CN117092804A - 一种激光测距望远镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光测距望远镜系统，包括望远镜模块、激光测距模块和投影模块；望远镜模块包括沿光轴从物面到出瞳依次排列的第一物镜、半五角棱镜、屋脊棱镜和目镜；激光测距模块包括激光发射器、反射组件和激光接收器，反射组件位于半五角棱镜和屋脊棱镜之间，激光发射器用于发射激光束，激光接收器用于接收经目标物体反射回来的激光束；投影模块的投影器出射的信息光在投影器的成像面形成投影图像。该系统将望远功能、激光发射(或激光接收)功能、信息投影功能融合为一体，具有较大通光量，同时可以避免物镜成像的颜色失真和色变的现象。

Description

一种激光测距望远镜系统

技术领域

本发明实施例涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光测距望远镜系统。

背景技术

目前，激光测距望远镜系统中，别汉屋脊棱镜组是望远镜中常用的倒像组件，主要是在半五角棱镜上面拼接一个多边形棱镜来实现光路转换，其半五角棱镜和屋脊棱镜之间还需采用其它材料的隔片来进行拼接，实现望远镜功能和测距功能，采用这样的方式存在多种问题：

1、如通光量低、抗震性能差，在冲击震动时，两个半五角棱镜和屋脊棱镜之间容易发生错位。

2、望远镜成像光路和投影成像光路存在重叠，需要在重叠光路上的半五角棱镜镀有投影光源波段的高透膜，示例性的，采用620nm波段光源，这样会使得原望远系统中的这个波段的光波(620nm)出现色弱，即望远系统成像的光波中620nm的光波能量会变弱，物镜成像的颜色会出现失真，即物镜成像出现色变。

发明内容

本发明提供了一种激光测距望远镜系统，是一种将激光发射(或激光接收)、信息(或图片)投影与望远系统融合的光学系统。

第一方面，本申请提供了一种激光测距望远镜系统，包括望远镜模块、激光测距模块和投影模块；

所述望远镜模块包括沿光轴从物面到出瞳依次排列的第一物镜、半五角棱镜、屋脊棱镜和目镜；

所述激光测距模块包括激光发射器、反射组件和激光接收器，所述反射组件位于所述半五角棱镜和所述屋脊棱镜之间，所述反射组件包括第一反射面；所述激光发射器用于发射激光束，所述第一反射面用于将所述激光束反射至目标物体或者将目标物体反射回来的所述激光束反射至所述激光接收器，所述激光接收器用于接收经所述目标物体反射回来的所述激光束；

所述投影模块包括投影器，所述反射组件还包括第二反射面；所述投影器用于出射信息光，所述信息光在所述投影器的成像面形成投影图像；所述第二反射面用于反射所述信息光，使其垂直进入所述屋脊棱镜。

可选的，所述反射组件包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；

所述第一楔形棱镜的斜面为所述第一反射面，且镀有高反膜，所述第一楔形棱镜的入射面和顶面镀有高透膜；所述第二楔形棱镜的斜面为所述第二反射面，且镀有高反膜，所述第二楔形棱镜的顶面和底面镀有高透膜。

可选的，所述屋脊棱镜的底面和所述半五角棱镜的斜面平行。

可选的，所述第一楔形棱镜的楔角和所述第二楔形棱镜的楔角相同。

可选的，所述半五角棱镜、所述第一楔形棱镜、所述第二楔形棱镜和所述屋脊棱镜胶合设置。

可选的，所述投影器的成像面、所述第一物镜靠近所述目镜的后焦面和所述目镜靠近所述第一物镜的前焦面共面。

可选的，所述激光测距模块还包括第一透镜组、第二透镜组和第二物镜，所述第一透镜组位于所述激光发射器发射的激光束的路径上，用于准直聚焦所述激光束；

所述第二物镜和所述第二透镜组位于所述激光接收器的探测面的前端。

可选的，所述投影模块还包括第三透镜组和至少一个反射镜，所述第三透镜组位于所述投影器的出光口，所述反射镜位于所述信息光的传播路径上。

可选的，所述激光测距望远镜系统还包括光电处理模块，所述光电处理模块分别与所述激光发射器、所述激光接收器和所述投影器连接。

综上，本申请提供的激光测距望远镜系统，将望远功能、激光发射(或激光接收)功能、信息投影功能融合为一体的，该系统包括三条独立的光路结构，互不干涉，相互独立，可以投影任一颜色的光线，无重叠光路，具有较大通光量，同时可以避免物镜成像的颜色失真和色变的现象

附图说明

图1是本申请提供的一种激光测距望远镜系统的结构示意图；

图2是本申请提供的一种半五角棱镜的结构示意图；

图3是本申请提供的一种屋脊棱镜的结构示意图；

图4是图1中提供的激光测距望远镜系统的望远镜光路示意图；

图5是图1中提供的激光测距望远镜系统的测距光路示意图；

图6是图1中提供的激光测距望远镜系统的投影光路示意图；

图7是本申请提供的又一种激光测距望远镜系统的结构示意图；

其中，附图说明为：

1、望远镜光路；11、第一物镜；12、半五角棱镜；13、屋脊棱镜；14、目镜；

2、测距光路；21、激光发射器；22、反射组件；23、激光接收器；24、第一透镜组；25、第二透镜组；26、第二物镜；M₁、第一反射面；M₂、第二反射面；221、第一楔形棱镜；222、第二楔形棱镜；

3、投影光路；31、投影器；32、第三透镜组；33、反射镜；

4、光电处理光路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明鉴于现有技术中所存在的上述问题中的一个或多个而提出的一种激光测距望远镜系统。图1是本申请提供的一种激光测距望远镜系统的结构示意图；图2是本申请提供的一种半五角棱镜的结构示意图；图3是本申请提供的一种屋脊棱镜的结构示意图；图4是图1中提供的激光测距望远镜系统的望远镜光路示意图；图5是图1中提供的激光测距望远镜系统的测距光路示意图；图6是图1中提供的激光测距望远镜系统的投影光路示意图。结合图1-图6所示，本申请提供的激光测距望远镜系统包括望远镜光路1、测距光路2和投影光路3；望远镜光路1包括沿光轴从物面到出瞳依次排列的第一物镜11、半五角棱镜12、屋脊棱镜13和目镜14；测距光路2包括激光发射器21、反射组件22和激光接收器23，反射组件22位于半五角棱镜12和屋脊棱镜13之间，反射组件22包括第一反射面M₁；结合图5所示，激光发射器21用于发射激光束S₂，第一反射面M₁用于将激光束S₂反射目标物体或者将目标物体反射回来的激光束S₂反射至激光接收器23，激光接收器23用于接收经目标物体反射回来的激光束S₂；结合图6所示，投影光路3包括投影器31，反射组件22还包括第二反射面M₂，投影器31用于出射信息光S₃，第二反射面M₂用于反射信息光S₃，使其垂直进入屋脊棱镜13，信息光S₃在投影器31的成像面F₂形成投影图像。

具体的，如图1所示，本申请提供的激光测距望远镜系统由望远镜光路1、测距光路2和投影光路3组成，这三个光路相互独立，互不干涉。在望远镜光路1中，第一物镜11、半五角棱镜12、屋脊棱镜13和目镜14沿光轴L从物面到出瞳依次排列。其中，屋脊棱镜13为施密特屋脊棱镜。结合图2-图4所示，从目标物体侧出射的光线S₁透过第一物镜11，进入半五角棱镜12，在半五角棱镜12内连续反射2次后进入实现屋脊棱镜13，在屋脊棱镜13内连续反射多次后沿光轴L在第一物镜11的后焦面F₁成像，观察者在目镜14的后焦面F₄上观察到望远成像，实现望远镜光路1对远处的目标物体成像。需要说明的是，光线S₁可以是目标物体本身出射的光线，可以是目标物体反射的光线。

结合图1和图5所示，在测距光路2中，激光发射器21发射用于测距检测的激光束S₂，激光接收器23接收经目标物体表面反射回来的激光束S₂，作为一个示例，采用905nm波段的激光发射器，采用905nm波段的激光探测器。在半五角棱镜12和屋脊棱镜13之间设置反射组件22，反射组件22的第一反射面M₁朝向激光发射器21的出光口。激光发射器21发射的检测激光束S₂在第一反射面M₁的表面发生一次反射后，依次透过半五角棱镜12和第一物镜11到达目标物体，激光束S₂经目标物体反射后被激光接收器23接收，激光接收器23获得携带目标物体表面信息的激光束信号，并对该信息处理后，测距光路2精确获取目标物体的距离，角度，速度等等参数信息。需要说明的是，图1中的激光发射器21和激光接收器23的位置可以互换，本申请实施例仅以图1为例进行示例说明；在其他实施例中，当激光发射器21和激光接收器23的位置互换，第一反射面M₁用于将目标物体表面反射回来的激光束S₂反射进入激光接收器23。

需要说明的是，望远镜光路1和测距光路2相互独立，无重叠光路，激光发射器21可以采用任一种测距波段的光源，具有较大的通光量，相比于现有技术，本身申请实施例提供的方案无需在半五角棱镜镀有测距光源波段的高透膜，从而可以有效避免望远光路中测距光源波段出现色弱、物镜成像的颜色失真，物镜成像出现色变的现象，提高望远成像的视觉效果。

结合图1和图6所示，在投影光路3中，反射组件22的第二反射面M₂朝向投影器31的出光口，投影器31可以是OLED(Organic Light Emitting Diode，OLED)显示屏，投影器31出射的信息光S₃经第二反射面M₂反射后依次透过屋脊棱镜13和目镜14，投影器31可以将探测到的参数信息投影到成像面F₂上，观察者在看到景物的同时能看到激光测距的信息。投影器31采用投影屏，在其焦平面不会有落灰等现象，具有成像面清晰明亮的优势。

综上，本申请提供的激光测距望远镜系统，将望远功能、激光发射(或激光接收)功能、信息投影功能融合为一体，该系统包括三条独立的光路结构，互不干涉，相互独立，可以投影任一种颜色的光线，无重叠光路，具有较大通光量，同时可以避免物镜成像的颜色失真和色变的现象，具有成像面清晰明亮的优势。

图7是本申请提供的又一种激光测距望远镜系统的结构示意图。结合图1-结合图7所示，反射组件22包括第一楔形棱镜221和第二楔形棱镜222；第一楔形棱镜221的斜面为第一反射面M₁，且镀有高反膜，第一楔形棱镜221的入射面和顶面镀有高透膜；第二楔形棱镜222的斜面为第二反射面M₂，且镀有高反膜，第二楔形棱镜222的顶面和底面镀有高透膜。

具体的，结合图1-图7所示，第一楔形棱镜221的底面和半五角棱镜12的斜面接触，第一楔形棱镜221的顶面和屋脊棱镜13的底面接触，第一楔形棱镜221的斜面和第二楔形棱镜222的斜面贴合；第二楔形棱镜222的顶面和半五角棱镜12的斜面接触，第二楔形棱镜222的底面和屋脊棱镜13的底面接触。第一楔形棱镜221的斜面为第一反射面M₁。作为一个示例，根据激光发射器21的出光波长，在楔形棱镜1的斜面镀激光波段的反射膜，如905nm反射膜，第一楔形棱镜221的入射面和顶面镀有905nm波段的高透膜，可以提高激光发射器21出射的激光束S₁的透光量；第二楔形棱镜222的斜面为第二反射面M₂，作为一个示例，根据投影器31的出光波长，第二楔形棱镜222的斜面镀OLED分光波段的反射膜，如620nm反射膜，第二楔形棱镜222的顶面和底面镀可见光波段的高透膜，以便望远功能时，可见光光透过第二楔形棱镜222进入屋脊棱镜13。

在其他实施例中，反射组件22可以是贴合设置的两个反射镜，反射镜包括第一反射面M₁和第二反射面M₂，第一反射面M₁和第二反射面M₂满足如图5和图6所示的光路，申请实施例不再示出。

在上述实施例的基础上，继续结合图1-图7所示，屋脊棱镜13的底面和半五角棱镜12的斜面平行。具体的，第一楔形棱镜221的底面和第二楔形棱镜222的顶面与半五角棱镜12的斜面接触且位于同一平面内，第一楔形棱镜221的顶面、第二楔形棱镜222的底面和屋脊棱镜13的底面接触且位于同一平面内，通过此设置，有利于降低棱镜加工难度和组装工艺。

在上述实施例的基础上，继续结合图1所示，第一楔形棱镜221的楔角和第二楔形棱镜222的楔角相同。其中，第一楔形棱镜221的楔角指的是第一楔形棱镜221的斜面与底面的夹角，第二楔形棱镜222的楔角指的是第一楔形棱镜221的斜面与底面的夹角，第一楔形棱镜221和第二楔形棱镜222采用相同的楔形棱镜，第一楔形棱镜221和第二楔形棱镜222可以是完全相同的光学元件，从而降低棱镜加工难度和组装工艺。

在上述实施例的基础上，继续结合图1-图7所示，设置半五角棱镜12的折射率和第二楔形棱镜222的折射率相同；第一楔形棱镜221的折射率和屋脊棱镜13的折射率相同。

具体的，在同一光路中，相邻两个棱镜采用相同的折射率。作为一个示例，参照图1和图4所示，在望远镜光路1中，光线S₁由半五角棱镜12进入第二楔形棱镜222，半五角棱镜12和第二楔形棱镜222采用相同的折射率，可以避免光线S₁光路偏折后损失，从而提高S₁进入目镜14的通光量；参照图5所示，在测距光路2中，激光束S₂由第一楔形棱镜221进入半五角棱镜12，第一楔形棱镜221和半五角棱镜12采用相同的折射率，可以避免激光束S₂偏折后损失，提高激光束S₂的通光量，提高激光束S₂信号的强度；参照图6所示，在投影光路3中，第二楔形棱镜222和屋脊棱镜13采用相同的折射率，可以提高信息光S₃信号进入观察者视线的强度。

在上述实施例的基础上，继续结合图1所示，半五角棱镜12、第一楔形棱镜221、第二楔形棱镜222和屋脊棱镜13胶合设置。通过胶合设置，整个棱镜采用光学工艺胶合在一起，可以避免在冲击震动时，半五角棱镜12和屋脊棱镜13之间发生错位，有利于提高半五角棱镜12、第一楔形棱镜221、第二楔形棱镜222和屋脊棱镜13结构稳定，提高系统的抗震性能。

在上述实施例的基础上，继续结合图1-图7所示，第一物镜11靠近目镜14的后焦面F₁、投影器31的成像面F₂、和目镜14靠近第一物镜11的前焦面F₃共面。具体的，投影器31可以将探测到的参数信息投影到第一物镜11的后焦面F₁上，有利于与目标物体的成像重合，观察者在看到景物的同时能看到激光测距的信息，提高望远成像和投影成像的清晰度。

在上述实施例的基础上，继续结合图7所示，测距光路2还包括第一透镜组24、第二透镜组25和第二物镜26，第一透镜组24位于激光发射器21发射的激光束S₂的路径上，用于准直聚焦激光束S₂；第二物镜26和第二透镜组25位于激光接收器23的探测面的前端。

具体的，在测距光路2中，还可以设置多个调整光路的透镜组件，如在激光发射器21发射的激光束S₂的路径上设置第一透镜组24，对激光束S₂准直聚焦，在激光接收器23的探测面的前端依次设置第二透镜组25和第二物镜26，第二透镜组25将激光束S₂汇聚至激光接收器23的探测面，以提高激光束S₂信号的强度。

在上述实施例的基础上，继续结合图7所示，投影光路3还包括第三透镜组32和至少一个反射镜33，第三透镜组32位于投影器31的出光口，反射镜33位于信息光的传播路径上。

具体的，在投影器31出射的信息光S₃的光路上设置第三透镜组32和至少一个反射镜33，第三透镜组32对信息光S₃准直聚焦，第三透镜组32用于转折光路，以便于合理安装投影器31的位置，压缩激光测距望远镜系统的体积。

在上述实施例的基础上，继续结合图7所示，激光测距望远镜系统还包括光电处理光路4，光电处理光路4分别与激光发射器21、激光接收器23和投影器31连接。

具体的，光电处理光路4可以是微处理器，如中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Rray，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。光电处理光路4控制激光发射器21发射激光束S₂，接收激光接收器23探测到的激光束S₂信号，经过信息处理后，将获取的目标物体的距离，角度，速度等等参数信息在投影器31中显示，实现望远、激光发射(或激光接收)和信息投影，观察者在目镜14的焦面上，同时看到景物和激光测距的信息。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种激光测距望远镜系统，其特征在于，包括望远镜模块、激光测距模块和投影模块；

所述望远镜模块包括沿光轴从物面到出瞳依次排列的第一物镜、半五角棱镜、屋脊棱镜和目镜；

所述激光测距模块包括激光发射器、反射组件和激光接收器，所述反射组件位于所述半五角棱镜和所述屋脊棱镜之间，所述反射组件包括第一反射面；所述激光发射器用于发射激光束，所述第一反射面用于将所述激光束反射至目标物体或者将目标物体反射回来的所述激光束反射至所述激光接收器，所述激光接收器用于接收经所述目标物体反射回来的所述激光束；

所述投影模块包括投影器，所述反射组件还包括第二反射面；所述投影器用于出射信息光，所述信息光在所述投影器的成像面形成投影图像；所述第二反射面用于反射所述信息光，使其垂直进入所述屋脊棱镜。

2.根据权利要求1所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述反射组件包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；

所述第一楔形棱镜的斜面为所述第一反射面，且镀有高反膜，所述第一楔形棱镜的入射面和顶面镀有高透膜；所述第二楔形棱镜的斜面为所述第二反射面，且镀有高反膜，所述第二楔形棱镜的顶面和底面镀有高透膜。

3.根据权利要求2所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述屋脊棱镜的底面和所述半五角棱镜的斜面平行。

4.根据权利要求2所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述第一楔形棱镜的楔角和所述第二楔形棱镜的楔角相同。

5.根据权利要求2所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述半五角棱镜、所述第一楔形棱镜、所述第二楔形棱镜和所述屋脊棱镜胶合设置。

6.根据权利要求1所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述投影器的成像面、所述第一物镜的后焦面和所述目镜靠近所述第一物镜的前焦面共面。

7.根据权利要求1所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述激光测距模块还包括第一透镜组、第二透镜组和第二物镜，所述第一透镜组位于所述激光发射器发射的激光束的路径上，用于准直聚焦所述激光束；

所述第二物镜和所述第二透镜组位于所述激光接收器的探测面的前端。

8.根据权利要求1所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述投影模块还包括第三透镜组和至少一个反射镜，所述第三透镜组位于所述投影器的出光口，所述反射镜位于所述信息光的传播路径上。

9.根据权利要求1所述的激光测距望远镜系统，其特征在于，所述激光测距望远镜系统还包括光电处理模块，所述光电处理模块分别与所述激光发射器、所述激光接收器和所述投影器连接。