CN110429983A - 基于光通信传输的望远镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光通信传输的望远镜系统，它包括两望远镜，其中任意个为本端望远镜，剩余一个为对端望远镜；本端望远镜和对端望远镜均包括录像观察终端和通信观察终端；录像观察终端包括第一物镜组、第一分光组件、第一目镜组和成像采集镜头；第一物镜组用于对观测物进行成像形成成像光；第一分光组件用于接收成像光并将成像光分成第一路光和第二路光、还用于将第一路光射向成像采集镜头和将第二路光射向第一目镜组；成像采集镜头用于接收第一路光并光电转换形成视频数据；通信观察终端包括处理器单元、通信光产生发射模块、第二物镜组、第二分光组件、第二目镜组和通信光接收模块。本发明不仅能够录制观察到的观察物的视频数据，而且能够实现点对点的即时通信，使用方便。

Description

基于光通信传输的望远镜系统

技术领域

本发明涉及一种基于光通信传输的望远镜系统。

背景技术

目前，望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入光阑并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称"千里镜"。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大8毫米)粗得多的成像光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。

通信在我们的生活中扮演着愈来愈重要的角色，通信技术无时无刻不影响着我们的生活，它的每一点变化都引发着我们的关注，目前光纤通信、宽带、无线通信都是我们生活中不可或缺的技术。

随着半导体发光二极管 LED(Light Emitting Diode)发光效率的不断提高及制造成本的逐步降低，LED 灯正逐步取代传统白炽灯、荧光灯而成为室内外照明的主体光源，其照明以节能、长寿命和环境友好等优点被广泛用于液晶显示屏背光照明、全彩大屏幕显示、汽车头尾灯、交通信号灯、景观照明等领域。

半导体LED 与传统照明相光源相比，还具有一个重要特点：LED 开关速度较高，可被高速调制（达到兆赫兹以上）。将LED光作为信息发射源，可实现空间光学无线通信，在照明的同时实现数据的光学无线传输。此种新型的无线光通信技术，即LED光通信技术。

LED光通信技术在传输速率、传输距离、传输带宽等各方面性能、指标的不断提升，其成为了远距离无线通信的另外一种灵活的可选方案。相对于目前主流的远距离无线通信技术主要是射频无线通信技术，其无需频率许可，没有电磁干扰，不会对人体健康造成威胁，并且可以用于医院、矿井、军事基地、紧急救援等特殊场合。

需要设计一种将LED光通信利用于望远镜上，实现LED光通信的望远镜系统，以解决望远镜使用者的通信问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于光通信传输的望远镜系统，它不仅能够录制观察到的观察物的视频数据，而且能够实现点对点的即时通信，使用方便。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于光通信传输的望远镜系统，它包括两望远镜，其中任意个为本端望远镜，剩余一个为对端望远镜；其中，本端望远镜和对端望远镜均包括录像观察终端和通信观察终端；其中，

录像观察终端包括第一物镜组、第一分光组件、第一目镜组和成像采集镜头；

所述第一物镜组用于对观测物进行成像形成成像光；

所述第一分光组件用于接收成像光并将成像光分成第一路光和第二路光、还用于将第一路光射向成像采集镜头和将第二路光射向第一目镜组；

所述成像采集镜头用于接收第一路光并光电转换形成视频数据；

通信观察终端包括处理器单元、通信光产生发射模块、第二物镜组、第二分光组件、第二目镜组和通信光接收模块；

所述处理器单元具有与所述成像采集镜头的信号输出端相连的处理器，所述处理器与所述通信光产生发射模块相连，以适于将本端望远镜采集的视频数据编码后加载至通信光产生发射模块中；

所述通信光产生发射模块适于根据加载后的信号形成通信光信号，并将通信光信号发射至对端望远镜；

所述第二物镜组用于接收带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束；

所述第二分光组件用于将第二物镜组射入的成像光束分成可见光和通信光信号、还用于将可见光射入第二目镜组和将通信光信号射入通信光接收模块；

所述处理器还与所述通信光接收模块相连，以将所述通信光接收模块处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的视频数据。

进一步为了得到使用者的音频信号，所述处理器单元还包括用于采集音频数据的音频采集器件，所述音频采集器件的信号输出端与所述处理器相连；

所述处理器还适于将本端望远镜采集的音频数据编码后加载至通信光产生发射模块中和将所述通信光接收模块处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的音频数据和视频数据。

进一步为了对音频数据和/或视频数据进行存储，所述处理器单元还包括：

与所述处理器相连的存储模块，所述处理器将所述音频数据和/或视频数据处理后送入所述存储模块存储。

进一步，所述处理器为ARM处理器。

进一步，所述成像采集镜头为CMOS镜头。

进一步为了满足白天和夜晚的使用需求，所述CMOS镜头设有用于日夜切换的双滤光片切换器。

进一步，所述第一分光组件包括叠设的两录像分光棱镜，两录像分光棱镜分别为第一录像分光棱镜和第二录像分光棱镜；其中，

成像光进入第一录像分光棱镜后分别进入成像采集镜头和第二录像分光棱镜，进入第二录像分光棱镜的光再进入第一目镜组。

进一步，所述通信光产生发射模块包括；

与所述处理器相连的LED驱动电路；

与所述LED驱动电路相连的LED；其中，

所述LED驱动电路适于根据加载后的信号驱动LED点亮或熄灭以形成通信光信号。

进一步，所述LED驱动电路中设有用于驱动LED点亮或熄灭的MOSFET管。

进一步，所述通信光接收模块包括：

光学检测器件，所述光学检测器件对接收到的通信光信号进行光学检测得到检测后的信号；

放大电路，所述放大电路分别与所述光学检测器件和所述处理器相连，以适于将光学检测器件传送的检测后的信号进行放大后传送给处理器。

进一步，所述光学检测器件为雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对接收到的通信光信号进行光学检测得到电流信号。

进一步，所述放大电路包括：

与光学检测器件的输出端相连的跨阻放大器；

与所述跨阻放大器的输出端相连的电压放大器；其中，

所述跨阻放大器适于将电流信号放大并转变为电压信号；

所述电压放大器适于将电压信号进行放大。

进一步，所述通信光接收模块还包括：

通信光接收镜头，所述通信光接收镜头适于接收通信光信号并将其汇聚至光学检测器件上。

所述第二分光组件包括叠设的两通信分光棱镜，两通信分光棱镜分别为第一通信分光棱镜和第二通信分光棱镜；其中，

带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束进入第一通信分光棱镜后分别进入通信光接收模块和第二通信分光棱镜，进入第二通信分光棱镜的光再进入第二目镜组。

采用了上述技术方案后，本发明通过第一物镜组对外面的观测物进行成像，并通过第一分光组件进行倒像和分离，将第一路光传送至成像采集镜头后经过光电转换，转变为电信号形成视频数据，然后经过处理器处理，进入存储模块进行存储，同时将第二路光传送至第二目镜组，人眼通过第二目镜组可以观察到景物，通过以上措施，即实现了使用者现场观测观测物，同时也能够录制视频并处理；另外，本发明的处理器单元还设有音频采集器件，它用于采集使用者的音频信号并由处理器处理后可送入存储器存储；

第二物镜组接收带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束，然后进入第二分光组件，第二分光组件将第二物镜组射入的成像光束分成可见光和通信光信号，将可见光射入第二目镜组，将通信光信号射入通信光接收模块，通信光接收模块处理得到处理器能够接收的信号，处理器再将处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集到的音频数据和对端望远镜采集的视频数据；在本端望远镜中，将本端望远镜的音频数据和本端望远镜采集的视频数据编码后加载至通信光产生发射模块中，所述通信光产生发射模块根据加载后的信号形成通信光信号，并将通信光信号通过空气传输至对端望远镜去，这样就实现了本端和对端之间的通讯连接，非常方便。

附图说明

图1为本发明的录像观察终端的立体图；

图2为本发明的录像观察终端的光路传输图；

图3为本发明的通信观察终端的立体图；

图4为本发明的通信观察终端的结构示意图；

图5为本发明的通信观察终端的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1~5所示，一种基于光通信传输的望远镜系统，它包括两望远镜，其中任意个为本端望远镜，剩余一个为对端望远镜；本端望远镜和对端望远镜均包括录像观察终端和通信观察终端；其中，

录像观察终端包括第一物镜组11、第一分光组件12、第一目镜组13和成像采集镜头15；

所述第一物镜组11用于对观测物进行成像形成成像光；

所述第一分光组件12用于接收成像光并将成像光分成第一路光和第二路光、还用于将第一路光射向成像采集镜头15和将第二路光射向第一目镜组13；

所述成像采集镜头15用于接收第一路光并光电转换形成视频数据；

通信观察终端包括处理器单元2、通信光产生发射模块31、第二物镜组32、第二分光组件33、第二目镜组34和通信光接收模块35；

所述处理器单元2具有与所述成像采集镜头15的信号输出端相连的处理器21，所述处理器21与所述通信光产生发射模块31相连，以适于将本端望远镜采集的视频数据编码后加载至通信光产生发射模块31中；

所述通信光产生发射模块31适于根据加载后的信号形成通信光信号，并将通信光信号发射至对端望远镜；

所述第二物镜组32用于接收带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束；

所述第二分光组件33用于将第二物镜组32射入的成像光束分成可见光和通信光信号、还用于将可见光射入第二目镜组34和将通信光信号射入通信光接收模块35；

所述处理器21还与所述通信光接收模块35相连，以将所述通信光接收模块35处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的视频数据。

具体地，如图5所示，所述处理器单元2还包括用于采集音频数据的音频采集器件22，所述音频采集器件22的信号输出端与所述处理器21相连；

所述处理器21还适于将本端望远镜采集的音频数据编码后加载至通信光产生发射模块31中和将所述通信光接收模块35处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的音频数据和视频数据；其中，音频采集器件63为本领域技术人员使用的常规实体器件，本实施例不对其做过多的介绍。

具体地，如图5所示，所述处理器单元2还包括：

与所述处理器21相连的存储模块23，所述处理器21将所述音频数据和/或视频数据处理后送入所述存储模块23存储。存储模块62是本领域技术人员使用的常规实体器件，本实施例不对其做过多的介绍，其可以是SD存储卡。

所述处理器21例如但不限于 ARM处理器，具体为4核Cortex-A7系列的ARM处理器，其主频为1.3GHz。

所述成像采集镜头15可以为CMOS镜头。

所述CMOS镜头设有用于日夜切换的双滤光片切换器。双滤光片切换器可以用以切换滤光片满足白天和夜晚的使用场景。

具体地，如图1、2所示，所述第一分光组件12包括叠设的两录像分光棱镜，两录像分光棱镜分别为第一录像分光棱镜12a和第二录像分光棱镜12b；其中，

成像光进入第一录像分光棱镜12a后分别进入成像采集镜头15和第二录像分光棱镜12b，进入第二录像分光棱镜12b的光再进入第一目镜组13。

具体地，如图5所示，所述通信光产生发射模块31例如但不限于以下结构，其包括；

与所述处理器21相连的LED驱动电路31a；

与所述LED驱动电路31a相连的LED31b；其中，

所述LED驱动电路31a适于根据加载后的信号驱动LED31b点亮或熄灭以形成通信光信号。

具体地，如图5所示，所述LED驱动电路31a中设有用于驱动LED31b点亮或熄灭的MOSFET管31a1。

在本实施例中，LED31b为高红外LED，工作波长为940nm。

在本实施例中，处理器21将编码后的音频数据或视频数据加载到LED驱动电路31a，LED驱动电路31a进一步驱动后续的MOSFET管31a1点亮或关闭LED31b，将有效通信数据调制到LED31b上经光信号发射给对端望远镜。

具体地，如图5所示，所述通信光接收模块35包括：

光学检测器件35a，所述光学检测器件35a对接收到的通信光信号进行光学检测得到检测后的信号；

放大电路35b，所述放大电路35b分别与所述光学检测器件35a和所述处理器21相连，以适于将光学检测器件35a传送的检测后的信号进行放大后传送给处理器21。

所述光学检测器件35a例如但不限于雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对接收到的通信光信号进行光学检测得到电流信号。

具体地，如图5所示，所述放大电路35b包括：

与光学检测器件35a的输出端相连的跨阻放大器35b1；

与所述跨阻放大器35b1的输出端相连的电压放大器35b2；其中，

所述跨阻放大器35b1适于将电流信号放大并转变为电压信号；

所述电压放大器35b2适于将电压信号进行放大。

具体地，如图5所示，所述通信光接收模块35还包括：

通信光接收镜头35c，所述通信光接收镜头35c适于接收通信光信号并将其汇聚至光学检测器件35a上。

具体地，在本实施例中，通信光接收镜头35c将接收镜面上的光信号汇聚到雪崩光电二极管（APD）的靶面上，由雪崩光电二极管产生与接收信号相对应的初始的微弱电流信号，电流信号通跨阻放大器35b1（TIA）将该电流信号放大产生电压信号，电压信号通过电压放大器35b2（LA）进一步放大到处理器21可识别的通用信号并传输到处理器21，后续由处理器21进行解码并生成语音或者视频数据。

具体地，如图3所示，所述第二分光组件33包括叠设的两通信分光棱镜33a，两通信分光棱镜33a分别为第一通信分光棱镜和第二通信分光棱镜；其中，

带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束进入第一通信分光棱镜后分别进入通信光接收模块35和第二通信分光棱镜，进入第二通信分光棱镜的光再进入第二目镜组34。

在本实施例中，两通信分光棱镜和两录像分光棱镜的作用是在终端中用于“折射”光线，改变图像的方向，偏转光线路径，将图像从其原始轴偏移，最终达到正立望远镜观测时所成的图像的结果。

具体地，所述第一物镜组11和第二物镜组32均可以为如下结构，其包括：

物镜筒；

活动置于物镜筒内的至少一物镜，通过在物镜筒内调节物镜的位置以使得接收成像光束成像于光轴上。

具体地，物镜可以通过螺纹连接于相应的物镜筒上。

具体地，第一目镜组13和第二目镜组34均由透镜、目镜框、拨动铰链等组成，透镜与镜身用螺纹压圈连接在一起，其作用是把物镜所成的像放大之后供人眼观察，转动拨轮可以调节目镜组的瞳距，以满足不同视度人眼的使用要求。

本发明通过第一物镜组11对外面的观测物进行成像，并通过第一分光组件12进行倒像和分离，将第一路光传送至成像采集镜头15后经过光电转换，转变为电信号形成视频数据，然后经过处理器21处理，进入存储模块23进行存储，同时将第二路光传送至第二目镜组34，人眼通过第二目镜组34可以观察到景物，通过以上措施，即实现了使用者现场观测观测物，同时也能够录制视频并处理；第二物镜组32接收带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束，然后进入第二分光组件33，第二分光组件33将第二物镜组32射入的成像光束分成可见光和通信光信号，将可见光射入第二目镜组34，将通信光信号射入通信光接收模块35，通信光接收模块35处理得到处理器21能够接收的信号，处理器21再将处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集到的音频数据和对端望远镜采集的视频数据；在本端望远镜中，将本端望远镜的音频数据和本端望远镜采集的视频数据编码后加载至通信光产生发射模块31中，所述通信光产生发射模块31根据加载后的信号形成通信光信号，并将通信光信号通过空气传输至对端望远镜去，这样就实现了本端和对端之间的通讯连接，非常方便。

本发明的望远镜系统是以大气为传输介质，光电结合的新型通讯器材，其最大的特点是抗干扰能力强、保密性好，体积小，重量轻，便于携带，使用安全可靠，特别是在野外侦测条件下避开了爬山涉水进行架线的通讯传输，非常适合军队侦察兵使用。此外，普通条件下的远距离机车通信等应用场景也适合。

本发明的望远镜系统最大的通讯距离取决于气象条件，一般以大气的能见距离为准。在晴朗的白天将仪器装于三脚架上，其最大通讯距离可达3公里，手持时，其最大通讯距离亦可达到2公里。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (11)

1.一种基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，它包括两望远镜，其中任意个为本端望远镜，剩余一个为对端望远镜；本端望远镜和对端望远镜均包括录像观察终端和通信观察终端；其中，

录像观察终端包括第一物镜组（11）、第一分光组件（12）、第一目镜组（13）和成像采集镜头（15）；

所述第一物镜组（11）用于对观测物进行成像形成成像光；

所述第一分光组件（12）用于接收成像光并将成像光分成第一路光和第二路光、还用于将第一路光射向成像采集镜头（15）和将第二路光射向第一目镜组（13）；

所述成像采集镜头（15）用于接收第一路光并光电转换形成视频数据；

通信观察终端包括处理器单元（2）、通信光产生发射模块（31）、第二物镜组（32）、第二分光组件（33）、第二目镜组（34）和通信光接收模块（35）；

所述处理器单元（2）具有与所述成像采集镜头（15）的信号输出端相连的处理器（21），所述处理器（21）与所述通信光产生发射模块（31）相连，以适于将本端望远镜采集的视频数据编码后加载至通信光产生发射模块（31）中；

所述通信光产生发射模块（31）适于根据加载后的信号形成通信光信号，并将通信光信号发射至对端望远镜；

所述第二物镜组（32）用于接收带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束；

所述第二分光组件（33）用于将第二物镜组（32）射入的成像光束分成可见光和通信光信号、还用于将可见光射入第二目镜组（34）和将通信光信号射入通信光接收模块（35）；

所述处理器（21）还与所述通信光接收模块（35）相连，以将所述通信光接收模块（35）处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的视频数据。

2.根据权利要求1所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述处理器单元（2）还包括用于采集音频数据的音频采集器件（22），所述音频采集器件（22）的信号输出端与所述处理器（21）相连；

所述处理器（21）还适于将本端望远镜采集的音频数据编码后加载至通信光产生发射模块（31）中和将所述通信光接收模块（35）处理后的通信光信号解码并生成对端望远镜采集的音频数据和视频数据。

3.根据权利要求2所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述处理器单元（2）还包括：

与所述处理器（21）相连的存储模块（23），所述处理器（21）将所述音频数据和/或视频数据处理后送入所述存储模块（23）存储。

4.根据权利要求1所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述第一分光组件（12）包括叠设的两录像分光棱镜，两录像分光棱镜分别为第一录像分光棱镜（12a）和第二录像分光棱镜（12b）；其中，

成像光进入第一录像分光棱镜（12a）后分别进入成像采集镜头（15）和第二录像分光棱镜（12b），进入第二录像分光棱镜（12b）的光再进入第一目镜组（13）。

5.根据权利要求1所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述通信光产生发射模块（31）包括；

与所述处理器（21）相连的LED驱动电路（31a）；

与所述LED驱动电路（31a）相连的LED（31b）；其中，

所述LED驱动电路（31a）适于根据加载后的信号驱动LED（31b）点亮或熄灭以形成通信光信号。

6.根据权利要求5所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述LED驱动电路（31a）中设有用于驱动LED（31b）点亮或熄灭的MOSFET管（31a1）。

7.根据权利要求1所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述通信光接收模块（35）包括：

光学检测器件（35a），所述光学检测器件（35a）对接收到的通信光信号进行光学检测得到检测后的信号；

放大电路（35b），所述放大电路（35b）分别与所述光学检测器件（35a）和所述处理器（21）相连，以适于将光学检测器件（35a）传送的检测后的信号进行放大后传送给处理器（21）。

8.根据权利要求7所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述光学检测器件（35a）为雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对接收到的通信光信号进行光学检测得到电流信号。

9.根据权利要求8所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述放大电路（35b）包括：

与光学检测器件（35a）的输出端相连的跨阻放大器（35b1）；

与所述跨阻放大器（35b1）的输出端相连的电压放大器（35b2）；其中，

所述跨阻放大器（35b1）适于将电流信号放大并转变为电压信号；

所述电压放大器（35b2）适于将电压信号进行放大。

10.根据权利要求7所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述通信光接收模块（35）还包括：

通信光接收镜头（35c），所述通信光接收镜头（35c）适于接收通信光信号并将其汇聚至光学检测器件（35a）上。

11.根据权利要求1所述的基于光通信传输的望远镜系统，其特征在于，

所述第二分光组件（33）包括叠设的两通信分光棱镜（33a），两通信分光棱镜（33a）分别为第一通信分光棱镜和第二通信分光棱镜；其中，

带有对端望远镜发射的通信光信号的成像光束进入第一通信分光棱镜后分别进入通信光接收模块（35）和第二通信分光棱镜，进入第二通信分光棱镜的光再进入第二目镜组（34）。