具有集成显示系统的观察光学镜技术方案

本公开内容涉及一种观察光学镜。在一个实施例中，本公开涉及具有集成显示系统的观察光学镜。在一个实施例中，本公开涉及一种具有用于生成图像的集成显示系统的观察光学镜，所述图像被投影到光学系统的第一焦平面。

Observation optics with integrated display system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成显示系统的观察光学镜相关申请的交叉引用本申请是非临时申请，并要求2017年2月6日提交的美国临时专利申请No.62/455,274、2017年3月2日提交的美国临时专利申请No.62/466,150、2017年4月13日提交的美国临时专利申请No.62/485,129和2018年1月12日提交的美国临时专利申请No.62/616,799的优先权，所有这些申请均通过引用整体并入本文。
本公开涉及具有集成显示系统的观察光学镜。在一个实施例中，观察光学镜具有有源显示系统，所述有源显示系统生成图像并将图像投影到光学系统的第一焦平面。在又一个实施例中，观察光学镜具有主体和联接到主体的基座。
技术介绍
瞄准镜已经使用了一个多世纪，虽然这些装置的质量和特征多年来得到了极大的改善，但是在它们的设计、制造和使用中使用的核心部件(以及这些部件的局限性)在今天仍然与100年前非常相似。瞄准镜在焦平面上创建远离射击者的场景的放大的或未放大的图像，其与标定特征或分划板重合。分划板由在玻璃表面上沉积为图案的线或材料组成，并且它用作标定参考，其对应于其所附接的步枪的轨迹。分划板还可以具有为帮助射击者进行距离判断和补偿不同距离的子弹偏差而包括的特定特征。调整钮还用于相对于目标调节分划板位置，以补偿子弹偏差。这是一个非常发达和可靠的系统，可以在经验丰富和熟练的射击者手中使用，以进行具有挑战性的远程射击。借助激光测距仪(LRF)和弹道计算机以及对细节的细致关注，经验丰富的射击者可以通过对枪械进行必要的机械调节和/或在分划板图案上执行正确的保持来常规地击中在他们的枪械的最大有效射程处的目标。虽然这个系统运行良好，但总是希望改进系统。特别是，希望降低在击中远程目标时所涉及的复杂性。为了有效地击中远程目标，需要基于逐个射击的大量信息，并且射击者必须能够处理这些信息并实时做出正确的判断和计算。除了瞄准镜外，射击者还需要其它工具来确保准确的射击位置。例如，需要在瞄准镜外部安装气泡水平仪，以确保在执行射击之前光学镜是水平的。这需要射击者将他的头部从光学镜的光瞳移开以检查他或她的水平仪。还需要激光测距仪和弹道计算机来测量目标距离并计算子弹轨迹。这再次要求射击者去注意外部装置，然后在进行必要的调节时记住数据。如果使用安装了武器的激光测距仪，则射击者需要特别注意以确保光学镜的标定点与LRF的标定点完全对应。此外，对于瞄准镜的使用而言并非不重要的是它们仅在白天有用。一旦夜晚开始降临，必须将热和/或夜视装置在瞄准镜前方附接到武器上。这些装置捕获由于其波长或强度低而对人眼不可见的其它形式的辐射。然后，这些装置重新创建场景的图像或加强它并将场景重新成像到瞄准镜的物镜。这些装置对于低光条件有效且必要，但也很重且很大。在热成像装置的特定情况下，热场景通过红外光学镜成像到特殊的热传感器上。然后在微显示器上重新创建图像，并且微显示器又利用可见光学系统重新成像到瞄准镜的物镜中。实现此所需的两个独立的光学系统导致相当大的、重的且昂贵的装置。随着技术的进步，需要一定程度的系统集成，以减少对射击者的重的处理要求。当需要参考多个装置并且必须进行计算和调节时，还需要这种集成来减少传统上相当长的“打击时间”。最后，通过更集成的解决方案，可以减少在低光照条件下有效使用瞄准镜所需的附加装置的尺寸和重量。以前的装置曾试图以不同的方式解决其中一些问题，并取得了不同程度的成功。然而，之前的所有尝试都已经在光学镜的第二焦平面中实现了它们的解决方案。这是非常不利的，因为瞄准镜中的第二焦平面仅在单个放大倍数设定下与场景的图像很好地相关联。标定点的位置同样仅在调整钮调节中的一个位置处是准确的。由于这个严重的限制，需要额外的电子器件来跟踪系统其余部分中的变量并相应地调节标定点。其它系统通过以通用的粗间距间隔的照射特征而不是选择具有准无限范围的点的照射特征来提供近似标定点解决方案。较弱的系统仅能够显示基本信息，例如到目标的距离或当前的天气条件。因此，仍然需要一种能够将信息投影到光学系统的第一焦平面中的观察光学镜。本文公开的设备、系统和方法以创新的方式解决了所有这些缺点。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种观察光学镜，其包括主管、联接到主管的第一端的物镜系统和联接到主管的第二端的接目镜系统。主管、物镜系统和接目镜系统协同配置为限定至少一个焦平面。观察光学镜还包括位于物镜系统和第一焦平面之间的光束组合器。观察光学镜还包括集成显示系统，所述集成显示系统包括有源显示器，其中有源显示器生成数字图像并将数字图像投影到光束组合器，因此数字图像和来自物镜系统的目标图像可以在第一焦平面处组合。在一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，所述观察光学镜具有：第一光学系统，其包括：将来自目标的图像聚焦到第一焦平面(下文称为“FFP目标图像”)的物镜系统、然后是反转FFP目标图像并将其聚焦到第二焦平面(以下称为“SFP目标图像”)的正像透镜系统、放置在物镜系统和FFP目标图像之间的光束组合器、准直SFP目标图像从而使得其可以被人眼观察的接目镜系统；和第二光学系统。在一个实施例中，第二光学系统具有用于生成图像的有源显示器、以及收集来自有源显示器的光的透镜系统。来自数字显示器的图像被引导到光束组合器，使得数字图像和来自物镜系统的目标图像可以在第一焦平面处组合并被同时观察。在一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，其具有：主体，所述主体具有用于观察外部场景的光学系统；和基座，其联接到主体，所述基座具有集成显示系统，所述集成显示系统用于生成图像并引导生成的图像，用于在主体的第一焦平面中同时重叠观察生成的图像和外部场景的图像。在一个实施例中，基座可与主体分离。在一个实施例中，基座联接到主体的底部。在又一个实施例中，基座具有包含集成显示系统的腔。在另一个实施例中，腔还可以具有用于一个以上电源的隔室。在一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，其具有：本体，其具有用于观察外部场景的图像的直视光学镜；以及基座，其具有集成显示系统，其中，集成显示系统通过有源显示器生成图像，并引导图像，用于同时重叠观察生成的图像和外部场景的图像。在一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，其具有：本体，所述本体具有主光学系统，所述主光学系统包括将来自目标的图像聚焦到第一焦平面(下文称为“FFP目标图像”)的物镜系统、放置在物镜系统和FFP目标图像之间的光束组合器、然后是反转FFP目标图像并将其聚焦到第二焦平面(以下称为“SFP目标图像”)的正像透镜系统、最后是准直SFP目标图像从而使得其可以被人眼观察的目镜系统；和基座，其联接到本体的底部，所述基座具有腔，所述腔具有集成显示系统，所述集成显示系统用于生成图像并引导生成的图像，以在本体的第一焦平面中同时重叠观察生成的图像和外部场景的图像。在另一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，其具有：本体，其具有用于观察外部场景的光学系统；和基座，其具有用于生成图像的有源显示器，其中，生成的图像在光学系统的第一焦平面中被组合到外部场景的图像中。在另一个实施例中，本公开涉及一种观察光学镜，其具有：主体，所述主体具有用于观察外部场景的光学系统；和基座，其联接到主体的底部，所述基座具有腔，所述腔具有用于生成图像的有源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种观察光学镜，包括：本体，其在一端具有物镜系统，所述物镜系统聚焦来自外部场景的目标图像，在所述本体的另一端的接目镜系统以及可移动正像管，所述可移动正像管具有位于物镜系统和接目镜系统之间的正像透镜系统，所述正像透镜系统、物镜系统和接目镜系统形成具有第一焦平面和第二焦平面的第一光学系统，在第一焦平面处具有与所述可移动正像管一起移动的第一分划板；光束组合器，其位于第一焦平面和物镜组件之间；和第二光学系统，其具有：用于生成图像的有源显示器、从有源显示器收集光的透镜系统以及反射材料，所述反射材料将生成的图像从有源显示器引导到光束组合器，在所述光束组合器处，来自有源显示器的图像和来自物镜系统的目标图像被组合到第一焦平面并被同时观察。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.06 US 62/455,274;2017.03.02 US 62/466,150;1.一种观察光学镜，包括：本体，其在一端具有物镜系统，所述物镜系统聚焦来自外部场景的目标图像，在所述本体的另一端的接目镜系统以及可移动正像管，所述可移动正像管具有位于物镜系统和接目镜系统之间的正像透镜系统，所述正像透镜系统、物镜系统和接目镜系统形成具有第一焦平面和第二焦平面的第一光学系统，在第一焦平面处具有与所述可移动正像管一起移动的第一分划板；光束组合器，其位于第一焦平面和物镜组件之间；和第二光学系统，其具有：用于生成图像的有源显示器、从有源显示器收集光的透镜系统以及反射材料，所述反射材料将生成的图像从有源显示器引导到光束组合器，在所述光束组合器处，来自有源显示器的图像和来自物镜系统的目标图像被组合到第一焦平面并被同时观察。2.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，来自所述有源显示器的生成的图像不依赖于所述正像管的移动。3.根据权利要求2所述的观察光学镜，其中，生成的图像是数字分划板。4.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，所述光束组合器位于距所述物镜组件5至25mm处。5.根据权利要求1所述的观察光学镜，还包括位于所述光束组合器和所述物镜组件之间的聚焦单元。6.根据权利要求5所述的观察光学镜，还包括将所述聚焦单元连接到视差调节旋钮的杆。7.根据权利要求6所述的观察光学镜，其中，所述杆的长度为25至33mm。8.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，透镜系统是五透镜系统。9.根据权利要求8所述的观察光学镜，其中，所述透镜系统包括具有两个透镜的内透镜单元和具有三个透镜的外透镜单元。10.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，所述有源显示器选自由以下内容构成的组：透射有源矩阵LCD显示器(AMLCD)，有机发光二极管(OLED)显示器，发光二极管(LED)显示器，fe-ink显示器，等离子显示器，分段显示器，电致发光显示器，表面传导电子发射器显示器和量子点显示器。11.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，由所述有源显示器生成的图像选自由以下内容构成的组：文本，字母-数字，图形，符号，视频影像，图标，有源目标分划板，距离测量结果，风信息，GPS和罗盘信息，枪械倾斜信息，目标发现、辨认和识别(ID)信息，外部传感器信息，温度，压力，湿度，实时弹道解决方案，以及通过飞行中曳光弹检测和跟踪的下一轮弹道修正。12.根据权利要求1所述的观察光学镜，其中，所述反射材料是反射镜。13.根据权利要求12所述的观察光学镜，其中，所述反射镜相对于所述有源显示器发射的光成约40°至约50°的角度。14.根据权利要求1所述的观察光学镜，还包括联接到所述有源显示器的控制器，所述控制器被配置为选择性地为一个以上显示元件供电以生成数字图像。15.根据权利要求1所述的观察光学镜，还包括联接到所述本体的顶部的激光测距仪。16.一种观察光学镜，包括：(a)主管；(b)物镜系统，其联接到主管的第一端，并聚焦来自外部场景的目标图像；(c)接目镜系统，其联接到主管的第二端，主管、物镜系统和接目镜系统配置为限定至少第一焦平面，在第一焦平面处具有相对于调整钮调节而移动的第一分划板；(d)光束组合器，其位于物镜组件与第一焦平面之间；以及(e)有源显示器，其用于生成图像并将图像引导到光束组合器，其中生成的图像和目标图像被组合到第一焦平面。17.根据权利要求16所述的观察光学镜，还包括用于将图像引导到光束组合器的反射材料。18.根据权利要求16所述的观察光学镜，还包括用于收集来自所述有源显示器的光的透镜系统。19.根据权利要求16所述的观察光学镜，其中，所述光束组合器位于距所述物镜组件5至25mm处。20.根据权利要求16所述的观察光学镜，其中，来自所述有源显示器的生成的图像不受调整钮调节的影响。21.一种观察光学镜，包括：(i)主体，其具有光束组合器和用于沿着外部场景的观察光轴生成图像的光学系统；以及(ii)基座，其联接到主体并具有用于生成图像的有源显示器和反射材料，所述反射材料用于将生成的图像引导到光束组合器，以在光学系统的第一焦平面中同时重叠观察生成的图像和外部场景的图像。22.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，所述光束组合器位于所述主体的物镜组件与第一焦平面之间，主体的物镜组件和第一焦平面沿所述观察光轴定位并间隔开。23.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，所述光束组合器大致位于所述观察光学镜的仰角旋钮下方。24.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，与所述观察光学镜的接目镜组件相比，所述光束组合器更靠近物镜组件。25.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，所述反射材料是成角度的反射镜。26.根据权利要求25所述的观察光学镜，其中，所述反射镜相对于所述显示器发射的光成约40°至约50°的角度。27.根据权利要求25所述的观察光学镜，其中，所述反射镜相对于所述显示器发射的光成约45°的角度。28.根据权利要求21所述的观察光学镜，还包括用于收集来自所述有源显示器的光的透镜系统，所述透镜系统具有内透镜单元和外透镜单元。29.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，所述基座的一端附接在所述主体的放大调节环附近，并且所述基座的另一端附接在所述主体的物镜组件附近。30.根据权利要求21所述的观察光学镜，其中，所述基座是所述主体的长度的40％至65％。31.一种观察光学镜，包括：主体，具有：(i)第一光学系统，其具有将来自外部场景的目标图像聚焦到第一焦平面的物镜系统、反转目标图像的正像透镜系统、第二焦平面；以及(ii)光束组合器，其放置在物镜系统和第一焦平面之间；和基座，其联接到所述主体，并具有第二光学系统，所述第二光学系统具有：(i)生成图像的有源显示器和收集来自有源显示器的光的透镜系统；以及(ii)反射镜，其将生成的图像从所述有源显示器引导到光束组合器，在所述光束组合器处，来自有源显示器的图像和来自物镜系统的目标图像被组合到第一焦平面并被同时观察。32.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，所述基座的一端附接在所述主体的放大调节环附近，并且所述基座的另一端附接在所述主体的物镜组件附近。33.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，所述基座是所述主体的长度的40％至65％。34.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，所述透镜系统是五透镜系统。35.根据权利要求34所述的观察光学镜，其中，所述五透镜系统的第一透镜位于所述有源显示器的2mm内。36.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，所述有源显示器选自由以下内容构成的组：透射有源矩阵LCD显示器(AMLCD)，有机发光二极管(OLED)显示器，发光二极管(LED)显示器，fe-ink显示器，等离子显示器，分段显示器，电致发光显示器，表面传导电子发射器显示器和量子点显示器。37.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，由所述有源显示器生成的图像选自由以下内容构成的组：文本，字母-数字，图形，符号，视频影像，图标，有源目标分划板，距离测量结果，风信息，GPS和罗盘信息，枪械倾斜信息，目标发现、辨认和识别(ID)信息，外部传感器信息，温度，压力，湿度，实时弹道解决方案，以及通过飞行中曳光弹检测和跟踪的下一轮弹道修正。38.根据权利要求31所述的观察光学镜，其中，所述光束组合器位于距所述物镜组件5至25mm处。39.一种观察光学镜，包括：主体，其具有用于观察外部场景的光学系统；以及基座，所述基座联接到所述主体的底部，所述基座具有腔，所述腔具有用于生成图像的有源显示器，其中生成的图像在光学系统的第一焦平面中组合到外部场景的图像中。40.根据权利要求39所述的观察光学镜，其中，所述基座是所述主体的长度的40％至65％。41.一种观察光学镜，包括：光学系统，所述光学系统具有在第一焦平面和物镜系统之间的光束组合器、位于光束组合器和物镜系统之间的聚焦单元、用于生成图像的有源显示器，其中所述图像叠加在第一焦平面上；以及控制器，其联接到有源显示器，所述控制器被配置为选择性地为一个以上显示元件供电以生成图像。42.根据权利要求41所述的观察光学镜，还包括杆，其用于将聚焦单元连接到视差调节旋钮。43.根据权利要求42所述的观察光学镜，其中，所述杆的一端具有凸轮销，所述凸轮销与所述视差调节旋钮中的凸轮槽相互作用。44.根据权利要求42所述的观察光学镜，其中，所述杆的长度为25mm至33mm。45.根据权利要求42所述的观察光学镜，其中，所述杆的长度为30mm。46.根据权利要求41所述的观察光学镜，其中，与传统观察光学镜中的聚焦单元的位置相比，所述聚焦单元定位为更靠近物镜组件25mm至33mm。47.根据权利要求41所述的观察光学镜，还包括用于收集来自所述有源显示器的光的透镜系统。48.一种观察光学镜，包括：主体，其具有联接到第一端并聚焦来自外部场景的目标图像的物镜系统和联接到第二端的接目镜系统，所述主体、物镜系统和接目镜系统被配置为限定至少第一焦平面；光束组合器，其位于物镜组件和第一焦平面之间；聚焦单元，其位于光束组合器和物镜组件之间；杆，其将聚焦单元联接到视差调节旋钮；和用于生成图像的有源显示器和用于将生成的图像引导到光束组合器的反射表面，其中生成的图像和目标图像能够聚焦在第一焦平面上。49.根据权利要求48所述的观察光学镜，其中，所述杆的长度为28至35mm。50.根据权利要求48所述的观察光学镜，其中，所述有源显示器和所述反射表面位于联接到所述主体的底部的基座中。51.根据权利要求50所述的观察光学镜，其中，所述基座的一端附接在所述主体的放大调节环附近，所述基座的另一端附接在所述主体的物镜组件附近。52.根据权利要求50所述的观察光学镜，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖伦·海文斯，威尔·劳里，伊恩·克莱姆，塞缪尔·汉密尔顿，加里森·博利希，克雷格·舒尔茨，安德鲁·卡尔森，贾森·莱尔，戴维·M·汉密尔顿，
申请(专利权)人：夏尔特银斯公司DBA涡流光学，
类型：发明
国别省市：美国,US