棱镜组件和包含棱镜组件的光学设备制造技术

一种光学设备，用于观察场景或对象，同时，数字记录与正在观察的场景或对象相对应的图像。光学设备包括支撑目镜、物镜光学器件和棱镜组件的壳体。棱镜组件沿着光路定位在物镜光学器件和目镜之间。棱镜组件包括第一棱镜和第二棱镜。棱镜组件允许用户数字记录与用户正在观察的场景或对象相对应的图像。静止图像和视频图像都可以被数字记录。棱镜组件使沿光路行进的光反转，以使所观察图像的取向与场景或对象的实际取向一致。对于给定的放大倍数，棱镜组件可使光学设备更短、更紧凑。

Prism assembly and optical equipment including prism assembly

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】棱镜组件和包含棱镜组件的光学设备相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月14日提交的美国临时申请No.62/545,027的权益和2017年8月14日提交的美国临时申请No.62/545,134的权益，二者均通过引用以其整体并入本文。
本专利技术总体上涉及光学设备。更具体地，本专利技术涉及具有棱镜系统的光学设备，该棱镜系统具有用于捕获数字图像的分束特性。
技术介绍
光学设备，例如望远镜、双筒望远镜、瞄准镜、步枪镜等，允许用户比用肉眼更清楚地看到远处的对象。这些设备可用于观察各种对象，包括野生动物、体育赛事和遥远的星系。当用户看到异常的事物时，自然会希望记录他或她所看到的事物。因此，一些已知的光学设备允许用户数字记录或显示与正在观察的场景或对象相对应的图像。这种已知的光学设备通常使用分立的分束器系统，该分束器系统被插入在光学设备的物镜透镜与其反转棱镜对之间。分束器通常包括可以同时反射光和使光通过的部分透明的玻璃片，分束器将一部分入射光引导到棱镜和目镜以供用户观察，并将另一部分入射光引导到成像传感器。在Steinthal等人的题为“DigitalSolid-StateBinoculars”的美国专利US5,963,369和在Khoshnevis等人的题为“OpticalMultiplexedHand-HeldDigitalBinocularSystem”的美国专利US6,487,012中描述了这样的设备，这两篇专利都通过引用以其整体并入本文。然而，商业上可获得的分束器往往相对较大并且占据了光学设备内的宝贵空间。因此，与不包括使用典型分束器的数字记录能力的光学设备相比，向诸如双筒望远镜的光学设备中添加分立分束器往往会使光学设备相对较大，使得设备在处理、存储和运输时可能会比较麻烦。
技术实现思路
在该文件中描述的专利技术提供了一种紧凑的光学设备，用于观察场景或对象，并且同时数字记录与正在观察的场景或对象相对应的图像。光学设备被设计成为棱镜组件增加分束功能，从而避免了使用分立的分束器，棱镜组件如双筒望远镜、瞄准镜、望远镜、步枪镜等中所使用的。该光学设备包括壳体，该壳体支撑具有目镜光学器件(一个或多个透镜)的目镜、物镜光学器件和棱镜组件。棱镜组件沿着光路定位在物镜光学器件和目镜之间。棱镜组件包括第一棱镜和第二棱镜。棱镜组件执行至少两个功能。第一个功能是传统功能，即将包括从物镜光学器件接收到的图像的光反转，第二个功能是将接收到的光分束，以将一部分接收到的光引导向目镜光学器件以进行图像观察，并将一部分接收到的光引导到图像捕获设备以进行捕获或显示。这样，棱镜组件允许用户数字记录或显示与用户正在观察的场景或对象相对应的图像。静止图像和视频图像都可以被数字记录。通过使用反转所需的棱镜组件实现分束功能，棱镜组件通过避免分立和分离的分束系统，允许光学设备对于给定的放大倍数而变得更短且更紧凑。如下面进一步描述的，本专利技术的实施例包括具有分束棱镜组件的紧凑型光学设备，该分束棱镜组件包括各种类型的棱镜，例如波罗棱镜和屋脊棱镜。在一实施例中，紧凑型光学设备包括分束棱镜组件，该分束棱镜组件包括一对波罗棱镜和部分反射板。在另一实施例中，紧凑型光学设备包括分束棱镜组件，该分束棱镜组件包括一对棱镜，其中一个棱镜是半五角棱镜，另一个棱镜是施密特屋脊棱镜。在实施例中，光学系统被设计为以现有技术设备所没有的方式利用被称为受抑全内反射(FTIR)的现象。可以将本专利技术的系统结合到用于观察场景或对象，同时，数字地记录与正在观察的场景或对象相对应的图像的光学设备中。光学设备可包括支撑目镜光学器件、物镜光学器件和分束棱镜组件的壳体。棱镜组件可以沿着光路定位在物镜光学器件和目镜之间。以示例而非限制的方式，棱镜组件可以包括两个波罗棱镜。棱镜组件还可以包括部分反射板，该部分反射板定位为非常接近波罗棱镜中的一个的一个面。在实施例中，用于观察场景或对象并数字记录与所观察的场景或对象相对应的图像的光学设备包括壳体，所述壳体支撑目镜光学器件、物镜光学器件以及分束棱镜组件，该分束棱镜组件沿着光路定位在目镜和物镜光学器件之间。在实施例中，棱镜组件包括第一波罗棱镜和第二波罗棱镜。第一波罗棱镜可包括棱镜主体，该棱镜主体具有第一基部、第二基部以及在第一基部和第二基部之间延伸的多个面。第一波罗棱镜的多个面可以包括入射面、第一侧面和第二侧面。第二波罗棱镜可以包括棱镜主体，该棱镜主体具有第一基部、第二基部以及在第一基部和第二基部之间延伸的多个面。第二波罗棱镜的多个面可以包括第三侧面、第四侧面和出射面。在实施例中，将板定位在棱镜组件的选定面附近。该板可包括板主体和设置在该板主体的一个面上的部分反射涂层。在实施例中，在部分反射涂层与棱镜组件的选定面之间限定间隙。选定面可以是第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面中的一个。在实施例中，图像传感器由壳体支撑在板附近的位置处，其中板定位于图像传感器和棱镜组件的选定面之间。在实施例中，传感器光学系统定位于板和图像传感器之间。传感器光学系统可接收通过板的透射光并在图像传感器的感测部分上形成图像。在实施例中，用于观察场景或对象并数字记录与正在观察的场景或对象相对应的图像的光学设备包括壳体，该壳体支撑具有目镜光学器件的目镜、物镜光学器件和棱镜组件，该棱镜组件沿着光路定位在目镜与物镜光学器件之间。在实施例中，棱镜组件包括第一棱镜和第二棱镜。在实施例中，第一棱镜包括半五角棱镜，第二棱镜包括施密特屋脊棱镜。在实施例中，棱镜组件包括施密特-佩坎(Schmidt-Pechan)棱镜。在实施例中，半五角棱镜包括棱镜主体，该棱镜主体包括第一基部、第二基部以及在第一基部和第二基部之间延伸的多个面，所述多个面包括入射面、出射面和中间面。在实施例中，棱镜组件还包括设置在半五角棱镜的中间面上的部分反射层。在实施例中，半五角棱镜的出射面在半五角棱镜的入射面和中间面之间延伸。在实施例中，半五角棱柱的入射面在半五角棱柱的出射面和中间面之间延伸。在实施例中，半五角棱柱的中间面在半五角棱柱的入射面和出射面之间延伸。在实施例中，目镜包括至少一个目镜透镜，并且物镜光学器件包括至少一个物镜透镜。在实施例中，半五角棱镜被定位成使得沿着光路行进的光穿过入射面并进入棱镜主体。在实施例中，半五角棱镜被配置为使得沿着光路行进的光在穿过输入面之后从出射面反射，并且被配置为使得沿着光路行进的光在从出射面反射之后到达中间面。在实施例中，部分反射层被配置为使得沿着光路行进的光的第一光部分穿过部分反射层透射，并且沿着光路行进的光的第二光部分被部分反射层反射。在实施例中，半五角棱镜被配置为使得第二光部分在被部分反射层反射之后行进通过出射面。在实施例中，该设备还包括图像传感器和传感器光学系统。在实施例中，图像传感器由壳体支撑在接近半五角棱镜的中间面的位置处，并且部分反射层设置在图像传感器和半五角棱镜的中间面之间。在实施例中，传感器光学系统被配置为接收第一光部分并在图像传感器的传感器部分上形成图像。在实施例中，传感器光学系统设置在部分反射层与图像传感器之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型光学设备，用于观察场景或对象并数字地记录与正在观察的场景或对象相对应的图像，所述设备包括：/n壳体，支撑目镜和物镜光学器件，所述目镜包括至少一个目镜透镜，所述物镜光学器件包括至少一个物镜透镜；/n棱镜组件，沿光路设置在所述物镜光学器件和所述目镜之间，所述棱镜组件包括第一棱镜和第二棱镜；/n所述第一棱镜包括棱镜主体，所述棱镜主体包括第一基部、第二基部以及在第一基部和第二基部之间延伸的多个面，所述多个面包括入射面、第一侧面和第二侧面；/n所述第二棱镜包括棱镜主体，所述棱镜主体包括第一基部、第二基部和在第一基部和第二基部之间延伸的多个面，该多个面包括第三侧面、第四侧面和出射面；/n板，邻近所述棱镜组件的选定面定位，所述板包括板主体和设置在所述板主体的一个面上的部分反射涂层，在所述部分反射涂层与所述棱镜组件的所述选定面之间限定间隙，所述选定面是所述第一侧面、所述第二侧面、所述第三侧面和所述第四侧面中的一个；/n传感器光学系统，被配置为接收通过所述板透射的光并基于所接收的光形成图像。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170814 US 62/545,027;20170814 US 62/545,1341.一种紧凑型光学设备，用于观察场景或对象并数字地记录与正在观察的场景或对象相对应的图像，所述设备包括：
壳体，支撑目镜和物镜光学器件，所述目镜包括至少一个目镜透镜，所述物镜光学器件包括至少一个物镜透镜；
棱镜组件，沿光路设置在所述物镜光学器件和所述目镜之间，所述棱镜组件包括第一棱镜和第二棱镜；
所述第一棱镜包括棱镜主体，所述棱镜主体包括第一基部、第二基部以及在第一基部和第二基部之间延伸的多个面，所述多个面包括入射面、第一侧面和第二侧面；
所述第二棱镜包括棱镜主体，所述棱镜主体包括第一基部、第二基部和在第一基部和第二基部之间延伸的多个面，该多个面包括第三侧面、第四侧面和出射面；
板，邻近所述棱镜组件的选定面定位，所述板包括板主体和设置在所述板主体的一个面上的部分反射涂层，在所述部分反射涂层与所述棱镜组件的所述选定面之间限定间隙，所述选定面是所述第一侧面、所述第二侧面、所述第三侧面和所述第四侧面中的一个；
传感器光学系统，被配置为接收通过所述板透射的光并基于所接收的光形成图像。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述部分反射涂层与所述棱镜组件的选定面之间限定的间隙的宽度在50nm至5000nm的范围内。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述部分反射层包括具有第一折射率的多个第一折射子层和具有第二折射率的多个第二折射子层，所述第一折射率大于所述第二折射率。


4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多个第一子层和所述多个第二子层以交替的模式布置，所述多个第一子层中的每一个覆盖第二折射子层中的一个。


5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多个第二折射子层中的每一个具有第一范围内的第一折射率，并且所述多个第一折射子层中的每一个具有第二范围内的第二折射率。


6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一范围和所述第二范围重叠。


7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一范围和所述第二范围不重叠。


8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第二范围是从大约1.0到大约1.91，并且所述第一范围是从大约1.92到大约2.9。


9.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多个第一折射子层中的至少一个设置在所述多个第二折射子层中的两个之间。


10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一棱镜包括波罗棱镜，所述第二棱镜包括波罗棱镜。


11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)。


12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)设备。


13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学设备包括双筒望远镜。


14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述光学设备包括沿着第二光路设置的第二棱镜组件。


15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第二棱镜组件包括邻近所述棱镜组件的选定面的第二板，所述第二板包括部分反射涂层。


16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第二棱镜组件不包括邻近所述第二棱镜组件的任何面的部分反射板，使得所述光学设备被配置为仅基于通过所述第一棱镜组件透射的光来捕获图像。


17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学设备包括瞄准镜、步枪镜和望远镜中的一个。


18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述棱镜组件的选定面是所述第一侧面和所述第二侧面中的一个。


19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述棱镜组件的选定面是所述第三侧面和所述第四侧面中的一个。


20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述板主体包括玻璃或金属。


21.一种紧凑型光学设备，用于观察场景或对象并数字地记录与正在观察的场景或对象相对应的图像，所述设备包括：
壳体，支撑目镜和物镜光学器件，所述目镜包括至少一个目镜透镜，所述物镜光学器件包括至少一个物镜透镜；
棱镜组件，沿光路设置在所述物镜光学器件和所述目镜之间，所述棱镜组件包括施密特屋脊棱镜、半五角棱镜和设置在所述半五角棱镜的面上的部分反射层，所述部分反射层被配置为使得沿着光路行进的光的第一光部分通过所述部分反射层透射，并且沿着光路行进的光的第二光部分被所述部分反射层反射，所述第二光部分包括具有与所述第一发光部分的可见波长基本相同的可见波长的光；
传感器光学系统，被配置成接收所述第一光部分并基于所述第一光部分形成图像。


22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述部分反射层对波长在400nm至700nm范围内的光具有80％的反射率。


23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述部分反射层包括具有第一折射率的多个第一折射子层和具有第二折射率的多个第二折射子层，所述第一折射率大于所述第二折射率。


24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述多个第一子层和所述多个第二子层以交替的模式布置，所述多个第一子层中的每一个覆盖第二折射子层中的一个。


25.根据权利要求23所述的设备，所述多个第二折射子层中的每一个具有第一范围内的第一折射率，并且多个第一折射子层中的每一个具有第二范围内的第二折射率。


26.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第一范围和所述第二范围重叠。


27.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第一范围和所述第二范围不重叠。


28.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第二范围是从大约1.0到大约1.91，并且所述第一范围是从大约1.92到大约2.9。


29.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第二范围是从大约1.2到大约1.9，并且所述第一范围是从大约2.0到大约2.8。


30.根据权利要求23所述的设备，其中，第二折射子层中的每一个设置在所述多个第一折射子层中的两个之间。


31.根据权利要求21所述的设备，其中，所述图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)。


32.根据权利要求21所述的设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW克罗斯，
申请(专利权)人：威士达户外作业有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US