CN106990524A - 智能望远镜及其自动调整倍率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能望远镜，包括镜身、马达、光传感器、视觉辨识相机及处理器。光传感器用以侦测外界环境亮度大小；视觉辨识相机用以侦测使用者对应于亮度的瞳孔大小；处理器用以判断亮度大小是否大于光线基准值，若是，则将相对应于外界环境亮度的目前瞳孔大小与光线的基数相乘，以计算出瞳孔在亮度基准时的瞳孔大小，并根据在亮度基准时的瞳孔大小来得到物镜与物件之间的焦距；马达根据焦距调整物镜与物件之间的距离，以得到使用者由目镜观察物件的期望的调高倍率或是调低倍率。本发明可参考瞳孔及眼球的行为判断使用者所需要的倍率及所观察得到的影像，并增加环境光源的考量使影像的辨识率提高及准确达到使用者所要的放大倍率。

Description

智能望远镜及其自动调整倍率的方法

技术领域

本发明为一种望远镜，特别涉及一种具有可自动对焦及自动调整放大倍率的智能望远镜。

背景技术

望远镜是一种通过收集电磁波(例如可见光)以协助观测远方物体的工具，一般是收集光，例如可见光、紫外光(UV)或是红外光(IR)等等，故通称为光学望远镜。光学望远镜聚焦光线后，可直接将影像放大并直接进行目测或是摄影等等。若以实体结构来分，望远镜的类型包括观察夜空、远方动物，并固定在支架上的单筒光学望远镜，亦包括手持的双筒望远镜。若以光学路径来分，可分为反射式望远镜及折射式望远镜。

一般而言，望远镜的架构包括收集光线的目镜、物镜(透镜)及稜镜。根据光学原理，在某特定距离外的物体在焦点集合成的焦平面上形成一个影像，此影像可以被记录装置纪录，或经如同放大镜，具有放大影像功能的目镜，再加上目镜附属的影像调整装置的调整，让眼睛可以看见远处被放大的虚像。因物镜所得到的影像与原物体比为倒立的，为使观察方便，望远镜中会使用稜镜或是在物镜和目镜之间再安装一个或多个透镜组(稜镜)将影像转正或是再处理，此即为一般折射式望远镜的原理。为了减少机体大小，可将折射式望远镜的目镜摆设改为与物镜垂直，借以减少光路；亦有两者混合式的望远镜。

但是使用一般市售的望远镜时，不管是反射式、折射式或是混合式，常常因为望远镜的倍数调整不够精确，而造成放大倍率高时影像较为模糊，且造成放大倍率低时有看不到的问题。这样不仅影响使用者的使用意愿，更浪费许多时间在焦距的调整上。且一般望远镜在使用者调整到所要的影像时，仅知道调整焦距及光线强度等等的光学参数后得所需影像，并无法明确地得知放大倍率为何，让后续纪录及往后调整时需要一再以手动方式，非常不便。

发明内容

有鉴于上述现有技术的缺陷，本发明主要的目的在于提供一种智能望远镜及其自动调整倍率方法，可更精确且快速的获得所需要的影像，不需要使用者手动调整。

本发明的另一目的在于提供一种智能望远镜，可根据视觉辨识相机侦测使用者目前的瞳孔大小，并与光线的基数相乘计算得到目前瞳孔在此亮度基准值时的大小，以瞳孔在亮度基准值时的大小推算使用者想要的焦聚远近，自动的调整焦距及换算出放大倍率，可更快速的让使用者找到所需求的影像。

本发明的再一目的在于提供一种自动调整倍率的方法，可根据使用者的瞳孔大小自动调整望远镜的放大倍率，且使用光线基准值、预设物件距离及瞳孔大小决定焦距距离及放大倍率，这三者能够增加判定准确度。

因此根据上述目的，本发明提供一种智能望远镜，包括有镜身、马达以及视觉辨识装置，其中，镜身包括目镜、物镜及稜镜。视觉辨识装置还包括视觉辨识相机、处理器及光传感器。视觉辨识相机用以侦测使用者相对应于亮度大小的对瞳孔大小。光传感器，用以侦测外界环境的光线亮度大小。处理器用以判断所述亮度大小是否大于光线基准值，若是，则将相对应于外界环境的光线亮度大小与瞳孔大小相乘，以计算出瞳孔在亮度基准时的瞳孔大小，并根据在亮度基准时的所述瞳孔大小来得到物镜与物件之间的焦距。马达，根据焦距调整物镜与物件之间的距离，以得到使用者由目镜观察物件的期望的调高或是调低倍率。

本发明另提供智能望远镜的自动调整倍率的方法，所述方法包括预设观察物件的距离(预设物距)；侦测外界的光线亮度；侦测使用者的目前的瞳孔大小；以及判断所述使用者的目前的所述瞳孔大小是否大于瞳孔大小预设值，若是则进一步界定外界所述光线亮度大于光线基准值，后续使用者正在观察距离较远的物件，将所述智能望远镜的倍率调高；若否，则进一步界定外界的光线亮度小于光线基准值，使用者正在观察距离较近的物件，将智能望远镜的倍率调低。

附图说明

图1为根据本发明所揭露的技术，表示智能望远镜内部构件的示意图。

图2为根据本发明所揭露的技术，表示智能望远镜另一实施例的内部构件示意图。

图3为根据本发明所揭露的技术，表示智能望远镜的自动调整倍率的方法步骤流程图。

图4为根据本发明所揭露的技术，表示智能望远镜的自动调整倍率的方法的另一实施例的步骤流程图。

图中符号说明：

1、10：智能望远镜

11：镜身

110：物镜

112：稜镜

114：目镜

12：马达

13：视觉辨识装置

132：视觉辨识相机

1322：记忆单元

134：处理器

136：光传感器

30-42：自动调整倍率步骤流程

50-66：自动调整倍率步骤流程

具体实施方式

为使审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合图示详细说明如后。以下将参照图式来描述为达成本发明目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举图式。

首先请参考图1。图1为智能望远镜内部构件的示意图。在图1中，智能望远镜1包括镜身11、马达12及视觉辨识装置13。其中，镜身11至少包括有物镜110、稜镜112及目镜114。视觉辨识装置13包括视觉辨识相机132、处理器134及光传感器136。视觉辨识装置13根据使用者眼睛的瞳孔大小及环境光的光线亮度大小输出调整讯号至马达12，使马达12对应地调整目镜114的放大倍率，借以获得使用者所需的影像值。马达12根据视觉辨识装置13所输出的调整讯号来调整镜身11中的物镜110的远近关系。光传感器136用以侦测外界环境的亮度大小。

在本发明的实施例中，物镜110、稜镜112及目镜114并不限定何种材质制作，亦不限定(虚)焦点距离，仅需要光的穿透性佳即可。物镜110、稜镜112及目镜114的种类可为凹透镜、凸透镜等类型的透镜，或是锯齿状镜、平面镜、凹面镜或是凸面镜等面镜组合，且不限制数量，三者集合的透镜或是面镜组合皆可，例如法拉第透镜组，使用者可依照自身需求构设此镜身11及光路方向。例如使用者要架设反射式望远镜，则可以使用凹面镜、凸面镜、平面镜等类型的曲面镜组合来反射光线借以成像；若要架设穿透型望远镜，则可使用凹透镜、凸透镜、平面镜等类型的透镜组合成像。

视觉辨识相机132，是用于侦测使用者相对应于所述亮度大小的瞳孔大小。视觉辨识相机132可依照不同的条件判定瞳孔的数量计算出瞳孔大小，例如装置为单眼式望远镜可为单数瞳孔数量，双眼式可为双数或是单数瞳孔数量(使用者可能单眼闭上或是单眼失明者)。若是获得的资料为一个以上的瞳孔直径数值集合时，视觉辨识相机132中的运算装置(未在图中表示)可根据此集合以运算方式得到例如平均值、标准差或是四分位数法，但不限定的统计值以获得最终的一个瞳孔大小值。光传感器136及视觉辨识相机132可为一般的互补式金属氧化物半导体(CMOS)、电荷耦合传感器(CCD)或是光二极管(photodiode)所构成的单一元件或阵列。光传感器136及视觉辨识相机132两者所能感测的讯号一般是光讯号，特别是可见光，但亦可为红外光、紫外光、X光等任何物体表面因热所放出的电磁辐射，不限于特定光线波段。处理器134，则是用以判断所述亮度大小是否大于光线基准值。

另外，要再说明的是，本发明所运用的原理为当人眼在看远处，或是环境光源较暗时，眼睛中的睫状肌会紧缩，俯视时睫状肌占有面积会变小，此时眼睛中的悬韧带也会拉紧，所以水晶体面积会撑大，侧面看来水晶体就类似一个曲率半径较大、厚度较薄的凸透镜，根据光学原理，此时水晶体的焦距会随着水晶体的变化而往后移动，且瞳孔面积亦会变大；反之，当人眼在看近处，或是环境光源较亮时，眼睛中的睫状肌会放松，俯视图看起来睫状肌占有面积会变大，此时眼睛中的悬韧带也会跟着放松，所以水晶体面积会相对的变小，侧面看来水晶体就类似一个曲率半径较小、厚度较厚的凸透镜，根据光学原理，此时水晶体的焦距会随着水晶体的变化而往后移动，且瞳孔面积亦会变小。根据此项原理，我们得知人的眼睛会随着环境光的强弱及视物的远近而有瞳孔大小及焦距上的变化。

由于瞳孔形状一般是圆形，故瞳孔大小一般都是以直径当作量测值，若侦测到的瞳孔非为圆形时，因此，视觉辨识相机132中的运算装置(未在图中表示)可以数值模型拟合(fit)出近似圆形的形状再行判断直径。

亮度大小及光线基准值在本实施例中是采用照度作为量测度量，lm/m2(或称lx，勒克斯)作为量测单位，但不限于此，其他光学量测单位亦可以采用。光线基准值一般如表1所显示，为在外界环境的不同状况下所获得的照度值。在本发明中，光源条件的类型及数量如下定义，例如中午晴空下、夏天或是冬天时夜晚环境光的照度等等，两者并不在本发明所限定中。当然，一般所习知的是，光源条件的数量给定的越多，则判定的准确率亦是越高。设定完成后的表1会储存在处理器134中。

因此，当使用者操作此智能望远镜时，处理器134会以图形界面(GUI)提供给使用者选择光源条件，使用者点选任一条件后，处理器134会自动读入操作者所指定的条件，而自动带出光线基准值并供后续判定用。处理器134后续将进行判定功能，用以判断使用时环境光源的亮度大小是否大于所述环境光源的光线基准值。若环境光源的亮度大小大于光线基准值时，则将相对应于所述外界环境的亮度大小的目前瞳孔大小与光线的基数相乘，以计算出所述瞳孔在特定亮度基准值的条件下的瞳孔大小(后续称为优化瞳孔大小)。

在此要说明的是，光线的基数亦与光源条件有关，可如表2所示，其可为制造智能望远镜时所预先设定进入储存单元(未在图中表示)的资料。光线的基数亦储存于处理器134中，且须注意的是，在光线的基数的表(表2)中，光源条件的种类与数量必须与表1相同，以便让处理器134对应。处理器134根据瞳孔大小运算后得到物镜110与物件之间的焦距。

表1:环境光源所对应的照度值

表2环境光源所对应的光线的基数

处理器134将其运算得到的物镜110与物件之间的焦距讯号传给马达12，马达12根据焦距调整物镜110与所述物件之间的距离，以得到使用者由目镜114观察所述物件的期望的调高或是调低倍率。在物理与几何光学的定义上，相对于物镜110而言，物件的距离是被定义为无限远，且是不可变动的，故马达12仅能对物镜110在镜身11中的位置进行调整。位置的调整并不限定物镜110、稜镜112或是目镜114的调整，且不一定是直线运动，镜身11的旋转、物镜110或目镜114的倾斜，镜身11中任何镜头的调整仅需要让物镜110与物件之间的距离达到处理器134运算而得的焦距皆是本发明所保护的范围。此时使用者就会得到其所需求清晰的影像及所需要的影像大小。焦距及放大倍率的转换可由(式1)及(式2)推得：

1/L’+1/L＝1/f (式1)

m＝L’/L (式2)

其中，L’为物距，L为称为像距，f为透镜的焦距，m为放大率。透过已知的物距及焦距可从式1求得像距，再将求得的像距及焦距带入上述(式2)可求得放大率。放大率亦由处理器134经运算后求得。

上述处理器134所执行的内容具有自动修正智能望远镜1的焦距数值的功能，避免直接根据眼睛瞳孔的大小判定焦距位置。因为眼睛的瞳孔大小是会根据外在环境的不同而有变化，特别是环境光线。先前技术中，焦距的运算并未考量到瞳孔的放大或是缩小的因素，故本发明所提供的处理器134能够将外界环境光线纳入焦距设定的考量范围，以让使用者快速获取其所要的画面。

为了让使用者能得知最佳影像图的放大倍率，本发明提供第二实施例。本实施例为一种智能望远镜10，配置及连接关系亦相同于前述第一实施例，如图2所示。智能望远镜10包括镜身11、马达12及视觉辨识装置13，其中视觉辨识装置13包括视觉辨识相机132、处理器134及光传感器136。其中镜身11及光传感器136的配置及功能与前述实施相同，在此不再多加赘述。

视觉辨识装置13的视觉辨识相机132可依照不同的条件判定瞳孔的数量计算出瞳孔大小，其中瞳孔大小特别指的是瞳孔直径，为一数值，直径的取得方法如前述实施例所揭示。视觉辨识相机132还包括记忆单元1322。视觉辨识相机132会先撷取使用者任意观察时的瞳孔大小，并记录在此状况下使用者所观察物件的位置。例如，在智能望远镜10启动时，视觉辨识相机132会跳出辨识点，此辨识点的位置与镜身11中的物镜110、稜镜112或是目镜114位置为固定值，例如物镜110及视觉辨识相机132之间的距离可仿照视力检查时受测者与C形字卡与E形字卡的距离，较佳为2公尺，亦可调整为1至4公尺。此时，视觉辨识相机132就会撷取使用者瞳孔的大小当作瞳孔大小预设值、并记录外界环境的状态，将两者存放在视觉辨识相机132的记忆单元1322中。

后续使用者在利用智能望远镜1观察物件时，视觉辨识相机132会撷取此时使用者的瞳孔大小并传给处理器134，处理器134会判断所测得的瞳孔大小是否大于瞳孔大小预设值。利用上述人的眼睛会随着环境光线的强弱及物件的远近而有瞳孔大小及焦距上的变化的原理，假如测得的瞳孔大小大于瞳孔大小预设值，则可以判定使用者观察较远的物件，且上述外界环境光线亮度大于所述的光线基准值，并且输出调高讯号给马达12。马达12根据此调高讯号用以调整镜身11内各部件的位置或是距离，以达成放大倍率调高。若测得的瞳孔大小小于瞳孔大小预设值，则可以判定使用者观察较近的物物件，且上述外界环境光线亮度小于所述的光线基准值，并且输出调低讯号给马达12。马达12根据此调低讯号可调整镜身11内各个元件的位置或是距离以达成将放大倍率调低。

上述处理器134所执行的内容具有根据使用者瞳孔大小判定镜身11的放大倍率的功能，避免直接根据外界环境光线的亮暗决定。因为眼睛的瞳孔大小是外界环境光与物件远近的双重影响下的结果，故本实施例所提供的处理器134直接将结果纳入考量范围，以让使用者快速获取其所要的画面。并且知道确切的放大倍率，且不需要记录环境状态即可直接得知确切的放大倍率，实属便利。

图3为本发明的第三实施例，此为光学装置的自动调整倍率的方法步骤流程图，此方法可同时配合图1中的智能望远镜1来说明。步骤30，侦测外界的光线亮度。在此步骤中，可使用光传感器136进行侦测目前环境光线亮度大小。接着，步骤32，侦测使用者的瞳孔大小及瞳孔数量。在此步骤中，利用视觉辨识装置13中的视觉辨识相机132来侦测使用者瞳孔大小及瞳孔数量。步骤34，判断使用者目前的瞳孔大小是否大于瞳孔大小预设值，若是，则进行步骤36，若否，则进行步骤40。根据步骤34，若使用者目前的瞳孔大小大于瞳孔大小的预设值，则在步骤36，目前瞳孔大小与预定的光线基数相乘，以得到优化瞳孔大小。其中，所述光线基数的光源条件与光线基准值的光源条件相同。接着步骤38，根据两者乘积运算而得到物镜110的焦距。在步骤38，根据优化瞳孔大小运算得到焦距讯号并根据焦距讯号调整物镜110的距离，其中物镜110的距离可由马达12调整。若在步骤34中，若使用者目前的瞳孔大小小于瞳孔大小的预设值，则进行步骤40，由瞳孔大小直接推得物镜110的焦距。在步骤40中，由马达12根据焦距讯号调整物镜110的距离。步骤42，结束自动调整倍率步骤。

根据上述，由本第三实施例可直接根据判定后的优化瞳孔大小、参考光源及外界光源的亮度进而推得物镜110焦距。焦距大小的决定加入了光线因素，因而可以减低成像与使用者体验的误差。本第三实施例并不限定使用如图1所述的智能望远镜1，使用者可自行使用其他的装置完成本方法。

图4为本发明的另一实施例，此为自动调整倍率的方法，此方法同时配合本发明在图2所揭露的智能望远镜10来说明，所述方法详述于后。步骤50，取得使用者瞳孔与被观察的物件之间的距离。在此步骤中，可以使用的视觉辨识相机132来取得使用者瞳孔与物件的距离。接着步骤52，侦测外界的光线亮度。在此步骤，可使用光传感器136对外界的光线强度进行侦测。步骤54，侦测使用者目前的瞳孔大小。在此步骤中，利用视觉辨识相机132来侦测使用者目前的瞳孔大小。接着，步骤56，判断使用者目前的瞳孔大小是否大于瞳孔大小的预设值。在此步骤中，利用处理器134来进行判断，若是，则进步骤58；若否，则进行步骤62。根据上述步骤56，若使用者目前的瞳孔大小大于瞳孔大小的预设值，则在步骤58，设定外界的光线亮度大于光线基准值。接着步骤60，使用者正在观察距离较远的物件，将智能望远镜10的倍率调高。在此步骤60中，在处理器134判断外界光线亮度大于光线基准值之后，将此调高讯号传送至马达12，马达12则将智能望远镜10的倍率调高。

若在前述步骤56，使用者目前的瞳孔大小小于瞳孔大小的预设值，则进步步骤62，设定外界的光线亮度小于光线基准值。同样的在此步骤中，处理器134进一步的界定外界的光线亮度小于光线基准值。接着步骤64，使用者正在观察距离较近的物件，将智能望远镜10的倍率调低。在此步骤中，由于外界的光线亮度小于光线基准值，因此处理器134可以判断使用者与物件之间的距离较近，则将调低讯号传至马达12，并将智能望远镜10的倍率调低。接着步骤66，结束自动调整倍率步骤。

综上所述，本发明提供的智能望远镜1、10及自动调整倍率的方法可参考瞳孔及眼球的行为判断使用者所需要的倍率及所观察得到的影像，并增加环境光源的考量使影像的辨识率提高及准确达到使用者所要的放大倍率，具有快速性、精确性及高度辨识性。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本创作，任何熟习本领域技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本创作的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种智能望远镜，包括具有至少一目镜及一物镜的一镜身、一马达、一光传感器、一视觉辨识相机及一处理器，其特征在于，

所述光传感器，用以侦测一外界环境的一亮度大小；

所述视觉辨识相机，用以侦测一使用者相对应于所述亮度大小的一瞳孔大小；

所述处理器，用以判断所述亮度大小是否大于一光线基准值，若是，则将相对应于所述外界环境的所述亮度大小的目前所述对瞳孔大小与一光线的基数相乘，以计算出所述对瞳孔在一亮度基准时的一瞳孔大小，并根据所述对瞳孔在所述亮度基准时的所述瞳孔大小来得到所述物镜与一物件之间的一焦距；以及

所述马达，根据所述焦距调整所述物镜与所述物件之间的距离，以得到所述使用者由所述目镜观察的所述物件的期望的一调高倍率或是一调低倍率。

2.如权利要求1所述的智能望远镜，其特征在于，所述光传感器为互补式金属氧化半导体传感器或是电荷耦合传感器。

3.一种智能望远镜的自动调整倍率的方法，包括:

预设观察一物件的一距离；

侦测一外界的一光线亮度；

侦测一使用者的一目前的瞳孔的一瞳孔大小；以及

判断所述使用者的所述目前的所述瞳孔大小是否大于一瞳孔大小预设值，若是，则进一步界定所述外界的所述光线亮度大于一光线基准值，则所述使用者正在观察距离较远的所述物件，将所述智能望远镜的一倍率调高；若否，则进一步界定所述外界的所述光线亮度小于所述光线基准值，则所述使用者正在观察距离较近的所述物件，将所述智能望远镜的所述倍率调低。

4.如权利要求3所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，预设所述物件的所述距离为1-6公尺。

5.如权利要求3所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，所述外界的所述光线亮度由一光传感器所侦测得到。

6.如权利要求5所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，所述光传感器为互补式金属氧化半导体传感器或是电荷耦合传感器。

7.如权利要求3所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，所述瞳孔大小预设值为直径0.8-1.2公分。

8.如权利要求3所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，所述光线基准值的一光通量为50000-60000勒克斯。

9.如权利要求3所述的智能望远镜的自动调整倍率的方法，其特征在于，所述使用者的所述目前的所述瞳孔的所述瞳孔大小由一视觉辨识相机感测得到。