CN111103680A - 自动调焦望远镜系统 - Google Patents

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康宏向
范应威
马琼
倪波
罗振坤
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Abstract

本发明公开了一种自动调焦望远镜系统，包括：自动变焦望远镜；测距装置，设置在所述自动变焦望远镜上，用于测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离；控制装置，用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离对所述自动变焦望远镜进行调焦，以获取图像清晰度高于预设阈值的观测图像。本发明具有如下优点：可以根据目标物距离状态的变化产生的反馈对可变焦望远镜进行调节，从而实现对可调焦望远镜自动调焦。

Description

自动调焦望远镜系统
技术领域
本发明涉及可穿戴的人效能增强智能化控制望远镜自动变焦领域，特别涉及一种自动调焦望远镜系统。
背景技术
相关技术中，人员携带配有望远镜的可穿戴设备观测目标物体时，需要频繁调整望远镜的焦距或者改变目镜的位置以得到目标物体清晰地图像。这种调节方式无法满足用户需求。另外，随着技术的发展及实际需求的不断更新，自动调焦的望远镜已经具有重要的应用前景。因此，开发自动调焦望远镜系统将能够满足民用、军用的相关的需求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种自动调焦望远镜系统，可以根据目标物距离状态的变化产生的反馈对可自动变焦望远镜进行调节，从而实现对可调焦望远镜自动调焦。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种自动调焦望远镜系统，包括：自动变焦望远镜，通过控制透镜的焦距实现望远效果；测距装置，设置在所述自动变焦望远镜上，用于测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离；控制装置，用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离对所述自动变焦望远镜进行调焦，以获取图像清晰度高于预设阈值的观测图像。
根据本发明实施例的自动调焦望远镜系统，可以根据激光所测量距离状态的变化产生的反馈对可自动变焦望远镜进行调节，从而实现对望远镜自动调焦系统。
另外，根据本发明上述实施例的自动调焦望远镜系统还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述测距装置为激光测距装置。
可选地，所述激光测距装置通过激光回波测距、相位测距或三角反射测距的方式测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。
可选地，所述自动变焦望远镜的目镜为液体变焦透镜，所述自动变焦望远镜的物镜为液体变焦透镜。
可选地，所述激光测距装置实现自动的距离测量，并输出距离信息反馈至变焦透镜。
可选地，所述控制装置根据以下公式控制所述自动变焦望远镜的物镜屈光度：
Figure BDA0002303002770000021
其中，D表示所述自动变焦望远镜的物镜屈光度，u表示所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。
可选地，还包括：手动调焦装置，用于调节所述自动变焦望远镜的目镜与物镜的焦距，从而达到望远镜的望远效果。
可选地，所述控制装置具体用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离得到调焦数，并在所述调焦数处于预设数值区间时根据所述调焦数对所述自动变焦望远镜进行调焦。
可选地，所述变焦透镜组组成的自动变焦望远镜通过设置目镜与物镜的焦距实现两种望远模式：伽利略望远镜和开普勒望远镜；其中伽利略望远镜实现正立的像，开普勒实现倒立的像。同时，两种望远镜可以实时切换。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的自动调焦望远镜系统的结构框图；
图2是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的工作原理图；
图3是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的控制变焦控制台界面；
图4是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的目镜功能控制流程图；
图5是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的物镜功能控制流程图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明的自动调焦望远镜系统。
图1是本发明一个实施例的自动调焦望远镜系统的结构框图。如图1所示，本发明实施例的自动调焦望远镜系统，包括自动变焦望远镜、测距装置和控制装置。
图2是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的工作原理图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，自动变焦望远镜的目镜为液体变焦透镜1，自动变焦望远镜的物镜为液体变焦透镜2。液体变焦透镜1和液体变焦透镜2在镜筒内可移动，从而改变自动变焦望远镜的焦距，通过控制透镜的焦距实现望远效果。
测距装置设置在自动变焦望远镜上，用于测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。
在本发明的一个实施例中，测距装置为激光测距装置，例如激光测距仪。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。
在进一步的实施例中，激光测距装置通过激光回波测距、相位测距或三角反射测距的方式测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。激光回波测距(脉冲法)测量距离的精度是在+/-1米左右，激光回波测距用于远距离测量。相位测距应用在精密测距中，精度一般为毫米级。三角反射测距用来测量2000mm以下短程距离(行业称之为位移)时，精度最高可达1μm。
控制装置用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离对自动变焦望远镜进行调焦，以获取图像清晰度高于预设阈值的观测图像。
在本发明的一个实施例中，激光测距装置实现自动的距离测量，并输出距离信息反馈至变焦透镜，激光测距装置的激光波长为905nm。其它参数例如：测距范围：1～200米；控制方式:上电自行工作/按键控制/控制线控制；重复频率：≥200hz；数据输出：UART(TTL电平)/SPI/RS485/RS232；测距精度：±0.05m；工作电压：+5V或者+6～12V；外形尺寸：78×40×62单位mm；防水等级：防尘防水(默认)；能浸泡于0.5m水深(需特殊要求)；工作温度：－20℃～+60℃。液体透镜采用Optotune EL-16-40-TC-VIS-20D模块，相关参数如表1。
Figure BDA0002303002770000061
表1液体透镜的相关参数表
如下表1所示，根据液体透镜参数在设计过程中将主要参数设置为合适的透镜焦距模式，在此表中可以看出，液体透镜设置的响应时间及设置时间之和7ms+40ms＝47ms，即从液体透镜的总体变焦时间为47ms，不超过50ms，满足不超过0.5s的指标要求。进一步地，在焦距调节过程中，目镜与物镜的变焦模式不同，采用的变焦模式是目镜为固定值，将物镜焦距设置为激光测距反馈控制指令输出。因此，在使用过程中，设置的观察不同距离过程中的焦距将会改变望远镜的形态，一种是开普勒望远镜模式，一种伽利略望远镜模式。
在本发明的一个实施例中，控制装置根据以下公式控制所述自动变焦望远镜的物镜屈光度：
Figure BDA0002303002770000062
其中，D表示所述自动变焦望远镜的物镜屈光度，u表示所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。由此可以看出，通过调节不同的距离，能够将望远镜变为不同模式的望远镜(开普勒望远镜和伽利略望远镜)。调节的时候主要考虑目前成正像的系统，如果调节为成倒像的系统，还需在望远镜中加入正像系统，将倒像变化为正像系统达到人眼观察的正视效果。
图3是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的控制变焦控制台界面，如图3所示，本申请的自动调焦望远镜系统可以在电脑等电子设备设置有控制台，通过控制台控制物镜、目镜和测距仪的连接或者断开，并且可以手动输入距离控制物镜的数值，以及物镜焦距、目镜焦距、眼适应、目标距离的数值，并选择目镜模式。
图4是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的目镜功能控制流程图，如图4所示，控制台控制目镜连接后，输入焦距并选择目镜模式，目镜根据目镜的模式调整为对应的内置焦距，系统将输入焦距转换为目镜控制数据，然后利用校验和计算代码模块进行计算校验，并且声称控制命令。最后像目镜发送控制命令，控制目镜调节成对应的焦距。
在本发明的一个实施例中，自动调焦望远镜系统还包括手动调焦装置，手动调焦装置用于手动调节自动变焦望远镜的目镜与物镜的焦距，从而达到望远镜的望远效果。
在本发明的一个实施例中，控制装置具体用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离得到调焦数，并在所述调焦数处于预设数值区间时根据所述调焦数对所述自动变焦望远镜进行调焦。在一些示例中，预设数值区间为[-4096，4096]。根据本发明实施例的自动调焦望远镜系统，可以根据激光所测量距离状态的变化产生的反馈对可自动变焦望远镜进行调节，从而实现对望远镜自动调焦系统，液体透镜的总体变焦时间为满足不超过0.5s的指标要求。
图5是本发明一个实施例中自动调焦望远镜系统的物镜功能控制流程图。如图5所示，控制台控制激光测距仪连接，激光测距仪测量得到目标的距离，并生成十进制的距离，并通过显示装置实时将测量得到的目标距离显示出来。系统根据目标距离，手动输入的距离数据、物镜焦距、眼适应、目标距离利用转换代码得到控制物镜的输入数值。其中测量得到的目标距离和手动输入的距离作为距离数据，物镜焦距、眼适应、目标距离作为物镜焦距数据。判断数值是否在-4096到4096之间，并且检查物镜的连接状态。当判断结果为假时，则返回继续测量目标距离和输入物镜数据的状态；当判断结果为真时，输入物镜的控制参数，并根据输入参数自动调焦。
在本发明的一个实施例中，变焦透镜组组成的自动变焦望远镜通过设置目镜与物镜的焦距实现两种望远模式：伽利略望远镜和开普勒望远镜；其中伽利略望远镜实现正立的像，开普勒实现倒立的像。同时，两种望远镜可以实时切换。
另外，本发明实施例的自动调焦望远镜系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种自动调焦望远镜系统，其特征在于，包括：
自动变焦望远镜；
测距装置，设置在所述自动变焦望远镜上，用于测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离；
控制装置，用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离对所述自动变焦望远镜进行调焦，以获取图像清晰度高于预设阈值的观测图像。
2.根据权利要求1所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述测距装置为激光测距装置。
3.根据权利要求2所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述激光测距装置通过激光回波测距、相位测距或三角反射测距的方式测量所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。
4.根据权利要求1所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述自动变焦望远镜的目镜为液体变焦透镜，所述自动变焦望远镜的物镜为液体变焦透镜。
5.根据权利要求2所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述激光测距装置实现自动的距离测量，并输出距离信息反馈至变焦透镜。
6.根据权利要求1或4所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述控制装置根据以下公式控制所述自动变焦望远镜的物镜屈光度：
Figure FDA0002303002760000011
其中，D表示所述自动变焦望远镜的物镜屈光度，u表示所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离。
7.根据权利要求1所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，还包括：
手动调焦装置，用于调节所述自动变焦望远镜的焦距。
8.根据权利要求1所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，所述控制装置具体用于根据所述自动变焦望远镜与被观测目标之间的距离得到调焦数，并在所述调焦数处于预设数值区间时根据所述调焦数对所述自动变焦望远镜进行调焦。
9.根据权利要求1所述的自动调焦望远镜系统，其特征在于，通过设置目镜与物镜的焦距实现两种望远模式：伽利略望远镜和开普勒望远镜；其中伽利略望远镜实现正立的像，开普勒实现倒立的像。
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