WO2015085989A1 - Optical extension for a smartphone camera - Google Patents

Optical extension for a smartphone camera Download PDF

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WO2015085989A1
WO2015085989A1 PCT/DE2014/000633 DE2014000633W WO2015085989A1 WO 2015085989 A1 WO2015085989 A1 WO 2015085989A1 DE 2014000633 W DE2014000633 W DE 2014000633W WO 2015085989 A1 WO2015085989 A1 WO 2015085989A1
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optical
smartphone
extension
camera
axis
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PCT/DE2014/000633
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Andreas Obrebski
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Andreas Obrebski
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    • G03B17/56Accessories
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    • HELECTRICITY
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    • G03B17/17Bodies with reflectors arranged in beam forming the photographic image, e.g. for reducing dimensions of camera
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    • G06F3/048Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0484Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] for the control of specific functions or operations, e.g. selecting or manipulating an object, an image or a displayed text element, setting a parameter value or selecting a range
    • G06F3/04847Interaction techniques to control parameter settings, e.g. interaction with sliders or dials

Definitions

  • the invention relates to an optical extension for a smartphone camera or a camera on a mobile or other compact device (tablet PC or laptop), in particular a telephoto lens, a telescope or a microscope, according to independent claim 1.
  • the smartphone cameras are often ideal for group and extensive landscape photography nowadays, but they are due to the large FOV (Field Of View) and missing optical zoom, not suitable for detail, person and Portraitaufhahmen. Video recording and the photographing of astronomical objects and events are also closed to them. Likewise, each compact camera loses its own image design through targeted selection and enlargement of the image section, by means of which the image components can be suitably weighted. There is a real need here.
  • connection between the extension and the smartphone is not particularly stable, the resulting sensitivity requires increased attention and extra care in handling the device, spoiling both ergonomics and fun.
  • the solution to the problem consists essentially in the folding of the optical beam path.
  • the weight and the volume are thereby reduced significantly only in case 2 (connector to the binoculars), in case 1 (telephoto extension) by additional or additional mirrors even slightly increased. Therefore, the folded arrangement is not obvious, because it is more expensive and expensive in design and manufacturing due to more optical elements and correspondingly high adjustment requirements.
  • the advantages of the acquired ergonomics become clear only at second glance. What is significantly changed by the folding is the weight and volume distribution, which is very compact close to the smartphone. This causes the particularly disturbing torques to decrease by up to an order of magnitude, which results in better transportability and alignability. You can use smaller tripods. Additional correction optics are not so negative in weight, so can be used rather.
  • the connection with the smartphone almost inevitably falls over a large area and thus robust. This allows a fast and compact snap connection can be realized, which allows an almost immediate use, or the extension can remain mounted on the smartphone, because the composite arrangement is not so bulky.
  • the folding preferably ensures that the optical beam path and thus the optical axis of the extension runs at least partially along the smartphone surface.
  • This means that the optical axis of the extension has in sections an angle different from 90 ° to the smartphone surface, preferably this angle is less than or equal to 45 °, more preferably this angle is less than 30 °. By way of example, it should be preferred here: over half of the path within the extension.
  • the folding can be at fixed angles. However, it can be realized in some applications with variable angles.
  • the folding can be realized with the help of mirrors but also by prisms. These can also be made rotatable and / or movable.
  • the mounted extension provides a way to operate the smartphone camera by bypassing or disabling the extension.
  • This function may be useful for finding the object that you actually want to magnify with the camera with ease, positioning it in the center of the frame, and then only turning on the magnification. This is especially useful for astronomy applications and nature observation on Earth.
  • This function can be realized by removing the input lens and / or the first (input) mirror from the beam path, for. B. in which the input lens and / or the mirror are moved.
  • the attachment part of the extension to the smartphone can make sense, but not necessarily, take over a protective function for the smartphone.
  • This attachment part may, but not necessarily, be separable from the actual optical extension and serve as a protective cover or protective frame.
  • the extension may contain information for some applications and / or deliver it to the smartphone, e.g. B. position and / or orientation in space, relative and / or absolute, concerning the entire extension and / or their parts, in particular optical axes.
  • the extension may include manual or motorized actuation. This can be supported and / or controlled by software on the smartphone (eg to find celestial bodies or to follow them over time).
  • optical elements are movable, they can be coupled together to make the control particularly easy.
  • the unit Smartphone and extension can have the possibility to measure the Point Spread Function (PSF), in order to remedy the optical errors software-wise retrospectively. This can save a lot of weight, which is always important for mobile devices.
  • the measurement of the PSF is preferably location-dependent, but preferably with a resolution that is significantly smaller than the camera resolution.
  • the solution according to the invention is significantly easier and more space-saving than the compound to the remote glass solution (case 2).
  • smartphone is often representative of both smartphone and other mobile or compact devices such as a laptop PC or tablet PC.
  • Lenses and lens-mirror combinations can be replaced with non-plane mirrors.
  • Fig. 1 (a) Prior art: Functional sketch smartphone with extension containing simple Kepler arrangement as a telephoto lens viewed from the side.
  • FIG. 1 (c) Function sketch Smartphone with extension containing simple Galilei arrangement
  • Fig. 2 Prior art: Function sketch smartphone with binoculars
  • the optics of the extension forms a telescope in Kepler arrangement with an intermediate image (not shown) between the eyepiece 3 and the lens 4 and with a picture reversal.
  • the arrangement includes an optical device, usually again between the eyepiece 3 and the lens 4, for image erection.
  • This image reversal optics is not shown here.
  • the image erection can also be implemented in the smartphone software, without the heavy and expensive Profumledgeoptik.
  • the image reversal optics is usually realized with prisms.
  • the Kepler arrangement is preferably used at higher magnifications.
  • the arrow on the optical axis 7 also indicates the viewing direction of the camera in the following figures.
  • Fig. 1 (b) schematically illustrates the appearance of the overall arrangement of the smartphone 1 and the telephoto extension 22 within the associated housing 34.
  • the attachment device for the extension has not been shown for the sake of simplicity.
  • FIG. 1 (c) schematically illustrates the function of the telephoto extension 23 for the smartphone camera 2 of a smartphone 1, similar to FIG. 1 (a).
  • the Galilei arrangement 23 with eyepiece 3 and objective became 4 and optical axis 7/77.
  • the Galilei arrangement has the advantage that it can be designed significantly shorter because it has no intermediate image.
  • the decisive disadvantage of the Galilei arrangement is the fact that it allows enlargement by more than a factor of 3 only with great effort, whereas the Kepler arrangement allows significantly higher magnification factors. It is not known if the Galileo order is even offered in the market. It differs from the Kepler arrangement by an eyepiece 3 with negative refractive power. There is no image reversal and there is no intermediate image.
  • Fig. 2 schematically illustrates the arrangement with binoculars 24 (Case 2).
  • an optical channel 33 of the two optical channels 33 and 33 'with the optical axes 7 and T of the binoculars 24 is arranged.
  • the optical channels are designed as Kepler telescopes each with eyepiece 3 and 3 'and lens 4 and 4'.
  • the image reversal of the arrangement is reversed in each case with the corresponding image reversing device 11 and 11 ', which makes sense in the usual purpose of use.
  • the image reversal hardware-free software can be done in the smartphone, so the heavy image reversal device is redundant, as well as a second optical channel.
  • Fig. 3 (a) schematically illustrates an optical extension according to the invention for smart phone camera 2 of a smartphone 1.
  • the optical beam path with the optical axis 7 with the sections 8, 9 and 10 was by means of the mirrors (it could also be prisms, in general: Deflection devices) 5 and 6 folded, so that the optical beam path initially in the section 8 is substantially perpendicular to the smartphone surface, but then in section 9 substantially along the smartphone surface, although not necessarily parallel thereto. Since the optical axes of the beam paths of the camera and the extension are essentially congruent, a distinction was made here.
  • the arrangement of the optical elements is here in the following order: the camera follows the eyepiece of the extension, then the first deflection mirror 5, the second deflection mirror 6 and then the lens 4.
  • the entrance of the extension is thus the optical opening of the device by the " Camera view "penetrates into the device and the output of the device is the optical opening of the device through the" camera view “leaves the device.
  • the input and the output of the device are thus defined by the viewing direction (contrary to the direction of the optical radiation).
  • the input is thus eyepiece-sided, the output lens-side.
  • the optical aperture could simply be a mechanical aperture (a hole) or a (glass) window or lens.
  • only the optical axes were drawn to the optical beam paths.
  • the beam paths are denoted by the same reference numbers as the associated optical axes or sub-axes.
  • FIG. 3 (b) schematically illustrates another possibility of the optical expansion according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1.
  • the only difference from the variant in FIG. 3 (a) is that the objective 4 is arranged in front of and not behind the mirror 6 is.
  • FIG. 3 (c) schematically illustrates a further possibility of the optical extension according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1.
  • the only difference to the variant Ante in Fig. 3 (a) is that the eyepiece 3 is located behind and not in front of the mirror 5.
  • FIG. 3 (d) schematically illustrates another possibility of the optical expansion according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1.
  • the eyepiece 3 is arranged behind the mirror 5 and the objective 4 in front of the mirror 6.
  • This arrangement is particularly suitable for rotatably supporting the lenses 3 and 4 and thus realizing a Kepler magnification changer.
  • the movable magnification changer can also be extended by further stationary optics, preferably outside the actual changer.
  • the beam path section 9 does not necessarily have to run parallel to the smartphone surface, but can face the smartphone between the mirrors 5 and 6 approach. This case will preferably occur at smaller magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.
  • Fig. 3 (f) substantially corresponds to Fig. 3 (a), it is only more clearly shown that the beam path portion 9 does not necessarily have to run parallel to the smartphone surface, but can be from the smartphone between the mirrors 5 and 6 remove. This case will preferably occur at larger magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.
  • the optical extension according to the invention for smartphone camera 2 of a smartphone 1 were shown in Fig. 3 on the basis of a Kepler telescope. It could just as well have been a Galilean telescope. Likewise, it could have been a microscope arrangement, possibly using a different number of optics. A lens in this document often stands for a lens group. All folded extensions are within the scope of the invention. It should also be noted that all solutions in FIG. 3 and the following figures show a hardware-like image reversal, e.g. B. by suitable prism arrangement (11 in Fig. 2) may contain. However, solutions with software image rotation and without hardware-specific image rotation are preferred because it allows very flexible adaptation to the number of mirrors and the smartphone location (normal, "upside down", ...) can go down. Furthermore, this saves weight, components and thus money, the adjustment and production costs are lower, the absorption, scattering and reflection losses are also lower and there are fewer problems with the scattered light. Hardware solutions are only an advantage for particularly time-critical applications.
  • Fig. 4 (a) shows one of the arrangement similar to Fig. 3 (a).
  • the optical elements are at least partially movable, which in addition to translation expressly also the rotation may be meant.
  • the mirror 5 can rotate and the mirror 6 both rotated and moved.
  • lens 4 can be moved.
  • the movement of the optical elements can be coupled together in order to be able to ensure the optimum alignment of the optical elements at any time without further adjustment. The possibility of movement was indicated by arrows.
  • a possible application of this solution would be a device for observation of celestial bodies. You could by an optional tripod, a software on the smartphone to z. As mechanics to control or position and / or orientation determination be supplemented and would form a very compact mobile astronomical unit. Due to the very small exit pupil of the smartphone camera, the other optics would also be very compact.
  • FIG. 5 shows a further variant of the optical extension according to the invention, here for a laptop PC 1, consisting of part ⁇ , usually with keyboard, and part 1 ", usually with a screen
  • the webcam 2 is not the operator but looking away from him, in which the optical axis 7 is deflected with the sections 8, 9 and 10 via the deflecting mirrors 5 and 6 behind the laptop PC.
  • the lenses 3 and 4 are omitted, the magnification of the camera is maintained with This solution is convenient if you want to control images on the screen with the laptop camera without being in the picture yourself.
  • Some optical elements, preferably mirrors 5 and 6 and the lens 4 are preferably movable executed because the angle between the laptop parts ⁇ and 1 "is rarely a right angle.
  • This angle is usually variable set, so the extension should be adjustable with respect to the beam guidance. This can but z.
  • Example for the cases where the angle between the laptop parts ⁇ and 1 "is known (eg., Particularly ergonomic or preferred angle) and the beam guide in the extension is fixed to it, so that the optical elements does not move Need to become.
  • FIG. 6 shows a further variant of the optical extension according to the invention, here for a tablet PC 1 with the front camera 2 '(on the display side).
  • the beam path is similar to that in FIG. 5, but the angle between the sections 8 and 10 of the optical axis 7 is non-zero from the outset, in contrast to FIG. 5, where both sections 8 and 10 are parallel to each other.
  • the lenses 3 and 4 can be omitted to leave the magnification at 1.
  • a flexible solution contains at least one movable optical element.
  • the section 9 and 10 of the optical axis can be used with the optical elements 7, as indicated by the dashed arrows
  • This solution is preferably used at higher magnifications
  • the extension around the section 8 of the optical axis 7 can be rotated by 180 °, since in this case the section 9 the optical axis is relatively short.
  • Fig. 4 (a) If the solution is performed in Fig. 4 (a) with no moving parts, it can be used for specific tasks, e.g. B. Taking pictures with a tablet PC. Because of the size and weight, a tablet PC may not necessarily be held up for taking pictures. In order to still be able to use the display, the tablet is held at an angle and the camera axis is deflected by the extension, s. It is conceivable to use the extension without lenses and only with mirrors to achieve an ergonomic position when photographing alone.
  • the optical axis 7 of the extension with the sections 8, 9 and 10 preferably extends in a plane. However, applications are conceivable where the sections do not run in one plane.
  • the effects are parallel offset of the image axis and / or image rotation of the camera image. Both effects can be software-corrected if necessary.
  • the extension or the connector to the smartphone preferably includes a mechanical interface to a tripod or other mounting option formed preferably as standard as internal thread. Regardless, parts of the extension or the connector to the smartphone may be designed to change the location of the overall arrangement of the extension and the smartphone in the room controlled to change or hold.
  • the eyepiece of the extension may consist of more than one lens, eg. To increase field of view or FOV (field of view) or to correct optical errors or both.
  • the lens may consist of more than one lens, here rather to correct optical errors.
  • Frequently used eyepieces contain two lenses: the actual eyepiece lens and a field lens. These lenses are usually spatially separated. For even larger FOV and better optical quality, additional lenses can be added. In order for our arrangement to be as compact as possible, the lenses may be spaced such that the first mirror 5 (in Fig.
  • Fig. 8 (a) lies between the eyepiece lenses, here 3 'and 3 ", and our arrangement is, for example, as shown in Fig If the mirror does not succeed in positioning the mirror between the eyepiece lenses, the height of the assembly will increase unnecessarily because the mirror can only be positioned after the eyepiece lenses and the compactness is partially lost Fig. 8 (a). corresponds to the arrangement of Fig. 3 (a) except for the newly added field lens 3 ".
  • the camera 2 of the smartphone 1 looks through the eyepiece lens 3 'in the direction 8 onto the deflection mirror 5, where the beam direction is deflected. Then it goes through the lens 3 "in the direction 9 on the deflection mirror 6, where the beam direction is deflected and then through the lens 4 in the direction 10, in which the extension is left.
  • the mirrors do not necessarily have to be flat, but can also have "optical power". This could be z. B. at least part of the task of the field lens or the actual eyepiece are taken over by a mirror, s. 8 (b), where the mirror 5 is designed as a concave mirror. Of course, the mirror can also be a free-form mirror or convex mirror.
  • the camera 2 of the smartphone 1 again looks through the eyepiece lens 3 'in the direction 8 onto the non-planar deflection mirror 5, where the beam direction is deflected. Then it passes through the lens 3 "in the direction 9 to the deflection mirror 6, where the beam direction is deflected and then through the lens 4 in the direction 10, in which the extension is left.
  • the lenses 3 'and 3" are optional in this case , They can also be designed as negative lenses, despite their presentation as positive lenses.
  • the virtually volume-free diffractive lenses (lenses which are realized by diffractive optical elements, DOEs). the. They are suitable for such space-critical applications. You could find particular use in a version of the expansion according to the invention, which serves as a hit indicator for sports shooters. Because of the low field of view (FOV), the resulting "ghost spots" may possibly be placed outside the area of interest. They can also be corrected relatively easily by suitable software, because the recorded image (the target) is very well known except for a few places (hits).
  • Fig. 9 (a) shows a side view of the arrangement, showing only the next parts to the viewer, which are located in Fig. 9 (c) below the imaginary parting line 100.
  • This part initially resembles (coming from the camera 2 of the smartphone 1 in the direction 8 through the eyepiece lens 3 on the deflection mirror 5 and then in the direction 7) the arrangements of Fig. 3 (a) and Fig. 3 (g).
  • the mirror 6 does not direct the beam path away from the smartphone 1 here, but again along the smartphone, but at an angle of 90 °. Although this angle of 90 ° is obvious, it is not absolutely necessary.
  • the mirror 6 (and 6 ') itself is now substantially perpendicular to the smartphone level.
  • FIG. 9 (c) the beam path deflected in the direction T by the deflection mirror 6 strikes the deflection mirror 6 'and is deflected again in direction 7 ", the objective 4 and leaves the arrangement.
  • Fig. 9 (b) shows a side view of the arrangement with only the parts remote from the observer shown in Fig. 9 (c) above the imaginary parting line 100 and looking in the direction T.
  • the deflection mirror 6 deflects the beam path in the direction 7 ", this passes through the lens 4 and leaves the arrangement.
  • the beam path of the extension extends substantially above the smartphone level and that preferably the length and the width of the device are smaller than the length and the width of the smartphone. This arises from the demand for compactness of the overall arrangement.
  • the first deflected part of the observation beam path extending away from the camera in the direction of the camera
  • the second-most edge preferably faces the farthest edge of the smartphone (see Fig. 9 (c)) or the second-most edge, rarely the next edge. This way you can realize long optical paths right from the beginning, before you have to fold again. Long optical paths along the smartphone are not so annoying and do not affect the compactness as negatively as paths or parts that point away from the smartphone. These should be kept well below 50%, preferably below 30%, more preferably below 20%.
  • the length of the first partial optical axis 8 between the input of the device and the first deflection device 5 is preferably smaller than the length of at least one further partial optical axis, more preferably smaller than half the length of a further partial axis.
  • the first partial optical axis is preferably at an angle between 75 ° and 105 °, more preferably at an angle between 85 ° and 95 °, on a further partial optical axis.
  • the device according to the invention must be firmly and reproducibly attached to the smartphone.
  • the device preferably has a coupling mechanism which directly receives the smartphone or indirectly establishes a mechanical connection to the smartphone by coupling the mechanism to a smartphone receiving device.
  • This smartphone cradle could also serve as a smartphone case.
  • This coupling mechanism could z. B. be a dovetail or another guide, preferably with click closure. Such a connection would be solid, robust and fast.
  • the digital zoom is preferably from the range factor 2 to 20, more preferably from the range 4 to 10.
  • the magnification factor of the telephoto lens is preferably selected such that
  • FOV Field of View / field of view of the smartphone camera
  • the target should preferably occupy at least half the screen width of the smartphone on one side, on the other hand should be at least half (at good shooters at least a quarter) of the target height and width to see.
  • the optimal size of the image may require a higher value of the digital zoom. You probably choose a value in between.
  • the field lens u. May be omitted or moved significantly so that it is not in the way of placing the first mirror in the way.
  • the aberrations of the optics could be treated by achromats or apochromats both in the eyepiece and in the lens or by alternative special design.
  • the bottom 83 of the housing 84 of the extension 85 of the invention which is parallel to the plate 81 of the tray, with a small Angle 4 (82,83) against the outgoing optical axis 82 are executed.
  • This angle is in the case of the 10m-level, taking into account the tolerances allowed 2.0 ° - 4.3 °, in the case of 25m-level 1.6 ° - 2.1 °, which one chooses best an angle of 3 °.
  • the arrangement 80 is deposited from the smartphone 1 with the camera 2 and the extension 85 according to the invention on the plate 81 of the storage table in front of the shooter, it immediately shows approximately in the height of the target center and can be aligned by turning sideways immediately to the target.
  • the possible rest alignment can be made on the touch screen of the smartphone by swiping gestures. Then the entire device practically no longer needs to be changed in height or inclination, what in Omission of the adjusting screws u. ⁇ . Can result and with what the extension even more compact.
  • a special feature compared to spotting scopes and telephoto and zoom cameras is our focus device.
  • the extension according to the invention itself preferably has only a relatively rough possibility to set the focus or possibly none at all.
  • This upgraded focusing device has a particularly fine adjustment of the focus (this is about the accuracy of the specification for focus removal) despite touchscreen operation.
  • This particularly fine adjustment of the focus is complemented by a particularly fine controllability of the focus, whereby any hysteresis effects are considered in the control, s. further down.
  • the controllability of the focus is about the ability to follow the defocusing presetting and to set exactly that focus distance.
  • a comparably fine mechanical focus device on a spotting scope or on our extension would be very expensive, expensive and space consuming and could not be operated so easily by far.
  • the better operation is also related to the good decoupling of the focusing mechanism of the control element, which is an image on the touch screen and can be operated almost free of force together.
  • a spotting scope can not offer that because here the optical beam path is coupled with the adjustment mechanism.
  • the solution of the invention allows tremendous cost savings in space and weight compared to a mechanical focusing mechanism outside the smartphone and has to offer a lot of ergonomics.
  • the extension or connector to the smartphone may be a target device, e.g. B. have sight and grain to align the arrangement easier. For smaller magnifications ⁇ 8 x only partially necessary, it is from about 10 x z. T. desirable. Such a target device is also suitable for spotting scopes, because they usually have high magnifications.
  • a target device e.g. B. have sight and grain to align the arrangement easier. For smaller magnifications ⁇ 8 x only partially necessary, it is from about 10 x z. T. desirable.
  • Such a target device is also suitable for spotting scopes, because they usually have high magnifications.
  • Another advantage of the expansion according to the invention as a hit display for the shooter is the extensive software that supports the shooter in training and competition.
  • a spotting scope or telephoto lens on the camera alone can not provide such support.
  • An example of such software is presented below on the basis of a specification of the software. This is a preferred embodiment, many other variants are conceivable.
  • the underlying smartphone has a screen with 960 x 540 pixels and 10.85 cm (4.27 inches) screen size and a camera with 8MPixel.
  • the screen (resolution 960 ⁇ 540 pixels) 101 of the smartphone 1 in FIGS. 10 and 13 is displayed in information area 102 (top), display area 103 (center / 540 ⁇ 540 pixels, preferably basically substantially square) and operating area 104 (below ) divided into three parts.
  • the smartphone lies with the upper screen area facing the viewer. So the screen output "must be done upside down.
  • Display / display area 103 The image information from the camera is mirrored on the vertical axis, so the left and right are reversed. Here the target is shown with physical hits.
  • Operating area 104 The operating area is shown in more detail in FIG. 11. Here are the digital zoom controls on the left and the focus controls on the right.
  • FIG. 12 A digital zoom up to 10x is required, continuously adjustable with a slider, but for reasons of space only appears for the time of adjustment in the display area
  • Fig. 12 (a) The slider 110 is from the slider channel 111 and the slider 112, which can be moved in the direction of the arrow (see dashed arrow) Two zoom settings, the values of which are indicated by the lengths of the indicator bars 141 and 145, are to be stored and can be set via switches ("buttons"). ) 142 and 146 can be retrieved. The display bars 141 and 145 are respectively in the switches 142 and 146. Thus, the display and control function are combined to save space in one element.
  • a lx zoom switch 144 is needed to locate the target and coarse alignment with a small zoom.
  • the switches 142 and 146 should be elongate and include a display bar indicating the zoom factor or the zoom factor should appear as a number on the switch surface of a now not necessarily oblong switch.
  • the slider 110 (FIG. 12 (a)) appears on the left side of the display area when the zoom switch 143 is pressed, and the last used zoom factor is preset. It disappears when the zoom switch 143 is pressed again, whereby the set zoom value is retained. Or by pressing one of the two switches 142 and 146, wherein the set zoom value is maintained, the switch is assigned and stored. In total there are 4 switches for the zoom functions.
  • the switch 147 is provided, as well as the slider appearing on the right of the display area in the display area (see Fig. 12 (a)).
  • a focus distance indicator bar 148 on the focus display panel 149 is included.
  • This display can also be used as a focus quality indicator, in which e.g. B. the contrast value is displayed. This could make the focus easier round by looking for the maximum contrast value.
  • the resolution of the slider is not sufficient to set the optimum focus.
  • cascaded fine adjustment helps, which is explained in the following example: with the slider 112, the focus is roughly adjusted with a vertical movement on the screen. Without putting your finger down z. B. a swipe gesture to the right and it appears as in Fig. 12 (b), another slider 120 with the slider channel 121 and the slider 122. He is z. B. associated with the same length only a tenth of the focus area, which ten times resolution is available. The middle of the new fine adjustment area is where the coarse adjustment was left, which is perceived as intuitive. Ie. after the swipe gesture, the slider 122 is in the middle of the slider channel 121.
  • FIG. 12 (a) is now shown in paler or lower contrast and is shown in the new arrangement as 110 'in FIG. 12 (b). to see.
  • the assignment of the fine slider 120 to a small range of focus values is indicated by the mapping arrow 130 and the miniature 120 'of the fine slider 120 on the slider 112', the mapping arrow 130 connecting the slider 120 and its miniature 120 '.
  • the fine adjustment can be cascaded again if necessary.
  • the focus should therefore preferably be able to be set in different fineness levels.
  • sliders can be replaced with knobs or other setting instruments.
  • voice control wherein at most the values of the changed parameters and variables are displayed.
  • Information area Information about the software is made here.
  • the base module can run in HDR (High Dynamic Range) mode to better detect the black hits on the black background. Since the target contains only two colors: black and beige, a special, faster HDR mode is proposed. Here, instead of three and more shots, only two are made. Preferably, this HDR mode is not implemented adjustable.
  • the exposure measurement takes place z. B. in black for the first shot, the distance to the beige is known from preliminary tests and thus the second shot can be made without further exposure measurement or you once performs the exposure measurement in black and once in the beige. If the smartphone hardware does not manage these tasks fast enough, you may be able to forego HDR and expose only in black, because here the different color values (the target's black and the black of the hits) are closest to each other. Or you can give the smartphone more time, in which the hit display appears with a small delay.
  • HDR High Dynamic Range
  • Module 1 Here it is important to determine where the hit is (in screen coordinates) and whether a shot has been dropped at all.
  • the best results on the screen are obtained by subtracting the image content before and after the shot.
  • the artifacts of other shooter's shooting activities (without hitting their own target) are most easily resolved by making the result of subtracting the image content above a certain threshold, and this value was gained away from the other hits. If this value was obtained adjacent to another hit, it may be set to z. B. 1/10 are reduced (double hit).
  • the extraction of the first image content takes place immediately after the training / competition start.
  • the next image content is won after each next shot.
  • the shot is registered by the acoustic signal on the microphone input of the smartphone and serves as a trigger.
  • a lower than maximum resolution of the image information can be used to get the fastest possible results.
  • a safety margin which preferably ends at the edge of the target at the latest.
  • Display range Here the last hit can be very noticeable, eg. B. red / poison green or signal yellow or quickly pulsating.
  • the penultimate hit is conspicuous, z. B. bicolor or slowly pulsating. All hits in front of it will be unchanged or black or shown with a thin outer ring. Possibly. Each hit can be provided with its shot number.
  • Information area Information about the software is made here.
  • Operating area s. basic version
  • Module 2 Determines where the hit is located, in target wheel coordinates (with origin / origo in the center of the target) and what is the hit value.
  • the hit value is equal to the smallest ring number of a ring within which the innermost (next to the target center) point of the hit is or a ring of the hit (also from the outside!) Is touched.
  • the target it is necessary that the target by z.
  • B. Object recognition algorithms is detected that the target center and the rings are displayed in target coordinates. For this purpose, a picture with maximum contrast can be created in which all colors below a certain value (here really only black) are converted to deep black, all colors above a certain value (here actually only beige) are converted to white.
  • the difference of the image thus created and the image represented by functions (obtained from object recognition) should be minimal, ideally equal to zero.
  • the information area is pretty packed here.
  • up to ten last scores (numbers) are displayed consecutively, starting from the left, in groups a five values (at the border to the scoreboard).
  • the average score is displayed (also at the border to the display area), above the right the shot number is displayed (here preferably in inverse font).
  • the total number of rings is displayed here. Above the hit values left the remaining time is displayed.
  • a warning can be given that the target must be changed and a new series should be started.
  • storage of the results hit values, numbers, times, hit position
  • at least 1 image per 5-series are carried out.
  • Operating area s. Basic version. There is also a switch for training or competition start, which changes into stop switch mode after pressing. If this switch is pressed, the evaluation is forced (eg during a workout abort).
  • Module 3 Here is the connection to social networks (FaceBook, Twitter, even YouTube: Here is a short standard movie or a short slide show or a standard protocol (with possibility of comments input) created and uploaded) (eg., Name / pseudonym, club, competition) and possibly a connection to the cloud with data storage ,
  • Module 4 A list of clubs with GPS co-ordinates is added here, so the place or club can be taken over into the processing abroad at the same time.
  • Module 5 The bookkeeping function is realized: date, time, place, training / competition, discipline, possibly opponent, number of given shots are saved. Entries that have been created once can not be changed. Authenticity is confirmed by location (from GPS) or daily evaluation.
  • the target image is made movable with swipe gestures. You can thus save the mechanical alignment and thus the alignment mechanism.
  • Training Module 1 Here is a long-term presentation of the results (average values, Einzellhorn, average values with scattering, ...) for different periods, possibly with additional representation of parameters (eg: temperature, day of the week, time of day, self determining and self-input parameters, ...)
  • Trainingsmodul2 Here is an evaluation of the shot image. It allows conclusions on settings of the weapon or on performance of the shooter (calm / uriruhige hand, trigger optimal or too far front / back, trigger fingers optimally or too far left / right, sight optimally or too far left / right / up / down, Sighting optimally or not in cover, ). Here is also a long-term presentation with different characteristics / parameters or targeted comparison with a specific day or period. On the basis of the evaluations, suggestions for improvement are made and specific instructions given.
  • Module 9 Here the individual or team competition season is evaluated automatically or manually.
  • Module 10 Here the target is automatically detected and positioned in the middle.
  • the correlation of the digital zoom factor with the registered size of the target helps with object recognition, parameter: smartphone camera FOV and magnification of the telephoto lens
  • the correlation of the discipline with the target helps with object recognition, parameter: smartphone camera FOV and magnification of the telephoto lens
  • correlation of the hit size with the discipline are stored in the memory with meaningful tolerances.

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Abstract

Disclosed is an optical extension for a smartphone camera, characterized in that the optical beam path of the extension is folded, the extension comprising a mechanical device which allows the extension to be joined to the smartphone containing the camera in such a way that the optical axis of the smartphone camera at the outlet of the smartphone camera coincides with the optical axis of the extension at the inlet of said extension.

Description

Optische Erweiterung für eine Smartphone-Kamera  Optical extension for a smartphone camera
Die Erfindung betrifft eine optische Erweiterung für eine Smartphone-Kamera oder eine Kamera an einem mobilen oder anderen kompakten Gerät (Tablet-PC oder Laptop), insbesondere ein Teleobjektiv, ein Teleskop oder ein Mikroskop, nach dem unabhängigen Anspruch 1. The invention relates to an optical extension for a smartphone camera or a camera on a mobile or other compact device (tablet PC or laptop), in particular a telephoto lens, a telescope or a microscope, according to independent claim 1.
Motivation motivation
Die Smartphonekameras eignen sich heutzutage oft hervorragend für Gruppen- und umfangreiche Landschaftsaufhahmen, sie sind aber, bedingt durch den großen FOV (Field Of View) und fehlenden optischen Zoom, wenig geeignet für Detail-, Personen- und Portraitaufhahmen. Auch Videoaufhahmen und das Fotografieren von astronomischen Objekten und Ereignissen bleibt ihnen verschlossen. Ebenso entfallt die jeder Kompaktkamera eigene Bildgestaltung durch gezielte Wahl und Vergrößerung des Bildausschnitts, durch die die Bildkomponenten geeignet gewichtet werden können. Hier besteht ein echter Bedarf. The smartphone cameras are often ideal for group and extensive landscape photography nowadays, but they are due to the large FOV (Field Of View) and missing optical zoom, not suitable for detail, person and Portraitaufhahmen. Video recording and the photographing of astronomical objects and events are also closed to them. Likewise, each compact camera loses its own image design through targeted selection and enlargement of the image section, by means of which the image components can be suitably weighted. There is a real need here.
Stand der Technik State of the art
Der große Bedarf für diese fehlenden Eigenschaften wurde bereits vor Jahren erkannt und manche Smartphonehersteller versuchten ihre Geräte mit optischem Zoom auszurüsten, allerdings mit wenig überzeugenden Ergebnissen. Die Qualität der Zooms war sehr schlecht, gleichzeitig wurden die damit ausgestatteten Smartphones gegen den allgemeinen Trend und Kundenwunsch groß, dick und klobig. Bereits nach zwei Jahren (2007 und 2008) sind diese Geräte von Nokia und Samsung vom europäischen und nordamerikanischen Markt verschwunden. Nachfolger davon sind noch im asiatischen Raum zu finden, wo die Größe der Geräte nicht so eine große Rolle spielt wie in Europa oder Amerika. The great need for these missing features was already recognized years ago and some smartphone manufacturers tried to equip their devices with optical zoom, but with little convincing results. The quality of the Zooms was very bad, at the same time, the smartphones equipped with it were large, thick and clunky against the general trend and customer demand. After just two years (2007 and 2008), these devices by Nokia and Samsung have disappeared from the European and North American markets. Successors are still to be found in Asia, where the size of the devices does not play such a major role as in Europe or America.
Statt des eingebauten optischen Zooms wurden anschließend zunehmend externe optische Erweiterungen zum Aufsetzen auf das Smartphone angeboten, beispielsweise solche mit Telefoto- eigenschaft (Fall 1). Im Augenblick sind Lösungen mit 6x, 8x-, lOx- und 12x-Vergrößerung im Markt. Deren prinzipiellen optischen Aufbau mit Kepler-Fernrohr zeigt Fig. 1(a), ungefähres Aussehen ist in Fig. 1 (b) skizziert, Fig. 1 (c) zeigt eine weitere mögliche optische Anordnung (Galilei Fernrohr), die aber wohl nicht angeboten wird. Wegen des nur senkrecht zum Smartphone verlaufenden Strahlengangs, spreizt die Erweiterung vom Smartphone ab und macht die Anordnung sperrig, unhandlich und somit nicht ergonomisch. Die Liste der Nachteile dieser Erweiterungen ist lang: Instead of the built-in optical zoom, external optical extensions were then increasingly offered for placement on the smartphone, for example those with telephoto property (case 1). At the moment there are solutions with 6x, 8x, 10x and 12x magnification in the market. Their principal optical arrangement with Kepler telescope is shown in Fig. 1 (a), approximate appearance is outlined in Fig. 1 (b), Fig. 1 (c) shows another possible optical arrangement (Galilean telescope), but probably not offered becomes. Because of the beam path running only perpendicular to the smartphone, the extension spreads from the smartphone and makes the arrangement bulky, unwieldy and therefore not ergonomic. The list of disadvantages of these extensions is long:
1. Hohes Gewicht 2. Großes Volumen, wobei 1. High weight 2. Large volume, where
3. Gewicht und Volumenverteilung nicht kompakt sondern gestreckt und dazu senkrecht zu dem Smartphone verläuft (s. Fig. 1 (b)) und dies fuhrt zu  3. Weight and volume distribution not compact but stretched and perpendicular to the smartphone runs (see Fig. 1 (b)) and this leads to
4. Großen Hebeln, die schon bei kleinen Gewichten hohe Momente bewirken. Daher sind die Geräte, insbesondere wenn zusammengesetzt  4. Big levers that cause high moments even with small weights. Therefore, the devices, especially when assembled
5. Schlecht transportierbar und  5. Poorly transportable and
6. Schlecht verwackelungsfrei auszurichten und zu halten  6. Align and hold poorly shake-free
7. Erfordern daher verhältnismäßig große und stabile Stative, insbesondere bei höheren Vergrößerungen, was das Gesamtgewicht und die Transportprobleme noch weiter erhöht.  7. Therefore require relatively large and stable tripods, especially at higher magnifications, which further increases the overall weight and transportation problems.
8. Will man das Gewicht reduzieren, in dem Korrekturoptiken eingespart werden, leidet die ohnehin nicht berühmte Qualität.  8. If you want to reduce the weight in which correction optics are saved, suffers the already not famous quality.
9. Die Verbindung zwischen der Erweiterung und dem Smartphone ist nicht besonders stabil, die resultierende Empfindlichkeit erfordert erhöhte Aufmerksamkeit und besondere Sorgfalt im Umgang mit dem Gerät, was sowohl die Ergonomie als auch jeden Spaß verdirbt.  9. The connection between the extension and the smartphone is not particularly stable, the resulting sensitivity requires increased attention and extra care in handling the device, spoiling both ergonomics and fun.
10. Die Erweiterungen sind nicht sofort betriebsbereit, müssen erst mit einigem Aufwand an Mühe und Zeit mit dem Smartphone verbunden werden.  10. The extensions are not immediately ready for use, need to be connected with some effort and time with the smartphone.
Als eine weitere Lösung (Fall 2) wird auch eine Verbindung zwischen dem Smartphone und einem Fernglas angeboten, wobei ein optischer Strahlengang des Fernglas als Telefotolinse dient. Für einen stolzen Preis von ca. 70 $US (Vorbestellung) bzw. 95 $US (Normalpreis) bekommt man eine noch klobigere Lösung, bei der man zwar ein vorhandenes Fernglas zusätzlich als solches benutzen kann, die aber je nach Fernglas nur unwesentlich besseres Ergebnis liefert als der im Smartphone ohnehin vorhandene, aber verlustbehaftete Digitalzoom. Dabei verbessert sich meist nur die Auflösung des Vergrößerten Bildes etwas, die Lichtverteilung und optische Fehler fallen oft noch schlechter aus. Die Nachteile sind bis auf den Punkt 8 die gleichen wie oben für die Telefotoerweiterung. Hinzu kommt noch, dass nur ein optischer Kanal des Fernglases benutzt wird, und auch hier ist die schwere und aufwendige Bildaufrichtung eigentlich überflüssig, sie ließe sich Software-mäßig völlig gewichtsfrei realisieren. Des Weiteren ist die Verbindungsmechanik ziemlich schwer und sehr unhandlich. As a further solution (Case 2) is also offered a connection between the smartphone and a pair of binoculars, wherein an optical beam path of the binoculars serves as a telephoto lens. For a hefty price of about $ 70 US (pre-order) or $ 95 US (normal price) you get an even clunkier solution, where you can use an existing binoculars additionally as such, but depending on the binoculars only marginally better result delivers as the existing in the smartphone anyway, but lossy digital zoom. In most cases, only the resolution of the magnified image improves, the light distribution and optical errors are often even worse. The disadvantages are up to the point 8 the same as above for the telephoto extension. In addition, only one optical channel of the binoculars is used, and here too the heavy and complex image erection is actually superfluous, it could be software-moderately completely free of weight realize. Furthermore, the connection mechanism is quite heavy and very unwieldy.
Die meisten und die größten Probleme in beiden Fällen werden dadurch verursacht, dass der gesamte optische Strahlengang der Erweiterung und somit deren optische Achse in nahezu voller Länge senkrecht zum Smartphone verläuft. Aufgabe Most and the biggest problems in both cases are caused by the fact that the entire optical beam path of the extension and thus its optical axis runs almost perpendicular to the smartphone. task
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die weiter oben beschriebenen Unzulänglichkeiten der vorhandenen Lösungen zumindest zum Teil zu beheben und eine optische Erweiterung zu finden, die die gewünschte Funktion (Telefoto, Mikroskop usw.) bereitstellt, ohne dass das Smartphone mit der Erweiterung klobig, unhandlich und nicht ergonomisch wird. Die Aufgabe wird mit einer optischen Erweiterung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen. It is therefore the object of the present invention to remedy the shortcomings described above of existing solutions, at least in part, and to find an optical extension that provides the desired function (telephoto, microscope, etc.), without the smart phone with the extension clunky , becomes unwieldy and not ergonomic. The object is achieved with an optical extension according to independent claim 1. Advantageous developments can be found in the subclaims.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Die Lösung der Aufgabe besteht im Wesentlichen in der Faltung des optischen Strahlenganges. Das Gewicht und das Volumen werden dadurch zwar nur im Falle 2 (Verbindungsstück zum Fernglas) deutlich reduziert, im Falle 1 (Telefoto-Erweiterung) durch zusätzlichen oder zusätzliche Spiegel sogar geringfügig erhöht. Daher ist die gefaltete Anordnung nicht naheliegend, weil sie durch mehr optische Elemente und entsprechend hohen Justierbedarf teurer und aufwendiger im Design und der Herstellung ist. Die Vorteile der gewonnener Ergonomie werden Einem erst auf den zweiten Blick klar. Was sich wesentlich durch die Faltung ändert ist die Gewicht- und Volumenverteilung, die sehr kompakt nahe am Smartphone ausfällt. Dies bewirkt, dass die besonders störenden Drehmomente um bis zu eine Größenordnung zurückgehen, was bessere Transportierbarkeit und Ausrichtbarkeit bewirkt. Dabei können kleinere Stative verwendet werden. Zusätzliche Korrekturoptiken fallen nicht so negativ ins Gewicht, können also eher verwendet werden. Die Verbindung mit dem Smartphone fällt fast zwangsläufig großflächig und damit robust aus. Damit lässt sich eine schnelle und kompakte Schnappverbindung realisieren, die einen nahezu sofortigen Einsatz erlaubt, bzw. die Erweiterung kann auf dem Smartphone montiert bleiben, weil die zusammengesetzte Anordnung nicht mehr so sperrig ist. The solution to the problem consists essentially in the folding of the optical beam path. The weight and the volume are thereby reduced significantly only in case 2 (connector to the binoculars), in case 1 (telephoto extension) by additional or additional mirrors even slightly increased. Therefore, the folded arrangement is not obvious, because it is more expensive and expensive in design and manufacturing due to more optical elements and correspondingly high adjustment requirements. The advantages of the acquired ergonomics become clear only at second glance. What is significantly changed by the folding is the weight and volume distribution, which is very compact close to the smartphone. This causes the particularly disturbing torques to decrease by up to an order of magnitude, which results in better transportability and alignability. You can use smaller tripods. Additional correction optics are not so negative in weight, so can be used rather. The connection with the smartphone almost inevitably falls over a large area and thus robust. This allows a fast and compact snap connection can be realized, which allows an almost immediate use, or the extension can remain mounted on the smartphone, because the composite arrangement is not so bulky.
Die Faltung stellt vorzugsweise sicher, dass der optische Strahlengang und somit die optische Achse der Erweiterung zumindest teilweise längst der Smartphone-Oberfläche verläuft. Das heißt, dass die optische Achse der Erweiterung streckenweise einen von 90° verschiedenen Winkel zu der Smartphone-Oberfläche aufweist, vorzugsweise ist dieser Winkel kleiner gleich 45°, weiter bevorzugt ist dieser Winkel kleiner als 30°. Streckenweise soll hier bevorzugt heißen: über die Hälfte des Weges innerhalb der Erweiterung. The folding preferably ensures that the optical beam path and thus the optical axis of the extension runs at least partially along the smartphone surface. This means that the optical axis of the extension has in sections an angle different from 90 ° to the smartphone surface, preferably this angle is less than or equal to 45 °, more preferably this angle is less than 30 °. By way of example, it should be preferred here: over half of the path within the extension.
Die Faltung kann unter festen Winkeln verlaufen. Sie kann aber in manchen Anwendungen mit variablen Winkeln realisiert werden. Die Faltung kann mit Hilfe von Spiegeln aber auch von Prismen realisiert werden. Diese können auch drehbar und/oder beweglich ausgeführt werden. The folding can be at fixed angles. However, it can be realized in some applications with variable angles. The folding can be realized with the help of mirrors but also by prisms. These can also be made rotatable and / or movable.
Es ist sinnvoll, aber nicht unbedingt notwendig, dass die montierte Erweiterung eine Möglichkeit bietet, die Smartphone-Kamera unter Umgehung oder Abschaltung der Erweiterung zu betreiben. Diese Funktion kann sinnvoll sein, um das eigentlich zu vergrößernde Objekt mit der Kamera mit Leichtigkeit zu finden, in der Bildmitte zu positionieren und dann nur die Vergrößerung einzuschalten. Dies ist besonders sinnvoll für die Astronomieanwendungen und Naturbeobachtung auf der Erde. Diese Funktion kann durch Entfernen der Eingangslinse und/oder des ersten (Eingangs-)Spiegels aus dem Strahlengang realisiert werden, z. B. in dem die Eingangslinse und/oder der Spiegel verschoben werden. It makes sense, but not essential, that the mounted extension provides a way to operate the smartphone camera by bypassing or disabling the extension. This function may be useful for finding the object that you actually want to magnify with the camera with ease, positioning it in the center of the frame, and then only turning on the magnification. This is especially useful for astronomy applications and nature observation on Earth. This function can be realized by removing the input lens and / or the first (input) mirror from the beam path, for. B. in which the input lens and / or the mirror are moved.
Der Befestigungsteil der Erweiterung zum Smartphone kann sinnvoller-, aber nicht notwendigerweise, eine Schutzfunktion für das Smartphone übernehmen. Dieser Befestigungsteil kann, muss aber nicht unbedingt, von der eigentlichen optischen Erweiterung trennbar sein und als Schutzhülle oder Schutzrahmen dienen. The attachment part of the extension to the smartphone can make sense, but not necessarily, take over a protective function for the smartphone. This attachment part may, but not necessarily, be separable from the actual optical extension and serve as a protective cover or protective frame.
Die Erweiterung kann für manche Anwendungen Informationen enthalten und/oder diese ans Smartphone liefern, z. B. Lage und/oder Ausrichtung im Raum, relativ und/oder absolut, betreffend gesamte Erweiterung und/oder deren Teile, insbesondere optische Achsen. The extension may contain information for some applications and / or deliver it to the smartphone, e.g. B. position and / or orientation in space, relative and / or absolute, concerning the entire extension and / or their parts, in particular optical axes.
Die Erweiterung kann manuelle oder motorische Aktuation aufweisen. Diese kann durch Software auf dem Smartphone unterstützt und/oder angesteuert werden (um z. B. Himmelskörper zu finden oder ihnen mit der Zeit zu folgen). The extension may include manual or motorized actuation. This can be supported and / or controlled by software on the smartphone (eg to find celestial bodies or to follow them over time).
Sind einige (mehr als 1) optische Elemente beweglich, so können sie miteinander gekoppelt sein, um die Ansteuerung besonders einfach zu halten. If some (more than 1) optical elements are movable, they can be coupled together to make the control particularly easy.
Um die Korrektur optischer Fehler der Erweiterung besonders einfach zu halten, kann die Einheit Smartphone und Erweiterung die Möglichkeit aufweisen, die Point Spread Function (PSF) zu messen, um die optischen Fehler Software-mäßig nachträglich zu beheben. Dies kann einiges an Gewicht sparen, was bei mobilen Geräten immer wichtig ist. Die Messung der PSF erfolgt bevorzugt ortsabhängig, allerdings bevorzugt mit einer Auflösung, die deutlich kleiner ist als die Kameraauflösung. In order to keep the correction of optical errors of the extension particularly simple, the unit Smartphone and extension can have the possibility to measure the Point Spread Function (PSF), in order to remedy the optical errors software-wise retrospectively. This can save a lot of weight, which is always important for mobile devices. The measurement of the PSF is preferably location-dependent, but preferably with a resolution that is significantly smaller than the camera resolution.
Durch Wegfall des zweiten optischen Kanals und vorzugsweise auch der Bildaufrichtung ist die erfindungsgemäße Lösung deutlich leichter und Platz-sparender als die Verbindung-zum-Fern- glas-Lösung (Fall 2). In der Beschreibung steht der Begriff Smartphone oft stellvertretend sowohl für Smartphone als auch für andere mobile oder kompakte Geräte wie Laptop-PC oder Tablet-PC. By eliminating the second optical channel and preferably also the image erection, the solution according to the invention is significantly easier and more space-saving than the compound to the remote glass solution (case 2). In the description, the term smartphone is often representative of both smartphone and other mobile or compact devices such as a laptop PC or tablet PC.
Linsen und Linse-Spiegel-Kombinationen können durch nichtplane Spiegel ersetzt werden. Lenses and lens-mirror combinations can be replaced with non-plane mirrors.
Fig. 1 (a) Stand der Technik: Funktionsskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Kepler-Anordnung als Telefotolinse von der Seite her betrachtet. Fig. 1 (a) Prior art: Functional sketch smartphone with extension containing simple Kepler arrangement as a telephoto lens viewed from the side.
Fig. 1 (b) Stand der Technik: Ansichtskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Kepler-Anordnung  Fig. 1 (b) Prior art: View sketch smartphone with extension containing simple Kepler arrangement
Fig. 1 (c) Funktionsskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Galilei-Anordnung Fig. 2 Stand der Technik: Funktionsskizze Smartphone mit Fernglas  Fig. 1 (c) Function sketch Smartphone with extension containing simple Galilei arrangement Fig. 2 Prior art: Function sketch smartphone with binoculars
Fig. 3 Funktionsskizzen Smartphone mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete stationäre Kepler-Anordnung  Fig. 3 Funktionssskizzen smartphone with inventive extension containing folded stationary Kepler arrangement
(a) erste Lösung  (a) first solution
(b) zweite Lösung  (b) second solution
(c) dritte Lösung  (c) third solution
(d) vierte Lösung  (d) fourth solution
(e) erste Lösung für eher kleine Vergrößerungen  (e) first solution for rather small magnifications
(f erste Lösung für eher höhere Vergrößerungen  (f first solution for rather higher magnifications
(g) vereinfachte Lösung ohne Auskoppelspiegel  (g) simplified solution without output mirror
Fig. 4 Funktionsskizzen Smartphone mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete variable Kepler-Anordnung  Fig. 4 Funktionssskizzen smartphone with inventive extension containing folded variable Kepler arrangement
(a) Lösung mit Auskoppelspiegel  (a) Solution with output mirror
(b) vereinfachte Lösung ohne Auskoppelspiegel  (b) simplified solution without output mirror
Fig. 5 Funktionsskizze Laptop mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler- Anordnung  Fig. 5 Funktionssskizze laptop with inventive extension containing folded Kepler arrangement
Fig. 6 Funktionsskizze Tablet-PC mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler-Anordnung für die Front-Kamera  Fig. 6 Functional sketch tablet PC with inventive extension containing folded Kepler arrangement for the front camera
Fig. 7 Funktionsskizze Tablet-PC mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler-Anordnung für die hintere Kamera  Fig. 7 Functional sketch tablet PC with inventive extension containing folded Kepler arrangement for the rear camera
Fig 8 (a) Eine Lösung wie unter Fig. 3 (a) mit zusätzlicher Feldlinse  Fig. 8 (a) A solution as in Fig. 3 (a) with additional field lens
(b) Eine Lösung wie unter Fig. 3 (a) mit nicht-planem Spiegel  (b) A solution as in Fig. 3 (a) with non-planar mirror
Fig. 9 Funktionsskizze Smartphone mit erfindungsgemäßer Erweiterung, enthaltend dreimal gefaltete stationäre Kepler-Anordnung Fig. 9 Funktionsssizizze smartphone with inventive extension, containing three times folded stationary Kepler arrangement
Fig. 10 Bildschirmaufteilung des Smartphones für die unterstützende Software Fig. 11 Vorschlag für das Bedienfeld der Software Fig. 10 Screen layout of the smartphone for the supporting software Fig. 11 proposal for the control panel of the software
Fig. 12(a) einfacher Schieberegler Fig. 12 (a) simple slider
(b) kaskadierter Schieberegler  (b) cascaded slider
Fig. 13 Erfindungsgemäße Erweiterung mit speziell angepasster Geometrie für Gebrauch als Trefferanzeige auf einem Schießstand. Fig. 13 Extension according to the invention with specially adapted geometry for use as a hit display on a shooting range.
Fig. 1 (a) stellt schematisch die Funktion der Optik der Telefotoerweiterung 22 für Smartphone- kamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der optische Strahlengang am Ausgang der Kamera und innerhalb der gesamten Erweiterung zeigen in die gleiche Richtung und verlaufen entlang der optischen Achse 7 der Kamera und der optischen Achse 77 der Erweiterung, wobei die beiden optischen Achsen zusammenfallen. Die Optik der Erweiterung bildet hier ein Teleskop in Kepler- Anordnung mit einem Zwischenbild (nicht eingezeichnet) zwischen dem Okular 3 und dem Objektiv 4 und mit einer Bildumkehr. Die Anordnung enthält eine optische Vorrichtung, meist wieder zwischen dem Okular 3 und der Objektiv 4, zur Bildaufrichtung. Diese Bildumkehroptik ist hier nicht eingezeichnet. Die Bildaufrichtung kann auch im Smartphone Software-mäßig realisiert werden, ohne die schwere und teure Bildumkehroptik. Die Bildumkehroptik wird meist mit Prismen realisiert. Die Kepler- Anordnung wird bevorzugt bei höheren Vergrößerungen verwendet. Der Pfeil an der optischen Achse 7 deutet auch in den folgenden Abbildungen die Blickrichtung der Kamera an. 1 (a) schematically illustrates the function of the optics of the telephoto extension 22 for the smartphone camera 2 of a smartphone 1. The optical beam path at the exit of the camera and within the entire extension point in the same direction and extend along the optical axis 7 of FIG Camera and the optical axis 77 of the extension, wherein the two optical axes coincide. The optics of the extension here forms a telescope in Kepler arrangement with an intermediate image (not shown) between the eyepiece 3 and the lens 4 and with a picture reversal. The arrangement includes an optical device, usually again between the eyepiece 3 and the lens 4, for image erection. This image reversal optics is not shown here. The image erection can also be implemented in the smartphone software, without the heavy and expensive Bildumkehroptik. The image reversal optics is usually realized with prisms. The Kepler arrangement is preferably used at higher magnifications. The arrow on the optical axis 7 also indicates the viewing direction of the camera in the following figures.
Fig. 1 (b) stellt schematisch das Aussehen der Gesamtanordnung aus dem Smartphone 1 und der Telefotoerweiterung 22 innerhalb des dazugehörigen Gehäuses 34 dar. Die Befestigungsvorrichtung für die Erweiterung wurde der Einfachheit halber nicht dargestellt. Fig. 1 (b) schematically illustrates the appearance of the overall arrangement of the smartphone 1 and the telephoto extension 22 within the associated housing 34. The attachment device for the extension has not been shown for the sake of simplicity.
Fig. 1 (c) stellt schematisch die Funktion der Telefotoerweiterung 23 für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 ähnlich der Fig. 1 (a) dar. Hier wurde allerdings statt der Kepler-Anord- nung 22 die Galilei-Anordnung 23 mit Okular 3 und Objektiv 4 und optischer Achse 7 / 77 dargestellt. Die Galilei-Anordnung hat zwar den Vorteil, dass sie deutlich kürzer ausgelegt werden kann, weil sie kein Zwischenbild aufweist. Der entscheidende Nachteil der Galilei-Anordnung ist allerdings die Tatsache, dass sie nur mit großem Aufwand Vergrößerungen um mehr als Faktor 3 erlaubt, wohingegen die Kepler- Anordnung deutlich höhere Vergrößerungsfaktoren erlaubt. Es ist nicht bekannt, ob die Galilei-Anordnung überhaupt im Markt angeboten wird. Sie unterscheidet sich von der Kepler- Anordnung durch ein Okular 3 mit negativer Brechkraft. Es findet keine Bildumkehr statt und es entsteht kein Zwischenbild. FIG. 1 (c) schematically illustrates the function of the telephoto extension 23 for the smartphone camera 2 of a smartphone 1, similar to FIG. 1 (a). Here, however, instead of the Kepler arrangement 22, the Galilei arrangement 23 with eyepiece 3 and objective became 4 and optical axis 7/77. Although the Galilei arrangement has the advantage that it can be designed significantly shorter because it has no intermediate image. The decisive disadvantage of the Galilei arrangement, however, is the fact that it allows enlargement by more than a factor of 3 only with great effort, whereas the Kepler arrangement allows significantly higher magnification factors. It is not known if the Galileo order is even offered in the market. It differs from the Kepler arrangement by an eyepiece 3 with negative refractive power. There is no image reversal and there is no intermediate image.
Fig. 2 stellt schematisch die Anordnung mit Fernglas 24 dar (Fall 2). Vor der Kamera 2 des Smartphones 1 ist ein optischer Kanal 33 von den beiden optischen Kanälen 33 und 33' mit den optischen Achsen 7 und T des Fernglases 24 angeordnet. Die optischen Kanäle sind als Kepler- Teleskope jeweils mit Okular 3 und 3' und Objektiv 4 und 4' ausgebildet. Die Bildumkehr der Anordnung wird jeweils mit der korrespondierenden Bildumkehrvorrichtung 11 und 11 ' rückgängig gemacht, was bei dem üblichen Nutzungszweck sinnvoll ist. Bei Benutzung mit der Smartphonekamera kann die Bildumkehr Hardware-los Sofware-mäßig im Smartphone erfolgen, somit ist die schwere Bildumkehrvorrichtung überflüssig, genauso wie ein zweiter optischer Kanal. Fig. 2 schematically illustrates the arrangement with binoculars 24 (Case 2). In front of the camera 2 of the Smartphones 1, an optical channel 33 of the two optical channels 33 and 33 'with the optical axes 7 and T of the binoculars 24 is arranged. The optical channels are designed as Kepler telescopes each with eyepiece 3 and 3 'and lens 4 and 4'. The image reversal of the arrangement is reversed in each case with the corresponding image reversing device 11 and 11 ', which makes sense in the usual purpose of use. When used with the smartphone camera, the image reversal hardware-free software can be done in the smartphone, so the heavy image reversal device is redundant, as well as a second optical channel.
Fig. 3 (a) stellt schematisch eine erfindungsgemäße optische Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der optische Strahlengang mit der optischer Achse 7 mit den Teilstücken 8, 9 und 10 wurde mit Hilfe der Spiegel (es könnten auch Prismen sein, allgemein: Umlenkvorrichtungen) 5 und 6 gefaltet, so dass der optische Strahlengang anfangs im Teilstück 8 im Wesentlichen senkrecht zu der Smartphoneoberfläche verläuft, dann aber im Teilstück 9 im Wesentlichen entlang der Smartphoneoberfläche, auch wenn nicht unbedingt parallel dazu. Da die optischen Achsen der Strahlengänge der Kamera und der Erweiterung im Wesentlichen deckungsgleich verlaufen, wurde hier auf eine Unterscheidung verzichtet. Die Anordnung der optischen Elemente ist hier in folgender Reihenfolge: der Kamera folgt das Okular der Erweiterung, dann der erste Umlenkspiegel 5, der zweite Umlenkspiegel 6 und dann das Objektiv 4. Der Eingang der Erweiterung ist also die optische Öffnung des Gerätes durch die der„Kamerablick" in das Gerät eindringt und der Ausgang des Gerätes ist die optische Öffnung des Gerätes durch die der„Kamerablick" das Gerät verlässt. Der Eingang und der Ausgang des Gerätes sind also durch die Blickrichtung (entgegen der Richtung der optischen Strahlung) definiert. Der Eingang ist somit Okular-seitig, der Ausgang Objektiv-seitig. Die optische Öffnung könnte einfach eine mechanische Öffnung (ein Loch) oder ein (Glas)Fenster oder eine Linse sein. Um Zeichnungen einfach zu halten wurden zu den optischen Strahlengängen nur die optischen Achsen gezeichnet. Die Strahlengänge werden mit den gleichen Referenzzahlen wie die dazugehörigen optischen Achsen bzw. Teilachsen bezeichnet. Fig. 3 (a) schematically illustrates an optical extension according to the invention for smart phone camera 2 of a smartphone 1. The optical beam path with the optical axis 7 with the sections 8, 9 and 10 was by means of the mirrors (it could also be prisms, in general: Deflection devices) 5 and 6 folded, so that the optical beam path initially in the section 8 is substantially perpendicular to the smartphone surface, but then in section 9 substantially along the smartphone surface, although not necessarily parallel thereto. Since the optical axes of the beam paths of the camera and the extension are essentially congruent, a distinction was made here. The arrangement of the optical elements is here in the following order: the camera follows the eyepiece of the extension, then the first deflection mirror 5, the second deflection mirror 6 and then the lens 4. The entrance of the extension is thus the optical opening of the device by the " Camera view "penetrates into the device and the output of the device is the optical opening of the device through the" camera view "leaves the device. The input and the output of the device are thus defined by the viewing direction (contrary to the direction of the optical radiation). The input is thus eyepiece-sided, the output lens-side. The optical aperture could simply be a mechanical aperture (a hole) or a (glass) window or lens. In order to keep drawings simple, only the optical axes were drawn to the optical beam paths. The beam paths are denoted by the same reference numbers as the associated optical axes or sub-axes.
Fig. 3 (b) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der einzige Unterschied zu der Variante in Fig. 3 (a) ist, dass das Objektiv 4 vor und nicht hinter dem Spiegel 6 angeordnet ist. FIG. 3 (b) schematically illustrates another possibility of the optical expansion according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1. The only difference from the variant in FIG. 3 (a) is that the objective 4 is arranged in front of and not behind the mirror 6 is.
Fig. 3 (c) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der einzige Unterschied zu der Vari- ante in Fig. 3 (a) ist, dass das Okular 3 hinter und nicht vor dem Spiegel 5 angeordnet ist. FIG. 3 (c) schematically illustrates a further possibility of the optical extension according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1. The only difference to the variant Ante in Fig. 3 (a) is that the eyepiece 3 is located behind and not in front of the mirror 5.
Fig. 3 (d) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Hier ist das Okular 3 hinter dem Spiegel 5 und das Objektiv 4 vor dem Spiegel 6 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders geeignet, die Linsen 3 und 4 rotierbar zu lagern und somit einen Kepler- Vergrößerungswechsler zu realisieren. Der bewegliche Vergrößerungswechsler kann auch um weitere stationäre Optiken, vorzugsweise außerhalb des eigentlichen Wechslers, erweitert werden. FIG. 3 (d) schematically illustrates another possibility of the optical expansion according to the invention for the smartphone camera 2 of a smartphone 1. Here, the eyepiece 3 is arranged behind the mirror 5 and the objective 4 in front of the mirror 6. This arrangement is particularly suitable for rotatably supporting the lenses 3 and 4 and thus realizing a Kepler magnification changer. The movable magnification changer can also be extended by further stationary optics, preferably outside the actual changer.
Fig. 3 (e) entspricht im Wesentlichen der Fig. 3 (a), es ist nur deutlicher herausgestellt, dass das Strahlengang-Teilstück 9 nicht notwendigerweise parallel zur Smartphone-Oberfläche verlaufen muss, sondern kann sich dem Smartphone zwischen den Spiegeln 5 und 6 nähern. Dieser Fall wird bevorzugt bei kleineren Vergrößerungen vorkommen. Es ist klar, dass hier die Spiegel nicht mehr unter dem Winkel von 45° zum Smartphone stehen. 3 (e) substantially corresponds to FIG. 3 (a), it is only more clearly pointed out that the beam path section 9 does not necessarily have to run parallel to the smartphone surface, but can face the smartphone between the mirrors 5 and 6 approach. This case will preferably occur at smaller magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.
Fig. 3 (f) entspricht im Wesentlichen der Fig. 3 (a), es ist nur deutlicher herausgestellt, dass das Strahlengang-Teilstück 9 nicht notwendigerweise parallel zur Smartphone-Oberfläche verlaufen muss, sondern kann sich von dem Smartphone zwischen den Spiegeln 5 und 6 entfernen. Dieser Fall wird bevorzugt bei größeren Vergrößerungen vorkommen. Es ist klar, dass hier die Spiegel nicht mehr unter dem Winkel von 45° zum Smartphone stehen. Fig. 3 (f) substantially corresponds to Fig. 3 (a), it is only more clearly shown that the beam path portion 9 does not necessarily have to run parallel to the smartphone surface, but can be from the smartphone between the mirrors 5 and 6 remove. This case will preferably occur at larger magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.
Fig. 3 (g) entspricht im Wesentlichen der Fig. 3 (b), es wurde lediglich der Umlenkspiegel 6 weggelassen, so dass der optische Strahlengang nicht wieder in Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Smartphone umgelenkt wird, sondern weiter im Wesentlichen entlang des Smartphones verläuft. Diese Lösung bietet sich z. B. an, wenn man nach oben fotografieren will (z. B. Hochhäuser, Flugzeuge, Bäume) ohne das Smartphone dabei über dem Kopf halten zu müssen. 3 (g) essentially corresponds to FIG. 3 (b), only the deflecting mirror 6 has been omitted, so that the optical beam path is not redirected again in the direction substantially perpendicular to the smartphone, but continues to run essentially along the smartphone , This solution offers z. For example, if you want to photograph upstairs (eg skyscrapers, airplanes, trees) without having to hold the smartphone over your head.
Die erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 wurden in Fig. 3 an Hand eines Kepler-Fernrohres dargestellt. Genauso gut hätte es ein Galilei- Fernrohr sein können. Ebenso hätte es eine Mikroskop- Anordnung sein können, dabei würde man möglicherweise eine abweichende Anzahl von Optiken benutzen. Eine Linse steht in diesem Dokument oft für eine Linsengruppe. Alle gefalteten Erweiterungen fallen in den Schutzbereich der Erfindung. Es ist noch anzumerken, dass alle Lösungen in Fig. 3 und den nachfolgenden Abbildungen eine Hardware-mäßige Bildumkehr, z. B. durch geeignete Prismenanordnung (11 in Fig. 2), enthalten können. Bevorzugt werden allerdings Lösungen mit Software- Bilddrehung und ohne Hardware-mäßige Bilddrehung, weil man damit sehr flexibel auf die An- zahl der Spiegel und die Smartphone-Lage (normal,„auf dem Kopf',...) eingehen kann. Des Weiteren wird dadurch an Gewicht, Bauteilen und somit Geld gespart, der Justier- und Produktionsaufwand sind geringer, die Absorptions-, Streu- und Reflexionsverluste fallen ebenfalls geringer aus und es gibt weniger Probleme mit dem Streulicht. Nur bei besonders zeitkritischen Anwendungen sind Hardware-Lösungen von Vorteil. The optical extension according to the invention for smartphone camera 2 of a smartphone 1 were shown in Fig. 3 on the basis of a Kepler telescope. It could just as well have been a Galilean telescope. Likewise, it could have been a microscope arrangement, possibly using a different number of optics. A lens in this document often stands for a lens group. All folded extensions are within the scope of the invention. It should also be noted that all solutions in FIG. 3 and the following figures show a hardware-like image reversal, e.g. B. by suitable prism arrangement (11 in Fig. 2) may contain. However, solutions with software image rotation and without hardware-specific image rotation are preferred because it allows very flexible adaptation to the number of mirrors and the smartphone location (normal, "upside down", ...) can go down. Furthermore, this saves weight, components and thus money, the adjustment and production costs are lower, the absorption, scattering and reflection losses are also lower and there are fewer problems with the scattered light. Hardware solutions are only an advantage for particularly time-critical applications.
Fig. 4 (a) zeigt eine der in Fig. 3 (a) ähnliche Anordnung. In Fig. 4 (a) sind allerdings die optischen Elemente zumindest teilweise beweglich, wobei neben Translation ausdrücklich auch die Rotation gemeint sein kann. Beispielsweise kann der Spiegel 5 rotieren und der Spiegel 6 sowohl rotiert wie auch verschoben werden. Auch Linse 4 kann bewegt werden. Die Bewegung der optischen Elemente kann miteinander gekoppelt werden, um jederzeit die optimale Ausrichtung der optischen Elemente ohne weitere Justage gewährleisten zu können. Die Bewegungsmöglichkeit wurde durch Pfeile angedeutet. Fig. 4 (a) shows one of the arrangement similar to Fig. 3 (a). In Fig. 4 (a), however, the optical elements are at least partially movable, which in addition to translation expressly also the rotation may be meant. For example, the mirror 5 can rotate and the mirror 6 both rotated and moved. Also lens 4 can be moved. The movement of the optical elements can be coupled together in order to be able to ensure the optimum alignment of the optical elements at any time without further adjustment. The possibility of movement was indicated by arrows.
Eine mögliche Anwendung dieser Lösung wäre ein Gerät für Beobachtung von Himmelskörpern. Sie könnte durch einen optionalen Stativ, eine Software auf dem Smartphone, um z. B. Mechanik zu steuern oder Position- und/oder Ausrichtungsbestimmung ergänzt werden und würde eine sehr kompakte mobile astronomische Einheit bilden. Durch die sehr kleine Ausgangspupille der Smartphonekamera würden die anderen Optiken ebenfalls sehr kompakt ausfallen. A possible application of this solution would be a device for observation of celestial bodies. You could by an optional tripod, a software on the smartphone to z. As mechanics to control or position and / or orientation determination be supplemented and would form a very compact mobile astronomical unit. Due to the very small exit pupil of the smartphone camera, the other optics would also be very compact.
In der Lösung aus Fig. 4 (b) wurde der zweite Umlenkspiegel 6 weggelassen. Astronomische Anwendungen sind ebenfalls möglich, man ist aber nicht ganz so flexibel mit dem Einstellen des Winkels des Displays und der Beobachtungsrichtung, allerdings wird so ein Spiegel und einiges an Mechanik eingespart. In the solution of Fig. 4 (b), the second deflecting mirror 6 has been omitted. Astronomical applications are also possible, but it is not quite as flexible with adjusting the angle of the display and the direction of observation, but so a mirror and a lot of mechanics is saved.
Fig. 5 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Laptop-PC 1, bestehend aus Teil Γ, gewöhnlich mit Tastatur, und Teil 1", gewöhnlich mit einem Bildschirm. Es wird erreicht, dass die Webcam 2 nicht zum Bediener sonder von ihm weg blickt, in dem die optische Achse 7 mit den Teilstücken 8, 9 und 10 über die Umlenkspiegel 5 und 6 hinter den Laptop-PC umgelenkt wird. Werden die Linsen 3 und 4 weggelassen, bleibt die Vergrößerung der Kamera erhalten, mit den Linsen gibt es bevorzugt eine höhere Vergrößerung. Diese Lösung ist praktisch, wenn man mit der Laptop-Kamera Aufnahmen am Bildschirm kontrollieren möchte ohne selbst im Bild zu sein. Einige optische Elemente, vorzugsweise Spiegel 5 und 6 und die Linse 4, werden bevorzugt beweglich ausgeführt, weil der Winkel zwischen den Laptop-Teilen Γ und 1" selten ein rechter Winkel ist. Dieser Winkel wird meist variabel eingestellt, somit sollte die Erweiterung bezüglich der Strahlführung einstellbar sein. Dies kann aber z. B. für die Fälle entfallen, wo der Winkel zwischen den Laptop- Teilen Γ und 1" bekannt ist (z. B. besonders ergonomischer oder bevorzugter Winkel) und die Strahlführung in der Erweiterung fest darauf eingestellt wird, so dass die optischen Elemente nicht bewegt werden müssen. 5 shows a further variant of the optical extension according to the invention, here for a laptop PC 1, consisting of part Γ, usually with keyboard, and part 1 ", usually with a screen It is achieved that the webcam 2 is not the operator but looking away from him, in which the optical axis 7 is deflected with the sections 8, 9 and 10 via the deflecting mirrors 5 and 6 behind the laptop PC.When the lenses 3 and 4 are omitted, the magnification of the camera is maintained with This solution is convenient if you want to control images on the screen with the laptop camera without being in the picture yourself.Some optical elements, preferably mirrors 5 and 6 and the lens 4, are preferably movable executed because the angle between the laptop parts Γ and 1 "is rarely a right angle. This angle is usually variable set, so the extension should be adjustable with respect to the beam guidance. This can but z. Example, for the cases where the angle between the laptop parts Γ and 1 "is known (eg., Particularly ergonomic or preferred angle) and the beam guide in the extension is fixed to it, so that the optical elements does not move Need to become.
Fig. 6 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Tablet-PC 1 mit der Front-Kamera 2' (auf der Display-Seite). Der Strahlengang ist ähnlich wie in Fig. 5, der Winkel zwischen den Teilstücken 8 und 10 der optischen Achse 7 ist aber von vornherein ungleich Null, im Unterschied zu Fig. 5, wo beide Teilstücke 8 und 10 parallel zueinander verlaufen. Auch hier können die Linsen 3 und 4 weggelassen werden, um die Vergrößerung bei 1 zu belassen. Eine flexible Lösung enthält zumindest ein bewegliches optisches Element. FIG. 6 shows a further variant of the optical extension according to the invention, here for a tablet PC 1 with the front camera 2 '(on the display side). The beam path is similar to that in FIG. 5, but the angle between the sections 8 and 10 of the optical axis 7 is non-zero from the outset, in contrast to FIG. 5, where both sections 8 and 10 are parallel to each other. Again, the lenses 3 and 4 can be omitted to leave the magnification at 1. A flexible solution contains at least one movable optical element.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Tablet-PC 1 mit der hinteren Kamera 2" (auf der Display abgewandter Seite). Auch hier lassen sich mit den optischen Elementen bevorzugt die Teilstücke 9 und 10 der optischen Achse 7 bewegen, wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet. Diese Lösung wird bevorzugt bei höheren Vergrößerungen verwendet. Für niedrigere Vergrößerungen und Vergrößerung 1, kann die Erweiterung um das Teilstück 8 der optischen Achse 7 um 180° gedreht werden, da in diesem Falle das Teilstück 9 der optischen Achse relativ kurz ausfällt. 7 shows a further variant of the optical extension according to the invention, in this case for a tablet PC 1 with the rear camera 2 "(side facing away from the display.) Here, too, the sections 9 and 10 of the optical axis can be used with the optical elements 7, as indicated by the dashed arrows This solution is preferably used at higher magnifications For lower magnifications and magnification 1, the extension around the section 8 of the optical axis 7 can be rotated by 180 °, since in this case the section 9 the optical axis is relatively short.
Wird die Lösung in Fig. 4 (a) ohne bewegliche Teile ausgeführt, kann sie jeweils für spezielle Aufgaben verwendet werden, z. B. Fotografieren mit einem Tablet-PC. Wegen der Größe und des Gewichts kann ein Tablet-PC nicht unbedingt zum Fotografieren hochgehalten werden. Damit man das Display immer noch benutzen kann, wird das Tablet unter einem Winkel gehalten und die Kameraachse durch die Erweiterung umgelenkt, s. Fig. 7. Es ist denkbar, die Erweiterung auch ohne Linsen und nur mit Spiegeln zu benutzen, um alleine eine ergonomische Position beim Fotografieren zu erreichen. If the solution is performed in Fig. 4 (a) with no moving parts, it can be used for specific tasks, e.g. B. Taking pictures with a tablet PC. Because of the size and weight, a tablet PC may not necessarily be held up for taking pictures. In order to still be able to use the display, the tablet is held at an angle and the camera axis is deflected by the extension, s. It is conceivable to use the extension without lenses and only with mirrors to achieve an ergonomic position when photographing alone.
Die optische Achse 7 der Erweiterung mit den Teilstücken 8, 9 und 10 verläuft bevorzugt in einer Ebene. Es sind aber Anwendungen denkbar, wo die Teilstücke nicht in einer Ebene verlaufen. Die Auswirkungen sind Parallelversatz der Bildachse und/oder Bilddrehung des Kamerabildes. Beide Auswirkungen können bei Bedarf Software-mäßig korrigiert werden. The optical axis 7 of the extension with the sections 8, 9 and 10 preferably extends in a plane. However, applications are conceivable where the sections do not run in one plane. The effects are parallel offset of the image axis and / or image rotation of the camera image. Both effects can be software-corrected if necessary.
Die Erweiterung bzw. das Verbindungsstück zum Smartphone enthält vorzugsweise eine mechanische Schnittstelle zu einem Stativ oder einer anderen Befestigungsmöglichkeit ausgebildet vorzugsweise standardmäßig als Innengewinde. Unabhängig davon können Teile der Erweiterung oder des Verbindungsstücks zum Smartphone dazu ausgebildet sein, die Lage der Gesamtanordnung aus der Erweiterung und dem Smartphone im Raum kontrolliert zu verändern oder festzuhalten. The extension or the connector to the smartphone preferably includes a mechanical interface to a tripod or other mounting option formed preferably as standard as internal thread. Regardless, parts of the extension or the connector to the smartphone may be designed to change the location of the overall arrangement of the extension and the smartphone in the room controlled to change or hold.
Das Okular der Erweiterung kann aus mehr als einer Linse bestehen, z. B. um Sichtfeld oder FOV (Field Of View) zu vergrößern oder um optische Fehler zu korrigieren oder beides. Ebenfalls kann das Objektiv aus mehr als einer Linse bestehen, hier eher um optische Fehler zu korrigieren. Oft verwendete Okulare enthalten zwei Linsen: die eigentliche Okularlinse und eine Feldlinse. Diese Linsen sind meist räumlich getrennt. Für noch größere FOV und bessere optische Qualität können noch weitere Linsen hinzukommen. Damit unsere Anordnung möglichst kompakt ist, können die Linsen so beabstandet sein, dass der erste Spiegel 5 (in Fig. 8 (a)) zwischen den Okularlinsen, hier 3' und 3", liegt und unsere Anordnung z. B. wie in Fig. 8 (a) aussieht. Gelingt es nicht, den Spiegel zwischen den Okularlinsen zu positionieren, wächst die Höhe der Anordnung unnötig an, weil der Spiegel erst nach den Okularlinsen positioniert werden kann und die Kompaktheit teilweise verloren geht. Fig. 8 (a) entspricht der Anordnung aus Fig. 3 (a) bis auf die neu hinzugekommene Feldlinse 3". So blickt die Kamera 2 des Smartpho- nes 1 durch die Okularlinse 3' in Richtung 8 auf den Umlenkspiegel 5, wo die Strahlrichtung umgelenkt wird. Dann geht es durch die Linse 3" in Richtung 9 auf den Umlenkspiegel 6, wo die Strahlrichtung umgelenkt wird und dann durch das Objektiv 4 in Richtung 10, in die die Erweiterung verlassen wird. The eyepiece of the extension may consist of more than one lens, eg. To increase field of view or FOV (field of view) or to correct optical errors or both. Also, the lens may consist of more than one lens, here rather to correct optical errors. Frequently used eyepieces contain two lenses: the actual eyepiece lens and a field lens. These lenses are usually spatially separated. For even larger FOV and better optical quality, additional lenses can be added. In order for our arrangement to be as compact as possible, the lenses may be spaced such that the first mirror 5 (in Fig. 8 (a)) lies between the eyepiece lenses, here 3 'and 3 ", and our arrangement is, for example, as shown in Fig If the mirror does not succeed in positioning the mirror between the eyepiece lenses, the height of the assembly will increase unnecessarily because the mirror can only be positioned after the eyepiece lenses and the compactness is partially lost Fig. 8 (a). corresponds to the arrangement of Fig. 3 (a) except for the newly added field lens 3 ". Thus, the camera 2 of the smartphone 1 looks through the eyepiece lens 3 'in the direction 8 onto the deflection mirror 5, where the beam direction is deflected. Then it goes through the lens 3 "in the direction 9 on the deflection mirror 6, where the beam direction is deflected and then through the lens 4 in the direction 10, in which the extension is left.
Die Spiegel brauchen nicht unbedingt nur plan zu sein, sondern können auch„Brechkraft" („optical power") aufweisen. Damit könnte z. B. zumindest ein Teil der Aufgabe der Feldlinse oder des eigentlichen Okulars durch einen Spiegel übernommen werden, s. Fig 8 (b), wo der Spiegel 5 als Konkavspiegel ausgebildet ist. Der Spiegel kann natürlich auch ein Freiformspiegel oder Konvexspiegel sein. Wiederum blickt also die Kamera 2 des Smartphones 1 durch die Okularlinse 3' in Richtung 8 auf den hier nicht-planen Umlenkspiegel 5, wo die Strahlrichtung umgelenkt wird. Dann geht es durch die Linse 3" in Richtung 9 auf den Umlenkspiegel 6, wo die Strahlrichtung umgelenkt wird und dann durch das Objektiv 4 in Richtung 10, in die die Erweiterung verlassen wird. Die Linsen 3' und 3" sind in diesem Falle optional. Sie können auch als Negativlinsen, trotz Darstellung als Positivlinsen, ausgebildet sein. The mirrors do not necessarily have to be flat, but can also have "optical power". This could be z. B. at least part of the task of the field lens or the actual eyepiece are taken over by a mirror, s. 8 (b), where the mirror 5 is designed as a concave mirror. Of course, the mirror can also be a free-form mirror or convex mirror. Thus, the camera 2 of the smartphone 1 again looks through the eyepiece lens 3 'in the direction 8 onto the non-planar deflection mirror 5, where the beam direction is deflected. Then it passes through the lens 3 "in the direction 9 to the deflection mirror 6, where the beam direction is deflected and then through the lens 4 in the direction 10, in which the extension is left. The lenses 3 'and 3" are optional in this case , They can also be designed as negative lenses, despite their presentation as positive lenses.
Für die Korrektur der optischen Fehler können auch die praktisch volumenlosen diffraktiven Linsen (Linsen, die durch Diffraktive Optische Elemente, DOEs realisiert werden) benutzt wer- den. Sie bieten sich für solche platzkritischen Anwendungen an. Sie könnten insbesondere in einer Version der erfindungsgemäßen Erweiterung Verwendung finden, die als Treffeanzeige für Sportschützen dient. Wegen des hier geringen Sichtfeldes (FOV) können die dabei auftretenden „Geisterflecke" („ghost spots") möglicherweise außerhalb des interessanten Bereichs gelegt werden. Sie können auch verhältnismäßig einfach durch geeignete Software wegkorrigiert werden, weil das aufgenommene Bild (der Zielscheibe) bis auf wenige Stellen (Treffer) sehr gut bekannt ist. For the correction of the optical defects, it is also possible to use the virtually volume-free diffractive lenses (lenses which are realized by diffractive optical elements, DOEs). the. They are suitable for such space-critical applications. You could find particular use in a version of the expansion according to the invention, which serves as a hit indicator for sports shooters. Because of the low field of view (FOV), the resulting "ghost spots" may possibly be placed outside the area of interest. They can also be corrected relatively easily by suitable software, because the recorded image (the target) is very well known except for a few places (hits).
Es ist denkbar, den Strahlengang mehr als nur einmal oder zweimal zu falten, z. B. dreimal oder viermal, um geeignet lange optische Wege, insbesondere für höhere Vergrößerungen, zu erzeugen. Dabei kann ein oder mehrere Spiegel oder Prismen im Wesentlichen senkrecht auf der Smartphoneebene stehen. So können nicht nur ein sondern mehrere Teile des Strahlenganges im Wesentlichen parallel (<30°, bevorzugt <10°) zur Smartphoneebene geführt werden, s. Fig. 9(a), (b) und (c), wo durch dreimaliges Falten drei Teile des optischen Strahlenganges entlang der Smartphoneebene verlaufen. It is conceivable to fold the beam path more than once or twice, for. B. three times or four times to produce suitable long optical paths, especially for higher magnifications. In this case, one or more mirrors or prisms can be substantially perpendicular to the smartphone level. Thus, not only one but several parts of the beam path can be guided substantially parallel (<30 °, preferably <10 °) to the smartphone level, s. Fig. 9 (a), (b) and (c), where by folding three times three parts of the optical beam path along the smartphone plane.
Fig. 9 (a) zeigt eine Seitenansicht der Anordnung, wobei nur die dem Betrachter nächsten Teile dargestellt worden sind, die sich in Fig. 9 (c) unterhalb der gedachten Trennlinie 100 befinden.- Dieser Teil gleicht anfangs (kommend von der Kamera 2 des Smartphones 1 in Richtung 8 durch die Okularlinse 3 auf den Umlenkspiegel 5 und dann in Richtung 7) den Anordnungen aus Fig. 3 (a) und Fig. 3 (g). Der Spiegel 6 lenkt den Strahlengang aber hier nicht vom Smart- phone 1 weg, sondern wiederum entlang des Smartphones, allerdings unter einem Winkel von 90°. Dieser Winkel von 90° ist zwar naheliegend, aber nicht zwingend notwendig. Der Spiegel 6 (und 6') selbst steht jetzt im Wesentlichen senkrecht auf die Smartphoneebene. Der weitere Verlauf des Strahlenganges lässt sich am besten an Hand der Fig. 9 (c) verfolgen: Der in Richtung T durch den Umlenkspiegel 6 umgelenkte Strahlengang trifft auf den Umlenkspiegel 6' und wird wieder in Richtung 7" umgelenkt, passiert das Objektiv 4 und verlässt die Anordnung. Fig. 9 (a) shows a side view of the arrangement, showing only the next parts to the viewer, which are located in Fig. 9 (c) below the imaginary parting line 100. This part initially resembles (coming from the camera 2 of the smartphone 1 in the direction 8 through the eyepiece lens 3 on the deflection mirror 5 and then in the direction 7) the arrangements of Fig. 3 (a) and Fig. 3 (g). However, the mirror 6 does not direct the beam path away from the smartphone 1 here, but again along the smartphone, but at an angle of 90 °. Although this angle of 90 ° is obvious, it is not absolutely necessary. The mirror 6 (and 6 ') itself is now substantially perpendicular to the smartphone level. The further course of the beam path can best be followed with reference to FIG. 9 (c): the beam path deflected in the direction T by the deflection mirror 6 strikes the deflection mirror 6 'and is deflected again in direction 7 ", the objective 4 and leaves the arrangement.
Fig. 9 (b) zeigt eine Seitenansicht der Anordnung, wobei nur die dem Betrachter ferne Teile dargestellt worden sind, die sich in Fig. 9 (c) oberhalb der gedachten Trennlinie 100 befinden und es wird in Richtung T geschaut. Der Umlenkspiegel 6' lenkt den Strahlengang in Richtung 7" um, dieser passiert das Objektiv 4 und verlässt die Anordnung. Fig. 9 (b) shows a side view of the arrangement with only the parts remote from the observer shown in Fig. 9 (c) above the imaginary parting line 100 and looking in the direction T. The deflection mirror 6 'deflects the beam path in the direction 7 ", this passes through the lens 4 and leaves the arrangement.
Aus den Zeichnungen geht es bereits hervor, dass bevorzugter Weise der Strahlengang der Erweiterung im Wesentlichen über der Smartphoneebene verläuft und dass bevorzugt die Länge und die Breite des Gerätes kleiner sind als die Länge und die Breite des Smartphones. Dies er- gibt sich aus der Forderung nach Kompaktheit der Gesamtanordnung. Auch zeigt der erste umgelenkte Teil des Beobachtungsstrahlenganges (verläuft von der Kamera weg in Blickrichtung der Kamera) bevorzugt zum am weitesten entfernten Rand des Smartphones (s. Fig. 9 (c)) oder zu dem zweitweitesten Rand, selten zum nächsten Rand. So lassen sich schon von Anfang an lange optische Wege realisieren, bevor man ein weiteres mal falten muss. Lange optische Wege entlang des Smartphones sind nicht so störend und beeinflussen die Kompaktheit nicht so negativ wie Wege oder Teile, die vom Smartphone weg zeigen. Diese sollten deutlich unter 50% gehalten werden, bevorzugt unter 30%, weiter bevorzugt unter 20%. Die Länge der ersten optischen Teilachse 8 zwischen dem Eingang des Gerätes und der ersten Umlenkvorrichtung 5 ist bevorzugt kleiner als die Länge mindestens einer weiteren optischen Teilachse, weiter bevorzugt kleiner als die Hälfte der Länge einer weiteren Teilachse. Die erste optische Teilachse steht bevorzugt unter einem Winkel zwischen 75° und 105°, weiter bevorzugt unter einem Winkel zwischen 85° und 95°, auf eine weitere optische Teilachse. From the drawings, it is already apparent that preferably the beam path of the extension extends substantially above the smartphone level and that preferably the length and the width of the device are smaller than the length and the width of the smartphone. This arises from the demand for compactness of the overall arrangement. Also, the first deflected part of the observation beam path (extending away from the camera in the direction of the camera) preferably faces the farthest edge of the smartphone (see Fig. 9 (c)) or the second-most edge, rarely the next edge. This way you can realize long optical paths right from the beginning, before you have to fold again. Long optical paths along the smartphone are not so annoying and do not affect the compactness as negatively as paths or parts that point away from the smartphone. These should be kept well below 50%, preferably below 30%, more preferably below 20%. The length of the first partial optical axis 8 between the input of the device and the first deflection device 5 is preferably smaller than the length of at least one further partial optical axis, more preferably smaller than half the length of a further partial axis. The first partial optical axis is preferably at an angle between 75 ° and 105 °, more preferably at an angle between 85 ° and 95 °, on a further partial optical axis.
Alle hier vorgestellten Varianten und Teilvarianten können selbstverständlich miteinander kombiniert oder durcheinander ersetzt werden. Auch solche Lösungen fallen in den Schutzbereich der Anmeldung. Of course, all variants and partial variants presented here can be combined or replaced with each other. Such solutions also fall within the scope of the application.
Das erfindungsgemäße Gerät muss fest und reproduzierbar am Smartphone befestigt werden können. Dazu weist das Gerät bevorzugt eine Koppel-Mechanik auf, die direkt das Smartphone aufnimmt oder indirekt eine mechanische Verbindung zum Smartphone herstellt, indem die Mechanik an eine Smartphone- Aufnahmevorrichtung koppelt. Diese Smartphone- Aufnahmevorrichtung könnte auch als Smartphone-Hülle dienen. Diese Koppel-Mechanik könnte z. B. eine Schwalbenschwanz- oder eine andere Führung sein, bevorzugt mit Klickverschluss. Eine solche Verbindung wäre fest, robust und schnell. The device according to the invention must be firmly and reproducibly attached to the smartphone. For this purpose, the device preferably has a coupling mechanism which directly receives the smartphone or indirectly establishes a mechanical connection to the smartphone by coupling the mechanism to a smartphone receiving device. This smartphone cradle could also serve as a smartphone case. This coupling mechanism could z. B. be a dovetail or another guide, preferably with click closure. Such a connection would be solid, robust and fast.
Außer für Teleobjektivfunktion, Astronomie und Naturbeobachtung eignen sich insbesondere die Anordnungen aus Fig. 3 (g) und Fig. 9 auch für Sportschützen als Trefferanzeige. Wegen der großen Entfernung und der relativ kleinen Zielscheibe ist es ratsam zusätzlich zum Teleobjektiv das Digitalzoom zu benutzen, um die Treffer optimal wahrnehmen zu können. Dabei ist das Digitalzoom vorzugsweise aus dem Bereich Faktor 2 bis 20, weiter bevorzugt aus dem Bereich 4 bis 10. Der Vergrößerungsfaktor des Teleobjektivs wird vorzugsweise so gewählt, dass Except for telephoto function, astronomy and nature observation in particular the arrangements of Fig. 3 (g) and Fig. 9 are also suitable for sport shooters as a hit display. Because of the long distance and the relatively small target, it is advisable to use the digital zoom in addition to the telephoto lens in order to optimally perceive the hits. In this case, the digital zoom is preferably from the range factor 2 to 20, more preferably from the range 4 to 10. The magnification factor of the telephoto lens is preferably selected such that
M,ele X Mdigj / FOV für den lOm-Schießstand in etwa 1,33 (von 0,66 bis 2,66), für den 25m-Stand um 1,1 (von 0,55 bis 2,2) und für den 50m-Stand um 2,2 (von 1,1 bis 4,4) ergibt. Dabei ist Mteie : Vergrößerungsfaktor des Teleobjektivs M, ele X Mdigj / FOV for the lOm shooting range in about 1.33 (from 0.66 to 2.66), for the 25m level by 1.1 (from 0.55 to 2.2) and for the 50m level by 2.2 (from 1.1 to 4.4). It is Mteie: Magnification factor of the telephoto lens
Mdigi : Faktor des Digitalzooms  Mdigi: Factor of the digital zoom
FOV: Field of View/Sichtfeld der Smartphone-Kamera  FOV: Field of View / field of view of the smartphone camera
Unter Berücksichtigung der Schießstand- und Zielscheibengeometrie ergibt sich Entsprechendes für die seltenere 15m-, 100m- und 300m-Stände. Als Vorgabe gilt, dass die Zielscheibe vorzugsweise mindestens die Hälfte der Bildschirmbreite des Smartphones einnehmen sollte auf der einen Seite, auf der anderen Seite sollte jeweils mindestens die Hälfte (bei guten Schützen mindestens ein Viertel) der Zielscheibenhöhe und -breite zu sehen sein. Als weitere Randbedingung könnte beim Digitalzoom angestrebt werden, dass ein Kamerapixel einem Bildschirmpixel entspricht. Die optimale Größe des Bildes kann allerdings nach einem höheren Wert des Digitalzooms verlangen. Wahrscheinlich wählt man einen Wert dazwischen. Taking the shooting range and target geometry into account, the same results for the less common 15m, 100m and 300m stands. The default is that the target should preferably occupy at least half the screen width of the smartphone on one side, on the other hand should be at least half (at good shooters at least a quarter) of the target height and width to see. As a further constraint could be sought in digital zoom that a camera pixel corresponds to a screen pixel. However, the optimal size of the image may require a higher value of the digital zoom. You probably choose a value in between.
Bei der Wahl des Teleobjektivs spielt auch der Preis eine Rolle, wobei eine höhere Vergrößerung bei gleicher Qualität mehr kostet. Die obige Formel weist auf die Spielräume bei der Wahl des Vergrößerungsfaktors des Teleobjektivs hin. So realisiert man eine preisgünstige Variante mit einer kleineren Teleobjektiwergrößerung Mteie und einem größeren Digitalzoom Mdigi . When choosing the telephoto lens, the price also plays a role, with a higher magnification costs more at the same quality. The above formula indicates the latitudes in the choice of the magnification factor of the telephoto lens. Thus one realizes an inexpensive variant with a smaller telephoto magnification M te i e and a larger digital zoom M d igi.
Da in der Sportschützenversion nur ein kleines Sichtfeld benötigt wird, hat man beim Okularde- sign einige Freiheiten, so könnte die Feldlinse u. U. weggelassen oder deutlich verschoben werden, so dass sie beim Platzieren des ersten Spiegels nicht im Weg ist. Die Fehlerkorrekturen der Optik könnten durch Achromaten oder Apochromaten sowohl im Okular als auch im Objektiv oder durch alternatives Spezialdesign behandelt werden. Since only a small field of view is required in the sportsman's version, there are some freedoms in the ocular design, so the field lens u. May be omitted or moved significantly so that it is not in the way of placing the first mirror in the way. The aberrations of the optics could be treated by achromats or apochromats both in the eyepiece and in the lens or by alternative special design.
Da die Schützenstandgeometrie (Höhe der Zielscheibenmitte, Entfernung zur Zielscheibe, Höhe des Ablagetisches vor dem Schützen) bekannt ist, kann in Fig. 13 der Boden 83 des Gehäuses 84 der erfindungsgemäßen Erweiterung 85, der parallel zur Platte 81 des Ablagetisches ist, mit einem kleinen Winkel 4 (82,83) gegen die ausgehende optische Achse 82 ausgeführt werden. Dieser Winkel beträgt im Falle des 10m-Standes unter Berücksichtigung der erlaubten Toleranzen 2,0° - 4,3°, im Falle des 25m-Standes 1,6° - 2,1° womit man am besten einen Winkel um 3° wählt. Wird die Anordnung 80 aus dem Smartphone 1 mit der Kamera 2 und der erfindungsgemäßen Erweiterung 85 auf der Platte 81 des Ablagetisches vor dem Sportschützen abgelegt, zeigt sie sofort ungefähr in die Höhe der Zielscheibenmitte und kann durch seitliches Drehen sofort auf die Zielscheibe ausgerichtet werden. Die eventuelle Restausrichtung kann auf dem Touchscreen des Smartphones durch Wischgesten vorgenommen werden. Dann braucht die Gesamtvorrichtung praktisch nicht mehr in der Höhe bzw. Neigung verändert werden, was im Wegfall der Einstellschrauben u. ä. resultieren kann und womit die Erweiterung noch kompakter ausfällt. Since the Schützenstandgeometrie (height of the target center, distance to the target, height of the tray table before the shooter) is known in Fig. 13, the bottom 83 of the housing 84 of the extension 85 of the invention, which is parallel to the plate 81 of the tray, with a small Angle 4 (82,83) against the outgoing optical axis 82 are executed. This angle is in the case of the 10m-level, taking into account the tolerances allowed 2.0 ° - 4.3 °, in the case of 25m-level 1.6 ° - 2.1 °, which one chooses best an angle of 3 °. If the arrangement 80 is deposited from the smartphone 1 with the camera 2 and the extension 85 according to the invention on the plate 81 of the storage table in front of the shooter, it immediately shows approximately in the height of the target center and can be aligned by turning sideways immediately to the target. The possible rest alignment can be made on the touch screen of the smartphone by swiping gestures. Then the entire device practically no longer needs to be changed in height or inclination, what in Omission of the adjusting screws u. Ä. Can result and with what the extension even more compact.
Natürlich kann man die Trefferanzeige auch mit einem Spektiv oder Fernglas realisieren, den man das Smartphone geeignet aufgesetzt hat, um mit der Smartphone-Kamera den Beobachtungsstrahlengang einzusehen. Oder man kann die Trefferanzeige mit einer stand-alone-Kom- pakt- oder -Systemkamera, die mit dem Smartphone drahtlos oder drahtgebunden kommuniziert, um auf dem Smartphonebildschirm die Bildinformation auszugeben, realisieren. In diesen Fällen braucht man auch keine Bildumkehr zu programmieren. Diese Lösungen sind allerdings voluminöser, kaum ergonomisch, dazu umständlicher und aufwendiger und lassen jede Kompaktheit vermissen. Hinzukommt, dass für ausreichende Qualität viel Geld bezahlt werden muss, so dass diese Lösung insgesamt deutlich teurer ist, denn billige Geräte sind einfach nicht in der Lage ein annehmbares Bild zu liefern. Of course you can also realize the hit display with a spotting scope or binoculars, which you have put the smartphone suitable to view the observation beam path with the smartphone camera. Or one can realize the hit display with a stand-alone compact or system camera, which communicates wirelessly or by wire with the smartphone in order to output the image information on the smartphone screen. In these cases you do not need to program any image inversion. These solutions are, however, voluminous, hardly ergonomic, to cumbersome and complex and miss any compactness. In addition, plenty of money has to be paid for sufficient quality, so that this solution is significantly more expensive overall, because cheap devices are simply not able to provide an acceptable picture.
Eine Besonderheit gegenüber Spektiven und Teleobjektiv- und Zoomkameras weist unsere Fokusvorrichtung auf. Die erfindungsgemäße Erweiterung selbst hat vorzugsweise nur eine relativ grobe Möglichkeit den Fokus einzustellen oder evtl. gar keine. Für die Fokussierung bzw. Fein- fokussierung wird bevorzugt eine Software-mäßig besonders aufgerüstete Fokussierungvorrich- tung des Smartphone selbst benutzt. Diese aufgerüstete Fokussierungvorrichtung weist eine besonders feine Einstellmöglichkeit des Fokus (hier geht es um die Genauigkeit der Vorgabe zu Fokusentfernung) trotz Touchscreen-Bedienung auf. Ergänzt wird diese besonders feine Einstellmöglichkeit des Fokus durch eine besonders feine Ansteuerbarkeit des Fokus, wobei eventuelle Hysterese-Effekte bei der Ansteuerung berücksichtigt werden, s. weiter unten. Bei der Ansteuerbarkeit des Fokus geht es um die Fähigkeit der Vorgabe zu Fokusentfernung zu folgen und genau diese Fokusentfernung einzustellen. Eine vergleichbar feine mechanische Fokusvorrichtung an einem Spektiv oder auch an unserer Erweiterung wäre sehr aufwendig, teuer und platzraubend und könnte bei Weitem nicht so bequem bedient werden. Die bessere Bedienung hängt auch mit der guten Entkopplung der Fokussiermechanik von dem Bedienungselement, das ein Bild auf dem Touchscreen ist und nahezu kräftefrei bedient werden kann, zusammen. Das kann ein Spektiv nicht bieten, denn hier ist der optische Strahlengang mit der Einstellmechanik gekoppelt. Neben der bequemeren und genaueren Fokuseinstellung und damit detaillierteren Bildern erlaubt die erfindungsgemäße Lösung gewaltig Kosten, Platz und Gewicht gegenüber einer mechanischen Fokussiermechanik außerhalb des Smartphones zu sparen und hat dabei viel Ergonomie zu bieten. Des Weiteren kann der Betrachter bzw. der Sportschütze, durch die nicht-ergonomische Körperhaltung und das Augezukneifen beim Benutzen des Spektivs und dadurch bedingte Verspannun- gen, oft die Augenmuskulatur nicht ausreichend entspannen und findet den richtigen Fokus nicht, weil sein Auge ständig nachfokussiert. Dabei ist ein entspannter Blick mit Fokus im Unendlichen gewünscht, zum Einen wegen der Ergonomie, zum Anderen wegen der Reproduzierbarkeit der Einstellung, sonst arbeiten zwei Fokussiervorrichtungen, die des Spektivs und die des Auges, gegeneinander. Dieser Artefakt, der sehr häufig vorkommt, obwohl individuell sehr verschieden ist, ist bei der erfindungsgemäßen Erweiterung nicht möglich, weil der geometrische Strahlengang zum Auge hin durch die Elektronik unterbrochen ist. Zwischen dem Objekt und dem Bildsensor (Smartphone-Kamerachip), befindet sich nur eine Feinfokussiervorrichtung und diese arbeitet ungestört und eindeutig. Die Fokussiervorrichtung des Auges kann da nicht mehr eingreifen. Das Auge fokussiert eindeutig nur auf den Bildschirm, dies hat aber nichts mit dem eigentlichen Scharfstellen des Objektes zu tun. A special feature compared to spotting scopes and telephoto and zoom cameras is our focus device. The extension according to the invention itself preferably has only a relatively rough possibility to set the focus or possibly none at all. For focussing or fine focussing, preference is given to using a focusing device of the smartphone itself, which has been specially upgraded in terms of software. This upgraded focusing device has a particularly fine adjustment of the focus (this is about the accuracy of the specification for focus removal) despite touchscreen operation. This particularly fine adjustment of the focus is complemented by a particularly fine controllability of the focus, whereby any hysteresis effects are considered in the control, s. further down. The controllability of the focus is about the ability to follow the defocusing presetting and to set exactly that focus distance. A comparably fine mechanical focus device on a spotting scope or on our extension would be very expensive, expensive and space consuming and could not be operated so easily by far. The better operation is also related to the good decoupling of the focusing mechanism of the control element, which is an image on the touch screen and can be operated almost free of force together. A spotting scope can not offer that because here the optical beam path is coupled with the adjustment mechanism. In addition to the more convenient and accurate focus setting and thus more detailed images, the solution of the invention allows tremendous cost savings in space and weight compared to a mechanical focusing mechanism outside the smartphone and has to offer a lot of ergonomics. Furthermore, the viewer or the sports shooter, by the non-ergonomic posture and the Augenzukneifen when using the spotting scope and consequent tensions, often not enough relax the eye muscles and does not find the right focus, because his eye constantly refocuses. A relaxed view with focus at infinity is desired, on the one hand because of the ergonomics, on the other hand because of the reproducibility of the setting, otherwise work two focusing devices, the spotting scope and the eye, against each other. This artifact, which is very common, although individually very different, is not possible in the expansion according to the invention, because the geometric beam path to the eye is interrupted by the electronics. Between the object and the image sensor (smartphone camera chip), there is only a Feinfokussiervorrichtung and this works undisturbed and unambiguous. The focusing device of the eye can no longer intervene there. The eye clearly focuses only on the screen, but this has nothing to do with the actual focusing of the object.
Die Erweiterung oder das Verbindungsstück zum Smartphone können eine Zielvorrichtung, z. B. Kimme und Korn aufweisen, um einfacher die Anordnung auszurichten. Für kleinere Vergrößerungen < 8 x nur bedingt notwendig, ist sie ab ca. 10 x z. T. wünschenswert. Eine solche Zielvorrichtung bietet sich auch für Spektive an, weil sie meist hohe Vergrößerungen aufweisen. The extension or connector to the smartphone may be a target device, e.g. B. have sight and grain to align the arrangement easier. For smaller magnifications <8 x only partially necessary, it is from about 10 x z. T. desirable. Such a target device is also suitable for spotting scopes, because they usually have high magnifications.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Erweiterung als Trefferanzeige für den Sportschützen ist die umfangreiche Software, die den Sportschützen beim Training und im Wettkampf unterstützt. Ein Spektiv oder Teleobjektiv an der Kamera alleine kann eine solche Unterstützung nicht bieten. Ein Beispiel für solche Software wird nachfolgend an Hand einer Lastenheftskizze für die Software vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine bevorzugte Ausfuhrung, viele andere Varianten sind denkbar. Das zu Grunde gelegte Smartphone hat einen Bildschirm mit 960 x 540 Pixeln und 10,85 cm (4,27 Zoll) Bildschirmdiagonale und eine Kamera mit 8MPixel. Another advantage of the expansion according to the invention as a hit display for the shooter is the extensive software that supports the shooter in training and competition. A spotting scope or telephoto lens on the camera alone can not provide such support. An example of such software is presented below on the basis of a specification of the software. This is a preferred embodiment, many other variants are conceivable. The underlying smartphone has a screen with 960 x 540 pixels and 10.85 cm (4.27 inches) screen size and a camera with 8MPixel.
Lastenheftskizze für die zugehörige Software: Specifications sketch for the associated software:
Basismodul: Basic module:
Der Bildschirm (Auflösung 960 x 540 Pixel) 101 des Smartphone 1 in Fig. 10 und Fig. 13 wird in Informationsbereich 102 (oben), Anzeigebereich 103 (Mitte / 540 x 540 Pixel, bevorzugt grundsätzlich im Wesentlichen quadratisch) und Bedienbereich 104 (unten) dreigeteilt. Das Smartphone liegt mit dem oberen Bildschirmbereich zugewandt zum Betrachter. Also muss die Bildschirmausgabe„auf dem Kopf erfolgen. Anzeige/Anzeigebereich 103: Die Bildinformation von der Kamera wird an der vertikalen Achse gespiegelt, also links und rechts werden vertauscht. Hier wird die Zielscheibe mit physischen Treffern angezeigt. The screen (resolution 960 × 540 pixels) 101 of the smartphone 1 in FIGS. 10 and 13 is displayed in information area 102 (top), display area 103 (center / 540 × 540 pixels, preferably basically substantially square) and operating area 104 (below ) divided into three parts. The smartphone lies with the upper screen area facing the viewer. So the screen output "must be done upside down. Display / display area 103: The image information from the camera is mirrored on the vertical axis, so the left and right are reversed. Here the target is shown with physical hits.
Bedienbereich 104: Der Bedienbereich ist etwas genauer in Fig. 11 dargestellt. Hier befinden sich die Einstellelemente für das Digitalzoom auf der linken Seite und die Einstellelemente für den Fokus auf der rechten Seite. Operating area 104: The operating area is shown in more detail in FIG. 11. Here are the digital zoom controls on the left and the focus controls on the right.
Digitalzoom: Digital Zoom:
Es wird ein Digitalzoom bis lOx gefordert, kontinuierlich einstellbar mit einem Schieberegler („Slider"), der allerdings aus Platzgründen nur für die Zeit der Einstellung im Anzeigebereich erscheint. Eine mögliche Ausführung ist in Fig. 12 (a) gezeigt. Der Schieberegler 110 besteht aus dem Schieberegler-Kanal 111 und dem Schieber 112, der in der Pfeilrichtung (s. gestrichelter Pfeil) bewegt werden kann. Zwei Zoomeinstellungen, deren Werte durch die Längen der Anzeigebalken 141 und 145 angedeutet sind, sollen abspeicherbar und über Schalter („Buttons") 142 und 146 abrufbar sein. Die Anzeigebalken 141 und 145 befinden sich respektive in den Schaltern 142 und 146. So werden die Anzeige- und Bedienfunktion platzsparend in einem Element vereint. Zusätzlich wird ein Schalter 144 mit lx-Zoom benötigt, um erst mit kleinem Zoom die Zielscheibe zu finden und das Gerät grob auszurichten. Die Schalter 142 und 146 sollten länglich sein und einen Anzeigebalken enthalten, der den Zoomfaktor andeutet oder der Zoomfaktor sollte als Zahl auf der Schalteroberfläche eines jetzt nicht unbedingt länglichen Schalters erscheinen. Der Schieberegler 110 (Fig. 12 (a)) erscheint beim Drücken des Zoom- Schalters 143 links im Anzeigebereich, wobei der zuletzt benutzte Zoomfaktor voreingestellt wird. Er verschwindet beim nochmaligen Drücken des Zoom-Schalters 143, wobei der eingestellte Zoomwert erhalten bleibt. Oder durchs Drücken eines der zwei Schalter 142 und 146, wobei der eingestellte Zoomwert erhalten bleibt, dem Schalter zugeordnet und abgespeichert wird. Insgesamt gibt es 4 Schalter für die Zoomfunktionen.  A digital zoom up to 10x is required, continuously adjustable with a slider, but for reasons of space only appears for the time of adjustment in the display area One possible embodiment is shown in Fig. 12 (a) The slider 110 is from the slider channel 111 and the slider 112, which can be moved in the direction of the arrow (see dashed arrow) Two zoom settings, the values of which are indicated by the lengths of the indicator bars 141 and 145, are to be stored and can be set via switches ("buttons"). ) 142 and 146 can be retrieved. The display bars 141 and 145 are respectively in the switches 142 and 146. Thus, the display and control function are combined to save space in one element. In addition, a lx zoom switch 144 is needed to locate the target and coarse alignment with a small zoom. The switches 142 and 146 should be elongate and include a display bar indicating the zoom factor or the zoom factor should appear as a number on the switch surface of a now not necessarily oblong switch. The slider 110 (FIG. 12 (a)) appears on the left side of the display area when the zoom switch 143 is pressed, and the last used zoom factor is preset. It disappears when the zoom switch 143 is pressed again, whereby the set zoom value is retained. Or by pressing one of the two switches 142 and 146, wherein the set zoom value is maintained, the switch is assigned and stored. In total there are 4 switches for the zoom functions.
Fokus: Focus:
Die Qualität der Trefferanzeige steht und fällt mit einem guten Fokus auf der Zielscheibe, da die Treffer sehr klein sind. Für die manuelle kontinuierliche Fokuseinstellung ist der Schalter 147 vorgesehen, so wie der auf Druck auf den Schalter 147 rechts im Anzeigebereich erscheinende Schieberegler (s. Fig 12 (a)). Optional enthalten ist ein Fokusdistanz- Anzeigebalken 148 auf dem Fokusanzeigefeld 149. Diese Anzeige kann auch als Fokusgüteindikator genutzt werden, in dem darauf z. B. der Kontrastwert angezeigt wird. Damit könnte der Fokus einfacher ge- runden werden, indem man nach dem maximalen Kontrastwert sucht. Durch nochmaligen Druck auf den Schalter 147 verschwindet der Schieberegler, wobei die gefundene Einstellung übernommen und abgespeichert wird. The quality of the hit display stands and falls with a good focus on the target, since the hits are very small. For the manual continuous focus adjustment, the switch 147 is provided, as well as the slider appearing on the right of the display area in the display area (see Fig. 12 (a)). Optionally included is a focus distance indicator bar 148 on the focus display panel 149. This display can also be used as a focus quality indicator, in which e.g. B. the contrast value is displayed. This could make the focus easier round by looking for the maximum contrast value. By pressing the switch 147 again, the slider disappears, whereby the found setting is accepted and stored.
Normalerweise reicht die Auflösung des Schiebereglers nicht aus, um den optimalen Fokus einzustellen. Hier hilft kaskadierte Feineinstellung, die an dem folgenden Beispiel erläutert wird: mit dem Schieber 112 wird der Fokus mit einer Vertikalbewegung auf dem Bildschirm grob eingestellt. Ohne den Finger abzusetzen erfolgt z. B. eine Wischgeste nach rechts und es erscheint wie in Fig. 12 (b) ein weiterer Schieberegler 120 mit dem Schieberegler-Kanal 121 und dem Schieber 122. Ihm ist z. B. bei gleicher Länge nur ein Zehntel des Fokusbereichs zugeordnet, womit zehnfache Auflösung zur Verfügung steht. Die Mitte des neuen Feineinstellungsbereichs liegt da, wo die Grobeinstellung verlassen wurde, was als intuitiv empfunden wird. D. h. nach der Wischgeste steht der Schieber 122 in der Mitte des Schieberegler-Kanals 121. Der Grob- Schieberegler 110 aus Fig. 12 (a) wird jetzt blasser oder kontrastärmer dargestellt und ist in der neuen Anordnung als 110' in Fig. 12 (b) zu sehen. Der Schieber 112' bleibt in seiner letzten Stellung innerhalb des Schieberegler-Kanals bei dem letzten Grob-Fokuswert. Die Zuordnung des Fein-Schiebereglers 120 zu einem kleinen Bereich der Fokuswerte wird durch den Zuordnungspfeil 130 und die Miniatur 120' des Fein-Schiebereglers 120 an dem Schieber 112' angezeigt, wobei der Zuordnungspfeil 130 den Schieberegler 120 und seine Miniatur 120' verbindet. Natürlich kann die Feineinstellung bei Bedarf noch einmal kaskadiert werden. Der Fokus soll also vorzugsweise in verschiedenen Feinheitsstufen eingestellt werden können. Normally, the resolution of the slider is not sufficient to set the optimum focus. Here cascaded fine adjustment helps, which is explained in the following example: with the slider 112, the focus is roughly adjusted with a vertical movement on the screen. Without putting your finger down z. B. a swipe gesture to the right and it appears as in Fig. 12 (b), another slider 120 with the slider channel 121 and the slider 122. He is z. B. associated with the same length only a tenth of the focus area, which ten times resolution is available. The middle of the new fine adjustment area is where the coarse adjustment was left, which is perceived as intuitive. Ie. after the swipe gesture, the slider 122 is in the middle of the slider channel 121. The coarse slider 110 of FIG. 12 (a) is now shown in paler or lower contrast and is shown in the new arrangement as 110 'in FIG. 12 (b). to see. The slider 112 'remains in its last position within the slider channel at the last coarse focus value. The assignment of the fine slider 120 to a small range of focus values is indicated by the mapping arrow 130 and the miniature 120 'of the fine slider 120 on the slider 112', the mapping arrow 130 connecting the slider 120 and its miniature 120 '. Of course, the fine adjustment can be cascaded again if necessary. The focus should therefore preferably be able to be set in different fineness levels.
Die gerade vorgestellte Möglichkeit der Feineinstellung macht allerdings nur dann Sinn, wenn der Fokus selbst der Feineinstellung tatsächlich auch folgen kann. Bedingt durch z. T. verschiedene Hystereseffekte ist das nicht immer der Fall. Daher ist es sinnvoll, diese Hystereseeffekte zu vermessen und bei der Ansteuerung entsprechend zu berücksichtigen, sei es durch eine geeignete Hysteresekurve oder durch in einer Tabelle abgelegten Werte, mit den die Fokusvorrichtung der Smartphone-Kamera geeignet angesteuert werden kann. Beispiel: nach einer Fokus- Verlagerung um den Wert x mit Hilfe des Ansteuerungssignals y kommt man zurück um -x in die Ausgangsposition mit Hilfe eines Ansteuerungssignals -z, mit z >y. Ohne Hysterese würde gelten z=y. However, the just presented possibility of fine adjustment only makes sense if the focus itself can actually follow the fine adjustment. Due to z. T. different hysteresis effects is not always the case. Therefore, it makes sense to measure these hysteresis effects and to consider them accordingly during the activation, be it by means of a suitable hysteresis curve or by values stored in a table with which the focus device of the smartphone camera can be appropriately controlled. Example: after a focus shift around the value x with the aid of the drive signal y, one returns to -x in the starting position with the aid of a drive signal -z, with z> y. Without hysteresis, z = y would hold.
Natürlich können die Schieberegler durch Drehknöpfe oder andere Einstellinstrumente ersetzt werden. Denkbar ist auch eine Sprachsteuerung, wobei höchstens die Werte der geänderter Parameter und Variablen angezeigt werden. Informationsbereich: Hier werden Angaben zur Software gemacht. Of course, the sliders can be replaced with knobs or other setting instruments. Also conceivable is a voice control, wherein at most the values of the changed parameters and variables are displayed. Information area: Information about the software is made here.
Das Basis-Modul kann im HDR(High Dynamic Range)-Modus laufen, damit die schwarzen Treffer auf dem schwarzen Hintergrund besser erkannt werden. Da die Zielscheibe nur zwei Farben: schwarz und beige enthält, wird ein spezieller, schnellerer HDR-Modus vorgeschlagen. Hier werden statt drei und mehr Aufnahmen nur zwei gemacht. Vorzugsweise wird dieser HDR- Modus nicht einstellbar implementiert. Die Belichtungsmessung erfolgt z. B. im Schwarzen für die erste Aufnahme, der Abstand zum Beigen ist aus Vorversuchen bekannt und somit kann die zweite Aufnahme ohne weitere Belichtungsmessung gemacht werden oder man führt einmal die Belichtungsmessung im Schwarzen und einmal im Beigen durch. Schafft die Smartphone-Hard- ware diese Aufgaben nicht schnell genug, kann man evtl. auf HDR verzichten und nur im Schwarzen belichten, weil hier die verschiedenen Färb- Werte (das Schwarze der Zielscheibe und das Schwarze der Treffer) am nächsten zueinander liegen. Oder man lässt dem Smartphone mehr Zeit, in dem die Trefferanzeige mit einer kleinen Verzögerung erscheint. The base module can run in HDR (High Dynamic Range) mode to better detect the black hits on the black background. Since the target contains only two colors: black and beige, a special, faster HDR mode is proposed. Here, instead of three and more shots, only two are made. Preferably, this HDR mode is not implemented adjustable. The exposure measurement takes place z. B. in black for the first shot, the distance to the beige is known from preliminary tests and thus the second shot can be made without further exposure measurement or you once performs the exposure measurement in black and once in the beige. If the smartphone hardware does not manage these tasks fast enough, you may be able to forego HDR and expose only in black, because here the different color values (the target's black and the black of the hits) are closest to each other. Or you can give the smartphone more time, in which the hit display appears with a small delay.
Modul 1: Wichtig ist hier festzustellen, wo sich der Treffer befindet (in Bildschirmkoordinaten) und ob überhaupt ein Schuss gefallen ist. Trefferlage auf dem Bildschirm wird einfachster Weise durch Substraktion der Bildinhalte vor und nach dem Schuss gewonnen. Die Artefakte durch Schießaktivitäten anderer Schützen (ohne Treffer auf eigene Zielscheibe) werden einfachster Weise dadurch beseitigt, dass das Ergebnis der Substraktion der Bildinhalte über einem bestimmten Schwellenwert liegen muss und dieser Wert wurde weg von den anderen Treffern gewonnen. Wurde dieser Wert angrenzend an einen anderen Treffer gewonnen, so darf er auf z. B. 1/10 herabgesetzt werden (Doppeltreffer). Die Gewinnung des ersten Bildinhalts erfolgt sofort nach dem Training-/Wettkampfstart. Der nächste Bildinhalt wird nach jeweils nächstem Schuss gewonnen. Der Schuss wird durch das akustische Signal am Mikrofoneingang des Smartphones registriert und dient als Trigger. Für Triggerauswertung kann eine niedrigere als maximale Auflösung der Bildinformation verwendet werden, um möglichst schnelle Ergebnisse zu bekommen. Grundsätzlich wird aus Geschwindigkeitsgründen (auch bei HDR/High Dynamic Range Anwendungen) bevorzugt nicht das gesamte Bild ausgewertet, sondern nur der angezeigte Teil erweitert evtl. um einen Sicherheitsrand, der vorzugsweise spätestens am Rande der Zielscheibe endet. Module 1: Here it is important to determine where the hit is (in screen coordinates) and whether a shot has been dropped at all. The best results on the screen are obtained by subtracting the image content before and after the shot. The artifacts of other shooter's shooting activities (without hitting their own target) are most easily resolved by making the result of subtracting the image content above a certain threshold, and this value was gained away from the other hits. If this value was obtained adjacent to another hit, it may be set to z. B. 1/10 are reduced (double hit). The extraction of the first image content takes place immediately after the training / competition start. The next image content is won after each next shot. The shot is registered by the acoustic signal on the microphone input of the smartphone and serves as a trigger. For trigger evaluation, a lower than maximum resolution of the image information can be used to get the fastest possible results. Basically, for speed reasons (also with HDR / high dynamic range applications), preferably not the entire image is evaluated, but only the displayed part possibly extends by a safety margin, which preferably ends at the edge of the target at the latest.
Anzeigebereich: Hier kann der letzte Treffer sehr auffällig, z. B. rot / giftgrün oder signalgelb oder schnell pulsierend dargestellt werden. Der vorletzte Treffer wird auffällig, z. B. zweifarbig oder langsam pulsierend dargestellt. Alle Treffer davor werden unverändert oder schwarz oder mit einem dünnen Außenring dargestellt. Evtl. kann jeder Treffer mit seiner Schussnummer versehen werden. Display range: Here the last hit can be very noticeable, eg. B. red / poison green or signal yellow or quickly pulsating. The penultimate hit is conspicuous, z. B. bicolor or slowly pulsating. All hits in front of it will be unchanged or black or shown with a thin outer ring. Possibly. Each hit can be provided with its shot number.
Informationsbereich : Hier werden Angaben zur Software gemacht. Bedienbereich: s. Basisversion Information area: Information about the software is made here. Operating area: s. basic version
Modul 2: Hier wird festgestellt, wo sich der Treffer befindet und zwar in Zielscheibenkoordinaten (mit Ursprung/Origo in Zielscheibenmitte) und wie hoch ist der Trefferwert. Der Trefferwert ist gleich der kleinsten Ringnummer eines Rings innerhalb dessen sich der innerste (der Zielscheibenmitte nächste) Punkt des Treffers befindet oder eines Rings der vom Treffer (auch von außen!) berührt wird. Hier ist es notwendig, dass die Zielscheibe durch z. B. Objekterkennungsalgorithmen erkannt wird, dass die Zielscheibenmitte und die Ringe in Zielscheiben-Koordinaten dargestellt werden. Dazu kann ein Bild mit Maximalkontrast erstellt werden, in dem alle Farben unter einem bestimmten Wert (hier eigentlich nur schwarz) zu tiefschwarz gewandelt werden, alle Farben oberhalb eines bestimmten Wertes (hier eigentlich nur beige) zu weiß gewandelt werden. Die Differenz des so erstellten Bildes und des durch Funktionen (gewonnen aus Objekterkennung) dargestellten Bildes soll minimal sein, im Idealfall gleich Null. Module 2: Determines where the hit is located, in target wheel coordinates (with origin / origo in the center of the target) and what is the hit value. The hit value is equal to the smallest ring number of a ring within which the innermost (next to the target center) point of the hit is or a ring of the hit (also from the outside!) Is touched. Here it is necessary that the target by z. B. Object recognition algorithms is detected that the target center and the rings are displayed in target coordinates. For this purpose, a picture with maximum contrast can be created in which all colors below a certain value (here really only black) are converted to deep black, all colors above a certain value (here actually only beige) are converted to white. The difference of the image thus created and the image represented by functions (obtained from object recognition) should be minimal, ideally equal to zero.
Informationsbereich: Der Informationsbereich ist hier ziemlich vollgepackt. Neben Angaben zur Software und evtl. Firmenname und -logo werden bis zu zehn letzte Trefferwerte (Zahlen) fortlaufend, angefangen links, in Gruppen a fünf Werte angezeigt (an der Grenze zum Anzeigebereich). Ganz rechts mit Abstand wird der Trefferdurchschnitt angezeigt (ebenfalls an der Grenze zum Anzeigebereich), darüber rechts wird die Schussnummer angezeigt (hier bevorzugt in inverser Schrift). Nach dem letzten Schuss wird hier die Gesamtzahl der Ringe angezeigt. Über den Trefferwerten links wird die verbliebene Restzeit angezeigt. Nach jeweils 5 Schuss kann eine Warnung erfolgen, dass die Zielscheibe gewechselt werden muss und eine neue Serie gestartet werden soll. Nach beispielsweise 40 Schuss erfolgt Trainings- bzw. Wettkampfstop und Auswertung, Abspeichern der Ergebnisse (Trefferwerte, -nummern, -Zeiten, Trefferlage) und mindestens 1 Bild pro 5-er Serie. Information area: The information area is pretty packed here. In addition to information on the software and possibly company name and logo, up to ten last scores (numbers) are displayed consecutively, starting from the left, in groups a five values (at the border to the scoreboard). Far from right, the average score is displayed (also at the border to the display area), above the right the shot number is displayed (here preferably in inverse font). After the last shot, the total number of rings is displayed here. Above the hit values left the remaining time is displayed. After every 5 shots a warning can be given that the target must be changed and a new series should be started. After 40 shots, for example, training or competition stop and evaluation, storage of the results (hit values, numbers, times, hit position) and at least 1 image per 5-series are carried out.
Anzeigebereich: s. Modul 1 Display range: s. Module 1
Bedienbereich: s. Basisversion. Hinzu kommt ein Schalter für Training- oder Wettkampfstart, der nach Betätigen in Stopschalter-Modus wechselt. Wird dieser Schalter betätigt, so wird die Auswertung erzwungen (z. B. beim Trainingsabbruch). Operating area: s. Basic version. There is also a switch for training or competition start, which changes into stop switch mode after pressing. If this switch is pressed, the evaluation is forced (eg during a workout abort).
Modul 3: Hier erfolgt die Anbindung an soziale Netzwerke (FaceBook, Twitter, auch YouTube: hier wird ein kurzer Standard-Film oder eine kurze SlideShow oder ein Standard-Protokoll (mit Möglichkeit von Kommentareingabe) erstellt und hochgeladen) (z. B.mit Name/Pseudonym, Verein, Wettkampfort) und evtl. eine Anbindung an die Cloud mit Datenablage. Module 3: Here is the connection to social networks (FaceBook, Twitter, even YouTube: Here is a short standard movie or a short slide show or a standard protocol (with possibility of comments input) created and uploaded) (eg., Name / pseudonym, club, competition) and possibly a connection to the cloud with data storage ,
Modul 4: Es wird hier eine Liste der Vereine mit GPS-Koordidnaten hinzugefügt, so kann beim Wettkampf auch auswärts gleich der Ort bzw. Verein in die Verarbeitung übernommen werden. Module 4: A list of clubs with GPS co-ordinates is added here, so the place or club can be taken over into the processing abroad at the same time.
Modul 5: Es wird die ScWeßbuchfunktion realisiert: Datum, Uhrzeit, Ort, Training/Wettkampf, Disziplin, evtl. Gegner, Anzahl abgegebener Schuss werden gespeichert. Einträge, die einmal erstellt worden sind, werden nicht mehr verändert werden können. Echtheit wird durch Ort (aus GPS) oder Tagesauswertung bestätigt. Module 5: The bookkeeping function is realized: date, time, place, training / competition, discipline, possibly opponent, number of given shots are saved. Entries that have been created once can not be changed. Authenticity is confirmed by location (from GPS) or daily evaluation.
Modul 6: Im Anzeigebereich wird das Zielscheibenbild mit Wischgesten verschiebbar gemacht. Man kann sich so die mechanische Ausrichtung und somit die Ausrichtungsmechanik sparen. Module 6: In the display area, the target image is made movable with swipe gestures. You can thus save the mechanical alignment and thus the alignment mechanism.
Modul 7: Trainingsmodul 1: Hier erfolgt eine Langzeitdarstellung der Ergebnisse (Durchschnittswerte, Einzellwerte, Durchschnittswerte mit Streuung, ...) für verschiedene Zeiträume, evtl. mit zusätzlicher Darstellung von Parametern (z. B.: Temperatur, Wochentag, Tageszeit, selbst zu bestimmende und selbst zu einzugebende Parameter, ...) Module 7: Training Module 1: Here is a long-term presentation of the results (average values, Einzellwerte, average values with scattering, ...) for different periods, possibly with additional representation of parameters (eg: temperature, day of the week, time of day, self determining and self-input parameters, ...)
Modul 8: Trainingsmodul2: Hier erfolgt eine Auswertung des Schussbildes. Sie erlaubt Schlüsse auf Einstellungen der Waffe bzw. auf Leistung des Schützen (ruhige/uriruhige Hand, Abzug optimal oder zu weit vorne/hinten, Abzugfinger optimal oder zu weit links/rechts, Visierung optimal oder zu weit links/rechts/oben/unten, Visierung optimal oder nicht in Deckung,...). Hier erfolgt auch eine Langzeitdarstellung mit verschiedenen Merkmalen/Parametern oder gezielter Vergleich mir einem bestimmten Tag oder Zeitraum. Auf Grundlage der Auswertungen werden auch Verbesserungsvorschläge gemacht und gezielt Anleitungen gegeben. Module 8: Trainingsmodul2: Here is an evaluation of the shot image. It allows conclusions on settings of the weapon or on performance of the shooter (calm / uriruhige hand, trigger optimal or too far front / back, trigger fingers optimally or too far left / right, sight optimally or too far left / right / up / down, Sighting optimally or not in cover, ...). Here is also a long-term presentation with different characteristics / parameters or targeted comparison with a specific day or period. On the basis of the evaluations, suggestions for improvement are made and specific instructions given.
Modul 9: Hier wird die Einzel- bzw. Mannschaft- Wettkampfsaison automatisch bzw. manuell ausgewertet. Module 9: Here the individual or team competition season is evaluated automatically or manually.
Modul 10: Hier wird die Zielscheibe automatisch erkannt und mittig positioniert. Module 10: Here the target is automatically detected and positioned in the middle.
Bei der Erstellung der Software werden vorzugsweise die Korrelation des Digitalzoomfaktors mit der registrierten Größe der Zielscheibe (hilft bei Objekterkennung, Parameter: Smartphone- kamera-FOV und Vergrößerung des Teleobjektivs), die Korrelation der Disziplin mit der Zielscheibe sowie Korrelation der Treffergröße mit der Disziplin benutzt. Diese Korrelationen werden mit sinnvollen Toleranzen im Speicher abgelegt. When creating the software, it is preferable to use the correlation of the digital zoom factor with the registered size of the target (helps with object recognition, parameter: smartphone camera FOV and magnification of the telephoto lens), the correlation of the discipline with the target, and correlation of the hit size with the discipline , These correlations are stored in the memory with meaningful tolerances.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches Gerät mit einer optischen Achse, einem optischen Eingang, einem optischen Ausgang und mindestens einer optischen Umlenkvorrichtung für optische Strahlung, wobei die optische Achse innerhalb des Gerätes mindestens einmal umgelenkt wird, so dass diese optische Achse aus mindestens zwei optischen Teilachsen, einer ersten optischen Teilachse zwischen dem optischen Eingang des Gerätes und der ersten Umlenkvorrichtung nach dem Eingang des Gerätes und einer weiteren optischen Teilachse, besteht, und die beiden optischen Teilachsen unter einem Winkel zu einander stehen, wobei die Länge der ersten optischen Teilachse kleiner ist als die Länge der weiteren optischen Teilachse, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine Koppelmechanik aufweist, die für Ankopplung eines Smartphones oder eines Tablet-Computers ausgelegt ist. 1. An optical device having an optical axis, an optical input, an optical output and at least one optical deflection device for optical radiation, wherein the optical axis is deflected at least once within the device, so that this optical axis of at least two partial optical axes, a first optical partial axis between the optical input of the device and the first deflecting device after the input of the device and a further partial optical axis, and the two optical sub-axes are at an angle to each other, wherein the length of the first partial optical axis is smaller than the length of Another optical part axis, characterized in that the device has a coupling mechanism, which is designed for coupling a smartphone or a tablet computer.
2. Optisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Teilachse senkrecht auf das optische Gerät steht. 2. Optical device according to claim 1, characterized in that the first partial optical axis is perpendicular to the optical device.
3. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine optische Anordnung mit einer Vergrößerung enthält. 3. Optical device according to claim 1, characterized in that it contains an optical arrangement with an enlargement.
4. Optisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der ersten optischen Teilachse kleiner ist als die Hälfte der Länge der weiteren optischen Teilachse. 4. Optical device according to claim 1, characterized in that the length of the first partial optical axis is smaller than half the length of the further partial optical axis.
5. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den beiden optischen Teilachsen zwischen 75° und 105° beträgt. 5. Optical device according to claim 1, characterized in that the angle between the two partial optical axes is between 75 ° and 105 °.
6. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine weitere Umlenkvorrichtung enthält. 6. Optical device according to claim 1, characterized in that it contains a further deflection device.
7. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den optischen Elementen nicht veränderlich sind. 7. Optical device according to claim 1, characterized in that the distances between the optical elements are not variable.
8. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umlenkspiegel zwischen dem Okular und der Feldlinse angeordnet ist. 8. Optical device according to claim 1, characterized in that the first deflecting mirror is arranged between the eyepiece and the field lens.
9. Optisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen nicht-planen Spiegel enthält. 9. Optical device according to claim 1, characterized in that it contains at least one non-planar mirror.
10. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es das Bild eines Objekts dreht oder spiegelt oder beides. 10. An optical device according to claim 1, characterized in that it rotates or mirrors the image of an object or both.
11. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kepler- oder ein Galilei-Teleskop oder ein Mikroskop enthält. 11. An optical device according to claim 1, characterized in that it contains a Kepler or a Galilean telescope or a microscope.
12. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Dif- fraktives Optisches Element, das als Linse dient, enthält. 12. An optical device according to claim 1, characterized in that it contains at least one diffractive optical element which serves as a lens.
13. Optisches Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Diffrak- tive Optische Element bedingten„Geisterflecken" außerhalb des verwendeten FOV liegen. 13. Optical device according to claim 12, characterized in that the "ghost patches" caused by the diffractive optical element lie outside the FOV used.
14. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmechanik Teile einer Schwalbenschwanzführung enthält. 14. Optical device according to claim 1, characterized in that the coupling mechanism contains parts of a dovetail guide.
15. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere optische Teilachse unter einem Winkel von unter 30° zu der Geräteoberfläche, die den optischen Eingang enthält, verläuft. 15. Optical device according to claim 1, characterized in that the further partial optical axis at an angle of less than 30 ° to the device surface, which contains the optical input runs.
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