,使該內鏡筒與該補償裝置保持接觸。 In another embodiment, the optical device further includes a body, a pair of object pressure rings, a pair of eyepiece barrels, an inner lens barrel, a compensation device, and an elastic member. The body has a front end and a rear end. The pair of pressure rings are arranged at the front end. The pair of eyepiece barrels are arranged at the rear end and used to carry the eyepiece unit. The inner lens barrel is disposed in the body, located between the pair of object pressure rings and the pair of eyepiece barrels, and has a first end and a second end, wherein the reflection unit is disposed at the first end The light source is arranged at the second end, and the first end is fixed by the pair of pressure rings. The compensation device passes through the body, abuts against the second end of the inner lens barrel, and is used for adjusting the inner lens barrel relative to the body. The elastic member is arranged in the body, abuts against the inner lens barrel, and is used for pushing the inner lens barrel through its restoring force to keep the inner lens barrel in contact with the compensation device.
在另一實施例中,該光學裝置更包括一供電單元以及一控制單元,其中,該供電單元設置於該本體上,並連接於該光源,以供給電源,該控制單元設置於該本體上,並連接於該光源,以控制該光源。 In another embodiment, the optical device further includes a power supply unit and a control unit, wherein the power supply unit is disposed on the main body and connected to the light source to supply power, and the control unit is disposed on the main body, And connected to the light source to control the light source.
1‧‧‧第一彎月形透鏡 1‧‧‧The first meniscus lens
3‧‧‧第二彎月形透鏡 3‧‧‧The second meniscus lens
11‧‧‧反射單元 11‧‧‧Reflection unit
13‧‧‧目鏡單元 13‧‧‧Eyepiece unit
15‧‧‧光源 15‧‧‧Light source
17‧‧‧眼睛 17‧‧‧Eyes
19‧‧‧物體 19‧‧‧Object
51‧‧‧本體 51‧‧‧Ontology
53‧‧‧內鏡筒 53‧‧‧Inner tube
54‧‧‧外鏡筒 54‧‧‧Outer tube
55‧‧‧對物壓環 55‧‧‧Pressure ring
57‧‧‧控制單元 57‧‧‧Control Unit
59‧‧‧供電單元 59‧‧‧Power Supply Unit
63‧‧‧對目鏡筒 63‧‧‧Eyepiece tube
65‧‧‧彈性件 65‧‧‧Elastic parts
67‧‧‧補償裝置 67‧‧‧Compensation device
71‧‧‧電池 71‧‧‧Battery
73‧‧‧電路板 73‧‧‧Circuit board
75‧‧‧電池蓋 75‧‧‧Battery cover
81‧‧‧基座 81‧‧‧Base
83‧‧‧按鍵 83‧‧‧Button
85‧‧‧電路板 85‧‧‧Circuit board
100‧‧‧瞄準系統 100‧‧‧Aiming System
111‧‧‧第一透鏡 111‧‧‧First lens
113‧‧‧第二透鏡 113‧‧‧Second lens
115‧‧‧反射面 115‧‧‧Reflecting surface
117‧‧‧記號 117‧‧‧Mark
200‧‧‧光學裝置 200‧‧‧Optical device
A、B‧‧‧光束 A, B‧‧‧Beam
C‧‧‧中心軸 C‧‧‧Central axis
D1‧‧‧第一距離 D1‧‧‧First distance
D2‧‧‧第二距離 D2‧‧‧Second distance
D3‧‧‧第三距離 D3‧‧‧third distance
L‧‧‧第二光軸 L‧‧‧second optical axis
O‧‧‧第一光軸 O‧‧‧First optical axis
T‧‧‧距離 T‧‧‧Distance
θ‧‧‧角度 θ‧‧‧angle
Ø‧‧‧調整範圍 Ø‧‧‧Adjustment range
第1圖係依據本發明光學裝置的瞄準系統的一實施例之示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of an embodiment of the sighting system of the optical device according to the present invention.
第2圖係第1圖中的反射單元之前視圖。 Figure 2 is a front view of the reflecting unit in Figure 1.
第3圖係第1圖中的光源所發出的光束之光學路徑圖。 Fig. 3 is an optical path diagram of the light beam emitted by the light source in Fig. 1.
第4圖係第1圖中的瞄準系統接收物體所發出的光束之光學路徑圖。 Figure 4 is the optical path diagram of the beam emitted by the object received by the sighting system in Figure 1.
第5圖係依據本發明光學裝置的一實施例之示意圖。 Figure 5 is a schematic diagram of an embodiment of the optical device according to the present invention.
請同時參閱第1、5圖,第5圖顯示本發明的光學裝置200其中一實施例,第1圖則顯示該光學裝置200中的瞄準系統100,底下先介紹瞄準系統100,然後再介紹光學裝置200。
Please refer to Figures 1 and 5 at the same time. Figure 5 shows one embodiment of the
如第1圖所示,該瞄準系統100包括一反射單元11、一目鏡單元13以及一光源15,其中,透過該瞄準系統100的目鏡單元13,使用者可同時觀察到一物體19的影像與光源15產生的一光點(未繪示),以藉由該光點瞄準物體19。以下詳細說明該等元件的設置:反射單元11主要由一第一透鏡111以及一第二透鏡113組成。值得注意的是,第一透鏡111為完整的第一彎月形透鏡1(如第1圖中所示的虛線部分)的一部份,而第二透鏡113為完整的第二彎月形透鏡3(如第1圖中所示的虛線部分)的一部份。具體而言,第一彎月形透鏡1上的一
凹面先與第二彎月形透鏡3上的一凸面相互黏貼,以形成一第三彎月形透鏡,且該第三彎月形透鏡隨後經過切割,以形成反射單元11。如此設置的話,反射單元11朝向物端的一面(即第一透鏡111朝向物端的一面)具有正屈光率,而反射單元11朝向像端的另一面(即第二透鏡113朝向像端的一面)則具有負屈光率。第一透鏡111與第二透鏡113之間設置有一反射面115,反射面115係用於選擇性地反射光束(即反射一部份的光束,並讓另一部分的光束通過)。此外,反射單元11的上緣設置有一記號117,並可藉由記號117來定位於瞄準系統100內的一預設位置。
As shown in Figure 1, the
請參閱第2圖,若從第二透鏡113所在的一側觀察反射單元11,可發現反射單元11的形狀為圓形(但本發明並不限於此)。又如第1圖所示,圓形的反射單元11具有通過其圓心的一中心軸C,該第三彎月形透鏡(即黏合後的第一彎月形透鏡1與第二彎月形透鏡3)具有一第一光軸O,且中心軸C相對於第一光軸O傾斜一角度θ,其中該角度θ於本發明之較佳實施例中的範圍為11~15度,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即該角度θ的範圍為10.45~15.75度。值得注意的是,光源15設置於中心軸C與第一光軸O上,位於該第三彎月形透鏡的焦點上,並位於反射單元11與目鏡單元13之間,而反射單元11與目鏡單元13構成一第二光軸L。
Referring to FIG. 2, if the
在與機構元件(未繪示)配合後,反射單元11與目鏡單元13可產生防水與防塵的作用,以作為瞄準系統100的第一道防護。相較於有設置物鏡單元的傳統瞄準器來說,本發明的瞄準系統100以反射單元11取代了傳統的物鏡單元,並得以減少相對應物鏡單元之機構元件。此外,由
於機構元件的減少,本發明的瞄準系統100的體積與成本都有明顯減少。
After being matched with a mechanism element (not shown), the
其中,光源15為雷射二極體(Laser Diode,LD)或發光二極體(Light Emitting Diode,LED),第一彎月形透鏡1為凹凸透鏡,第二彎月形透鏡3為凸凹透鏡,而反射單元11為具有一凹面以及一凸面的透鏡,且該凹面與該凸面為相同曲率。
Among them, the
於此實施例中,第一光軸O位於反射單元11的上緣的下方,且與反射單元11的上緣相隔一距離T,而距離T大致上為5公厘(mm)。於另一實施例中,該第三彎月形透鏡的光軸(未繪示)位於反射單元11的上緣的上方,且與反射單元11的上緣相隔一距離,而該距離大致上為5公厘(mm)。
In this embodiment, the first optical axis O is located below the upper edge of the
請參閱第3圖,操作時,光源15發出一光束A至反射單元11。光束A入射反射單元11後,通過第二透鏡113,被反射面115反射,而沿著第二光軸L依序通過第二透鏡113與目鏡單元13,以被使用者的眼睛17所接收。當使用者透過目鏡單元13觀察時,可觀察到前述光源15產生的該光點。值得注意的是,由於光源15位於該第三彎月形透鏡的第一光軸O與焦點,被反射面115反射而到達使用者的眼睛17的光束A為平行光束。如此設置的話,當使用者的眼睛17沿著垂直於第二光軸L的一方向上下移動而離開第二光軸L時,該光點不易變形失真。換言之,該光點之視差趨近於零。
Please refer to FIG. 3. During operation, the
除了光源15所發出的光束A,使用者在操作瞄準系統100時還會接收到物體19所發出的一光束B。請參閱第4圖,物體19發出的光束B進入瞄準系統100,並依序通過第一透鏡111、反射面115、第二透
鏡113與目鏡單元13,以被使用者的眼睛17所接收。當使用者透過目鏡單元13觀察時,可觀察到物體19的影像。值得注意的是,由於反射單元11的屈光力趨近於零,通過反射單元11與目鏡單元13而到達使用者的眼睛17的光束B為平行光束。如此設置的話,當使用者的眼睛17沿著垂直於第二光軸L的該方向上下移動而離開第二光軸L時,物體19的影像不易變形失真。換言之,物體19的影像之視差趨近於零。
In addition to the light beam A emitted by the
本發明之反射單元11之反射焦距f約為43~53公厘(mm),較佳實施例部分則為46~50公厘,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即反射焦距f的範圍約為43.7~52.5公厘;其中沿著該第一光軸O上該光源15距該反射單元11間的第一距離D1,沿著該第一光軸O上該光源15距該目鏡單元13間的第二距離D2,沿著該第一光軸O上該反射單元11距該目鏡單元13間的第三距離D3,其中,該第三距離D3等於該第一距離D1與該第二距離D2的加總,其中本發明中該第一距離D1最佳為45公厘,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即該第一距離D1的範圍約為42.75~47.25公厘,該第二距離D2最佳為12公厘,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即該第二距離D2的範圍約為11.4~12.6公厘,該第三距離D3最佳為57公厘,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即該第三距離D3的範圍約為54.15~59.85公厘,其中關於該第一距離D1、該第二距離D2、該第三距離D3與該角度θ彼此的比值關係如底下表格所示,其中當本案技術能夠滿足底下任一條件式時,即代表該光源15分別與該反射單元11或該目鏡單元13間處於合適的位置,尤其是當該光源的位置處於合適的位置,可以令該光源15產生之該
光點(未繪示)清晰可見而不會模糊,此外該反射單元11或該目鏡單元13的間距也是表示本發明裝置的小型化及緊湊性,而該角度的大小則是會跟光源距離該反射單元11有關,故本發明若能滿足底下任一條件式都代表著本發明的該光源、該反射單元11或該目鏡單元13處於合適的位置。
The reflection focal length f of the
本發明的瞄準系統100的反射單元11除了可取代傳統瞄準器的物鏡單元以外,還可讓光源15發出的光束A與物體19發出的光束B保持平行,以避免光源15產生的該光點與物體19的影像變形失真。因此,瞄準系統100的成像品質得以提升,且其體積與成本也得以減少。
The reflecting
請參閱第5圖,其表示本發明的光學裝置200,除了前述瞄準系統100外,光學裝置200更包括一外鏡筒54、一內鏡筒53、至少一補償裝置67、一彈性件65、一供電單元59以及一控制單元57,而該外鏡筒54包括一對物壓環55、一本體51以及一對目鏡筒63。
Please refer to Fig. 5, which shows the
具體而言,本體51具有一前端部以及一後端部,對物壓環55設置於該前端部,並可用以固定內鏡筒53,而對目鏡筒63螺合於該後端部,並用以承載目鏡單元13。內鏡筒53設置於本體51內,位於對物壓環55與目鏡單元13(或對目鏡筒63)之間,並用以承載反射單元11與光源15。值得注意的是,反射單元11設置於內鏡筒53的一第一端部,光源15
設置於內鏡筒53的一第二端部,該第一端部相對於該第二端部,且被對物壓環55固定於本體51內。補償裝置67穿過本體51,抵接於內鏡筒53的該第二端部,並用以相對於本體51調整內鏡筒53,其中該補償裝置相對於該內鏡筒53的調整範圍Ø約為1度,依通常知識者而言可以理解的公差範圍約為±5%,即該調整範圍Ø約為0.95~1.05度。彈性件65設置於本體51內,抵接於內鏡筒53,並用以透過其回復力推抵內鏡筒53,使內鏡筒53與補償裝置67保持接觸。供電單元59設置於本體51上,並連接於光源15,以供給電源。控制單元57設置於本體51上,並連接於光源15,以控制光源15(例如打開、關閉或改變亮度)。
Specifically, the
其中,供電單元59包括一電池蓋75、一電池71、一電路板73以及一基座81,基座81設置於本體51上,電池71與電路板73設置於基座81,而電池蓋75則用以覆蓋電池71、電路板73與基座81。控制單元57包括一電路板85以及兩個按鍵83,電路板85連接於光源15,而該等按鍵83連接於電路板85,使得使用者可藉由操作該等按鍵83來控制光源15。補償裝置67可為一高度補償裝置或一風偏補償裝置,高度補償裝置通常設置於本體51的上方,而風偏補償裝置通常設置於該本體51的左方或右方。其餘元件的設置與操作與前述實施例類似,故不在此贅述。
The
1‧‧‧凹凸透鏡 1.‧‧Convex lens
3‧‧‧凸凹透鏡 3‧‧‧Convex-concave lens
11‧‧‧反射單元 11‧‧‧Reflection unit
13‧‧‧目鏡單元 13‧‧‧Eyepiece unit
15‧‧‧光源 15‧‧‧Light source
17‧‧‧眼睛 17‧‧‧Eyes
19‧‧‧物體 19‧‧‧Object
100‧‧‧瞄準系統 100‧‧‧Aiming System
111‧‧‧第一透鏡 111‧‧‧First lens
113‧‧‧第二透鏡 113‧‧‧Second lens
115‧‧‧反射面 115‧‧‧Reflecting surface
117‧‧‧記號 117‧‧‧Mark
C‧‧‧中心軸 C‧‧‧Central axis
D1‧‧‧第一距離 D1‧‧‧First distance
D2‧‧‧第二距離 D2‧‧‧Second distance
D3‧‧‧第三距離 D3‧‧‧third distance
L‧‧‧第二光軸 L‧‧‧second optical axis
O‧‧‧第一光軸 O‧‧‧First optical axis
T‧‧‧距離 T‧‧‧Distance
Ø‧‧‧調整範圍 Ø‧‧‧Adjustment range
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2019
- 2019-04-18 TW TW108113589A patent/TWI699572B/en active
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