CN107045193A - 一种可附接外部导星装置的望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可附接外部导星装置的望远镜，包括望远物镜组和导星用镜组，望远物镜组与导星用镜组通过一分光镜实现共用同一目镜组；导星用镜组可帮助智能手机等便携式智能终端中的星空观测软件，对当前望远镜所观察的星空进行可视化的多媒体信息引导；不同于传统的天文望远镜，本发明在出瞳处得到由寻星镜用镜组和望远物镜组形成的融合图像，从而更使初级天文爱好者更为便捷的使用望远镜。

Description

一种可附接外部导星装置的望远镜

技术领域

本发明涉及一种可附接外部导星装置的望远镜，具体的，涉及利用便携式终端实现引导天文观测的望远镜，便携式终端中运行的多媒体应用结合光学元件，实现在星空观测时将多媒体画面实时融合显示在天文望远镜，实现辅助星空观测。

背景技术

对于青少年以及初级天文爱好者而言，单纯利用天文望远镜观测星空，寻找星空中的某颗星体、某个星座是一件比较困难的事情。因为寻找星体、观察星座需要储备大量的专业天文知识。

为了解决寻星的问题，天文望远镜一般配置有寻星镜来寻找目标星点，但是对于天文知识和操作技能都不够充分的爱好者而言，操作使用寻星镜依然需要额外东西学习，也无法得知寻星镜里看到的星体属于哪个星座，都有哪些星体构成。

由于缺乏直观、可视化的引导信息引导，使用现有的天文望远镜观测星空给青少年以及初级天文爱好者带来较大的困惑。

随着智能手机等便携式终端的大规模普及，很多应用开发者开发了可以运行在诸如智能手机上的星图软件应用，配合智能手机上的GPS、陀螺仪等器件，进行精确定位，拍摄星空图以实现导星或者帮助导天文望远镜进行移动以寻找星体目标，成为方便和实用的方案。一方面，这极大地培养了青少年的天文兴趣，普及了天文知识。另一方面，这可以带领广大天文爱好者快速入门，在短时间内就能学会寻找特定星体的方法。但是这样的方式只能单独在便携式终端上依赖其自有的摄像头完成，然后观察者再依据显示指引到专业的天文望远镜上观看，用户体验不友好。

本发明结合现有的可运行在便携式终端中的观星软件应用，设计了一种将其中的星空观测多媒体画面实时融合显示在专业天文望远镜中的辅助星空观测的装置，使得复杂的寻星过程大为简化，并节约了寻星系统的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在使用天文望远镜进行观测时，可以提供直观、可视化的引导信息，方便观察者认知和理解所观察星空的引导星空观测的增强型望远镜装置，以克服已有技术的缺陷。

根据本发明的一种可附接外部导星装置的望远镜，包括望远物镜组和导星用镜组，其特征在于，所述望远物镜组与导星用镜组通过一分光镜实现共用同一目镜组；其中，从望远物镜组出射的光经由所述分光镜的第一光路到达所述目镜组，从所述导星用镜组出射的光经由所述分光镜的第二光路到达所述目镜组，所述目镜组包括具有正折射光焦度的一组透镜，所述望远物镜组和所述导星用镜组在所述目镜组后的出瞳重合。

其中，所述望远物镜组实现对无限远物体成像，至少包括一望远准直物镜，具有正折射光焦度。

进一步的，所述望远物镜组还包括具有正折射光焦度的中继倒像透镜组，所述中继倒像透镜组为两双胶合透镜。

导星用镜组用于实现对有限远图像进行成像，至少包括具有正折射光焦度的一会聚透镜和一反射镜，反射镜在所述导星用镜组中的位置可移动。

优选的，所述望远物镜组与所述导星用镜组具有一致的放大倍率，所述望远物镜组与所述目镜组组成构成的放大用透镜组具有6倍以上的放大倍率。

作为一种利于操作的方式，导星用镜组的物面附近包括支架，用以支撑和固定可显示导星用图像信息的便携式终端，使之随望远镜的位置而做同步移动。

本发明提出的可附接外部导星装置的望远镜，能够利用诸如智能手机中现有的星空观测软件，将软件中有关当前观测星空的直观、可视化多媒体信息实时融合显示在通过天文望远镜直接观测到的场景中，达到快速辅助天文初级爱好者认识、理解星空、星座，有效学习天文知识的有益效果。

附图说明

图1是示出本发明第一实施方式的原理图；

图2是图1所示的本发明第一实施方式的望远物镜组(无限远共轭)光路图。

图3是图1所示的本发明第一实施方式的导星用镜组(有限远共轭)光路图。

图4是本发明第一实施方式的整体光路立体示意图。

图5是示出本发明第二实施方式的原理图。

图6是图5所示本发明第二实施方式的导星用镜组(有限远共轭)光路图。

图7是图5所示本发明第二实施方式的望远物镜组(无限远共轭)光路图。

图8是本发明第二实施方式的整体光路立体示意图。

图9是示出图5在目镜处被观察到的增强显示图像示意。

各附图标记表示：101:目镜组；102：半反半透分光镜；103：第三会聚透镜；104：反射镜；105：导星准直物镜；106：手机；107：第一会聚透镜；108：第二会聚透镜；109：望远准直物镜；110：消杂光光阑；111：视场光阑；112：孔径光阑；201：目镜组；202：半反半透分光镜；203：第四会聚透镜；204：反射镜；205：反射镜；206：导星准直物镜；207：反射镜；208：手机；209：望远准直物镜；210：孔径光阑；211：视场光阑。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式做详细说明，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。除非有明确的表示，本领域技术人员应当理解的，第一、第二等词汇仅理解为区分不同的部件，而不包含顺序的限定性作用，并且，在不同的实施例中，同样被称为第一部分的部件结构也可以是不相同的；各附图中的部件图只是示意性作用，即使图中只示出一个透镜，也不应该被理解为仅可以由单透镜构成，而也可以是一个透镜组的等效示意。

第一实施例

根据图1-4示出的本发明第一实施方式，本发明的可附接外部导星装置的望远镜包括望远物镜组TL和导星用镜组GSL，望远物镜组TL与导星用镜组GSL通过半反半透分光镜102实现共用同一目镜组101。其中望远物镜组TL包括，从观测者一侧到物侧(例如，待观测的星空侧)，依次排列的第一会聚透镜107，第二会聚透镜108，望远准直物镜109，其中第一会聚透镜107和第二会聚透镜108构成中继镜组，使用双胶合球面透镜；导星用镜组包括了，从观察者一侧向外，依次排列的第三会聚透镜103，反射镜104，导星准直物镜105，其中第三会聚透镜103也使用了双胶合球面透镜；处于控制光束孔径和质量的需要，望远准直物镜109的外侧或者入射面周边具有孔径光阑112，在第一会聚透境107和第二会聚透境108中间，设置有控制杂散光的消杂光光阑110，以及在望远准直物镜的像方一侧光路中设置有视场光阑111，各光阑的使用可以使望远物镜组TL对遥远的星空发出的光线在一定视场角内呈现高质量的图像，并且本领域技术人员可以理解的，上述光阑的具体位置并不限于图中所示，而可以随各透境参数进行调整，以适应成像质量控制的需要。半反半透分光镜102，优选的，具有与望远物镜组和导星用镜组的光轴均呈45度的分光面，从而使通过望远物镜组出射的光经由分光镜102透射进入目镜组101，使通过导星用镜组出射的光经由分光镜102反射进入目镜组101。当诸如运行有星空观测软件应用的智能手机106被置于导星用镜组的物面时，星空观测软件应用会使智能手机的显示屏显示出所指向星空范围的星体、星座等多媒体信息，例如介绍星座的文字、图片等等。这些可视化的多媒体信息通过导星用镜组光路上的各光学元件103-105，可以将信息融合显示在望远物镜组的观测正前方，再经由目镜组放大，从而被观察者观察到。

在一种具体的结构中，智能手机可以通过设置在导星准直物镜105外前方附近的支架固定在望远镜的外侧，显示屏对准导星准直物镜105，从而使显示屏上显示的多媒体信息被有效成像于观测者观测到的星空上。智能手机的功能可以允许调节显示屏显示的观星图像的亮度、大小和图像翻转，使得包含有多媒体信息的图像和观测到的星空星体图像放大率一致，从而达到比较完美的融合效果，星体图像得到增强显示。

在第一实施例各光路中的光学元件，除以上述双胶合球面透镜构成的透镜外，其他透镜均可使用球面透镜，或者，可替换的，所有的光路中涉及球面的透镜均可以替换为其它面型类型的透镜或透镜组合，以使得光学成像性能进一步提高。

在使用本发明第一实施例的望远镜时，可以开启智能手机中的任何一款星空观测软件应用，并将智能手机放置于支架上。由上述导星准直物镜105，反射镜104，第三会聚透镜103，半反半透镜102和目镜组101构成对智能手机显示屏成像的有限共轭成像系统，显示屏发出的光线经过物镜105准直之后被反射镜104折转，通过透镜103聚焦，经由半反半透镜102的分光面反射，经由目镜组101会聚到达出瞳。

同时，望远准直物镜109，第二会聚透镜108，第一会聚透镜107，半反半透镜102和目镜组101构成对星空实现观测的无限共轭成像系统；无限远的星空发出的光，经过物镜109后聚焦，通过透镜108准直，通过透镜107聚焦，在半反半透镜102的分光面上透射，经由目镜组101会聚到出瞳处。这样，有限共轭成像系统和无限共轭成像系统通过半透半反镜分光镜102(分光镜)将两路图像融合进入目镜组，最终进入观测者的眼睛。由于半透半反分光镜102在无限共轭成像系统中的作用是平行玻璃板，远处目标光能量在通过半透半反分光镜时会损失一部分；而半透半反分光镜在有限共轭成像系统中的作用是反射镜，显示屏发出的光能量在通过半透半反分光镜102的反射也会损失一部分。因此两路图像的光能量可能不匹配，需要调节智能手机的显示屏亮度以实现目镜组处图像亮度的匹配，从而能够实现显示屏与远处目标同时在出瞳处形成可以被人眼接受的融合图像，达到良好的图像融合效果。融合图像中可以包含有被观测到的星空的信息，诸如星座、行星名等，智能手机可以识别并通过语音装置输出这些信息，以供观测者学习和调整使用。

第二实施例

根据图5-9示出的本发明第二实施例，本发明的可附接外部导星装置的望远镜包括望远物镜组TL和导星用镜组GSL，望远物镜组TL与导星用镜组GSL通过半反半透分光镜202实现共用同一目镜组201。其中望远物镜组TL包括，从观测者一侧到物侧(例如，待观测的星空侧)，依次排列的望远准直物镜209；导星用镜组包括了，从观察者一侧向外，依次排列的第四会聚透镜203，反射镜204，反射镜205，导星准直物镜206，反射镜207，其中第四会聚透镜203也使用了双胶合球面透镜。半反半透分光镜202，优选的，具有与望远物镜组和导星用镜组的光轴均呈45度的分光面，从而使通过望远物镜组出射的光经由分光镜202透射进入目镜组201，使通过导星用镜组出射的光经由分光镜202反射进入目镜组201。与第一实施例类似的，第二实施例的望远准直物镜209外侧附近也具有孔径光阑210，而视场光阑211则被置于靠近目镜组201的位置，而相比较第一实施例，第二实施例中具有反射镜205、207，可以改变光轴走向，从而可以通过调整反射镜以及相应的半透半反镜的角度和位置等参数，实现了望远镜结构的变化，便于适应各种观测条件，例如，可以实现缩小望远镜在某一方向上的尺寸或者改变目镜组的朝向。当诸如运行有星空观测软件应用的智能手机208被置于导星用镜组的物面时，星空观测软件应用会使智能手机的显示屏显示出所指向星空范围的星体、星座等多媒体信息，例如介绍星座的文字、图片等等。这些可视化的多媒体信息通过导星用镜组光路上的各镜203-207，可以将信息融合显示在望远物镜组的观测正前方，再经由目镜组放大，从而被观察者观察到。

在一种具体的结构中，智能手机可以通过设置在导星反射镜207外前方附近的支架固定在望远镜的外侧，显示屏对准导星反射镜207，从而使显示屏上显示的多媒体信息被有效成像于观测者观测到的星空上。智能手机的功能可以允许调节显示屏显示的观星图像的亮度、大小和图像翻转，使得包含有多媒体信息的图像和观测到的星空星体图像放大率一致，从而达到比较完美的融合效果，星体图像得到增强显示。

在第二实施例各光路中的光学元件，除以上述双胶合球面透镜构成的透镜外，其他透镜均可使用球面透镜，或者，可替换的，所有的光路中涉及球面的透镜均可以替换为其它面型类型的透镜或透镜组合，以使得光学成像性能进一步提高。

在使用本发明第二实施例的望远镜时，可以开启智能手机中的任何一款星空观测软件应用，并将智能手机放置于支架上。由上述导星反射镜207，倒星准直物镜206，反射镜205，反射镜204，第四会聚透镜203，半反半透镜202和目镜组201构成对智能手机显示屏成像的有限共轭成像系统，显示屏发出的光线经过反射镜207反射后被准直镜206准直，通过反射镜205、204反射，经由第四会聚透镜会聚，并透射通过半反半透镜202，经由目镜组201会聚到达出瞳。同时，望远准直物镜209，半反半透镜202和目镜组201构成对星空实现观测的无限共轭成像系统；无限远的星空发出的光，经过物镜209汇聚后，在半反半透镜202的分光面上反射，经由目镜组201会聚到出瞳处。这样，有限共轭成像系统和无限共轭成像系统通过半透半反镜202(分光镜)将两路图像融合进入目镜组，最终进入观测者的眼睛。由于半透半反镜202在无限共轭成像系统中的作用是反射镜，远处目标光能量在通过半透半反分光镜时会损失一部分；而半透半反分光镜在有限共轭成像系统中的作用是平行玻璃板，显示屏发出的光能量在通过半透半反分光镜202的反射也会损失一部分。因此两路图像的光能量可能不匹配，需要调节智能手机的显示屏亮度以实现目镜组处图像亮度的匹配，从而能够实现显示屏与远处目标同时在出瞳处形成可以被人眼接受的融合图像，达到良好的图像融合效果。

根据本发明的上述第一、第二实施例中的望远镜，优选的，望远准直物镜109、209的像方焦距为300-400mm，以使望远物镜组TL的长度处于较适宜携带的范围内，与此相适应的，中继镜组中的透境107、108与会聚透境103、203的物方焦距大约为55mm，导星准直物镜105、206的像方焦距约245mm，当目镜组101、201的物方焦距为30-40mm时，可以使望远镜具有大约10倍的放大倍率，但不限于此的，望远准直物镜109、209的像方焦距和目镜组101、201物方焦距也可以选自其他范围的数值以实现所需的放大倍率，但放大倍率不宜低于6倍。

前面的对本技术的详细描述只是为了说明和描述。它不是为了详尽的解释或将本技术限制在所公开的准确的形式。鉴于上述教导，许多修改和变型都是可能的。所描述的实施例只是为了最好地说明本技术的原理以及其实际应用，从而使精通本技术的其他人在各种实施例中最佳地利用本技术，适合于特定用途的各种修改也是可以的。本技术的范围由所附的权利要求进行定义。

Claims (8)

1.一种可附接外部导星装置的望远镜，包括望远物镜组和导星用镜组，其特征在于，所述望远物镜组与导星用镜组通过一分光镜实现共用同一目镜组；其中，从望远物镜组出射的光经由所述分光镜的第一光路到达所述目镜组，从所述导星用镜组出射的光经由所述分光镜的第二光路到达所述目镜组，所述目镜组包括具有正折射光焦度的一组透镜，所述望远物镜组和所述导星用镜组在所述目镜组后的出瞳重合。

2.如权利要求1所述的望远镜，其特征在于，所述望远物镜组实现对无限远物体成像，至少包括一望远准直物镜，具有正折射光焦度。

3.如权利要求2所述的望远镜，其特征在于，所述望远物镜组还包括具有正折射光焦度的中继倒像透镜组，所述中继倒像透镜组为两双胶合透镜。

4.如权利要求2所述的望远镜，其特征在于，所述导星用镜组实现对有限远图像进行成像，至少包括具有正折射光焦度的一会聚透镜和一反射镜。

5.如权利要求4所述的望远镜，其特征在于，所述望远物镜组与所述导星用镜组具有一致的放大倍率，所述望远物镜组与所述目镜组组成构成的放大用透镜组具有6倍以上的放大倍率。

6.如权利要求1-4任一所述的望远镜，其特征在于，所述分光镜为半反半透镜，其在望远镜中的位置可移动。

7.如权利要求4所述的望远镜，其特征在于，所述反射镜在所述导星用镜组中的位置可移动。

8.如权利要求5所述的望远镜，其特征在于，导星用镜组的物面附近包括支架，用以支撑和固定可显示导星用图像信息的便携式终端，使之随望远镜的位置而做同步移动。