CN111766695B - 一种多功能自动变焦望远镜系统 - Google Patents

一种多功能自动变焦望远镜系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种多功能自动变焦望远镜系统，包括：可变焦及可变类型望远镜装置，用于改变透镜形状及焦距形成不同类型的望远镜模式；距离自动获取与采集装置，用于实时获取目标与望远镜之间的距离信息并反馈至望远镜的自动控制端；聚焦调节及类型变换装置，用于根据观察目标信息的变化情况对所述可变焦望远镜焦距调节及改变望远镜类型，以在目标状态满足预设要求时停止对可变焦望远镜调焦及望远镜类型的改变。由此，可以根据目标状态的变化产生的反馈对可变焦望远镜进行调节，从而实现对望远镜自动聚焦及望远镜类型改变系统。

Description

一种多功能自动变焦望远镜系统
技术领域
本申请涉及可穿戴的人效能增强智能控制望远镜自动变焦及视角扩增领域，特别涉及一种多功能自动变焦望远镜系统。
背景技术
相关技术中，用户携带配有望远镜的可穿戴设备观测目标物体时，需要手动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，并且视角的限制使得望远镜视场较小。
此外，当前的望远镜通常只能实现望远功能，根据实时的距离信息手动调节望远镜的焦距实现望远，其功能单一，效能简单，集成度及智能化程度较低，很难达到多功能重复使用的效能。
发明内容
本申请旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种多功能自动变焦望远镜系统，可以根据所需观察的目标对望远镜自动调节焦距及自动切换望远镜形态。
为了实现上述目的，本申请公开了一种多功能自动变焦望远镜系统，包括：可变焦望远镜、距离自动获取与采集装置和聚焦调节及望远镜类型变换装置；
所述可变焦望远镜包括变焦透镜组或液体透镜与物镜间距可变的透镜组，用于对所述可变焦望远镜的焦距进行实时变化及快速调节；
所述距离自动获取与采集装置，用于实时获取观察目标与所述可变焦望远镜之间的距离信息并反馈至所述可变焦望远镜的自动控制端；
聚焦调节及望远镜类型变换装置，用于根据所述观察目标的变化情况对所述可变焦望远镜的焦距调节及类型改变，以在所述观察目标的距离状态满足预设要求时停止对所述可变焦望远镜调焦。
在本申请的一个实施例中，所述可变焦望远镜还包括：可变曲率的目镜；通过改变所述目镜的曲率实现多功能地实现自动焦距调节；其中，对所述目镜的曲率实时变化及精准控制，所述液体透镜的曲率随着所述观察目标的距离改变而逐渐变化。
在本申请的一个实施例中，所述聚焦调节及望远镜类型变换装置，还用于对所述物镜与所述目镜之间的距离测量值进行精准的调节，以得到用于表示观测源对所述观测目标是否清晰的距离变化信号，进而根据所述距离变化信号对所述可变焦望远镜调焦；或，通过对焦距与信号的对应控制算法实现所述透镜的焦距调节与控制。
在本申请的一个实施例中，所述距离自动获取与采集装置包括但不限于激光测距、红外测距、雷达测距中的一种或者多种；以及通过无线传输方式或有线传输方式实时传输所述距离信息至处理器实现分析并通过计算对应调焦控制信号。
在本申请的一个实施例中，所述距离自动获取与采集装置根据所述观察目标的观察情况，实现高精度距离的测量，从而根据距离信号反馈调节所述液体透镜的焦距，以使所述望远镜的观测距离达到目镜的自动调焦的目的；其中，通过所述观测距离与目镜焦距的映射关系变化改变望远镜的焦距。
在本申请的一个实施例中，所述可变焦望远镜还包括：上液晶窗口和下液晶窗口；通过所述上液晶窗口实现变焦望远功能和通过所述下液晶窗口实现视力矫正功能，以及所述多功能自动变焦望远镜系统实现双视窗观察目标物；
其中，所述上液晶窗口和所述下液晶窗口分时复用；或，根据实际观察时适时调整使用。
在本申请的一个实施例中，所述可变焦望远镜，还包括：压电陶瓷和补偿棱镜；在实现视力矫正功能过程中，通过所述压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全透射，实现所述下液晶窗口开启；在实现变焦望远功能过程中，通过所述用压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全发射，实现所述上液晶窗口关闭。
在本申请的一个实施例中，所述物镜为玻璃透镜，所述玻璃透镜根据观察视窗大小使用多种类型的透镜以便改变观察口径及视场。
在本申请的一个实施例中，所述变焦类型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，所述伽利略望远镜实现正立的像，目镜被设置为凹透镜；所述开普勒望远镜实现倒立的像，目镜被设置为凹透镜；通过改变目镜形态实现望远镜类型的变化。
本申请具有如下优点：可以根据目标状态的变化产生的反馈对可变焦望远镜进行调节，从而实现对望远镜自动聚焦及望远镜类型改变系统；进一步地，只需要一片液体变焦透镜且对口径和焦距要求不高，成本低；望远光路比较短，且包含水平和竖直部分，可以做到非常小巧；直视观察和望远观察两种模式快速切换，不影响正常观察的视野，在必要时切换到望远观察模式可清晰观察远处目标，适合长时间穿戴使用；直视观察时支持视力矫正。
本申请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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/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是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜系统的结构框图；
图2是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜系统的基本原理图；
图3是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜的一种开普勒或伽利略望远镜的基本原理图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本申请的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本申请的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本申请的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本申请的实施例的范围不受此限制。相反，本申请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。
在本申请实施例中，使用的液体透镜是市面上最大尺寸的透镜，或者是使用液体透镜等可调焦的透镜与玻璃透镜组合的方式实现望远镜系统的视角扩增与自动调焦功能同时实现，达到变焦望远镜功能增多的目的。
在本申请实施例中，将液体透镜水平放置，也就是将液体透镜组竖直放置，然后将体积设计到最小结构，完成将望远镜以更小的体积和重量装备在可穿戴头盔中，达到便携式微型化的效果。
本申请多功能自动变焦望远镜系统，可以实现根据目标状态的变化产生的反馈对可变焦望远镜进行调节，进一步地，只需要一片液体变焦透镜且对口径和焦距要求不高，成本低；望远光路比较短，且包含水平和竖直部分，可以做到非常小巧；直视观察和望远观察两种模式快速切换，不影响正常观察的视野，在必要时切换到望远观察模式可清晰观察远处目标，适合长时间穿戴使用；直视观察时支持视力矫正。
以下结合附图描述本申请的多功能自动变焦望远镜系统。
图1是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜系统的结构框图，图2是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜系统的基本原理图，图3是本申请一个实施例的多功能自动变焦望远镜的一种开普勒或伽利略望远镜的基本原理图。
如图1和图2所示，本申请实施例的多功能自动变焦望远镜系统，包括可变焦望远镜100、距离自动获取与采集装置200和聚焦调节及望远镜类型变换装置300。
可变焦望远镜100包括变焦透镜组或液体透镜与物镜间距可变的透镜组，用于对可变焦望远镜的焦距进行实时变化及快速调节。
距离自动获取与采集装置200，用于实时获取观察目标与所述可变焦望远镜之间的距离信息并反馈至可变焦望远镜的自动控制端。
聚焦调节及望远镜类型变换装置300，用于根据观察目标的变化情况对可变焦望远镜的焦距调节及类型改变，以在观察目标的距离状态满足预设要求时停止对可变焦望远镜调焦，达到变焦望远镜功能增多的目的。
在本申请的一个实施例中，可变焦望远镜还包括：可变曲率的目镜；通过改变所述目镜的曲率实现多功能地实现自动焦距调节；其中，对所述目镜的曲率实时变化及精准控制，所述液体透镜的曲率随着所述观察目标的距离改变而逐渐变化。
在本申请的一个实施例中，所述聚焦调节及望远镜类型变换装置，还用于对所述物镜与所述目镜之间的距离测量值进行精准的调节，以得到用于表示观测源对所述观测目标是否清晰的距离变化信号，进而根据所述距离变化信号对所述可变焦望远镜调焦；或，通过对焦距与信号的对应控制算法实现所述透镜的焦距调节与控制。
在本申请的一个实施例中，所述距离自动获取与采集装置包括但不限于激光测距、红外测距、雷达测距中的一种或者多种；通过无线传输方式或有线传输方式实时传输所述距离信息至处理器实现分析并通过计算对应调焦控制信号。
在本申请的一个实施例中，所述距离自动获取与采集装置根据所述观察目标的观察情况，实现高精度距离的测量，从而根据距离信号反馈调节所述液体透镜的焦距，以使所述望远镜的观测距离达到目镜的自动调焦的目的；其中，通过所述观测距离与目镜焦距的映射关系变化改变望远镜的焦距。
在本申请的一个实施例中，所述可变焦望远镜还包括：上液晶窗口和下液晶窗口；通过所述上液晶窗口实现变焦望远功能和通过所述下液晶窗口实现视力矫正功能，以及所述多功能自动变焦望远镜系统实现双视窗观察目标物；其中，所述上液晶窗口和所述下液晶窗口分时复用；或，根据实际观察时适时调整使用。
在本申请的一个实施例中，所述可变焦望远镜，还包括：压电陶瓷和补偿棱镜；在实现视力矫正功能过程中，通过所述压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全透射，实现所述下液晶窗口开启；在实现变焦望远功能过程中，通过所述用压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全发射，实现所述上液晶窗口关闭。
在本申请的一个实施例中，所述物镜为玻璃透镜，所述玻璃透镜根据观察视窗大小使用多种类型的透镜以便改变观察口径及视场。
在本申请的一个实施例中，所述变焦类型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，所述伽利略望远镜实现正立的像，目镜被设置为凹透镜；所述开普勒望远镜实现倒立的像，目镜被设置为凹透镜；通过改变目镜形态实现望远镜类型的变化。
其中，如图2所示，物镜2、全反射棱镜3、目镜4和全反射棱镜6相当于一架传统的光学望远镜，液晶窗口1和9分别为望远镜镜窗口和直视窗口，当设备工作在望远镜模式时，液晶窗口1透光，液晶窗口9不透光阻止杂散光从眼前方进入影响望远观察；当设备工作在眼直视观察模式时，液晶窗口9透光，液晶窗口1不透光阻止杂散光从望远镜光路进入影响直视观察。
本望远镜方案的核心在于两个方面：首先，存在眼直视观察光路和望远镜观察光路，并能实现两者的快速切换。通过望远镜光路观察时，全反射棱镜6和补偿棱镜7处于分离状态，经望远镜窗口过来的光线在全反射棱镜6发生全反射进入眼睛，眼睛接收的是远处目标经望远光路角放大的像；通过直视光路观察时，全反射棱镜6和补偿棱镜7处于紧密贴合状态，相当于一个透明长方体，经直视窗口过来的光线经过全反射棱镜6和补偿棱镜7后不发生传播方向变化，眼睛相当于直接观察目标。进行眼直视观察光路和望远镜观察光路快速切换通过压电陶瓷8实现，压电陶瓷8没有加载电压时，全反射棱镜6和补偿棱镜7紧密贴合在一起，经过两者界面的光线不发生反射，眼直视观察光路接通，望远镜观察光路断开，压电陶瓷8加载电压时，全反射棱镜6和补偿棱镜7分离，光线在两者界面发生全反射，眼直视观察光路断开，望远镜观察光路接通。其次，液体变焦透镜5可以快速修正望远镜出射的像，当物像模糊时液体变焦透镜接受指令快速改变焦距，直至人眼观察到清晰的物像；当人眼通过直视光路观察目标时，液体变焦透镜变为平面透镜不影响观察人员的直视观察，在必要情况下还可以对人眼进行视力矫正，使之达到最佳视力。
该系统的优点有：可以根据目标状态的变化产生的反馈对可变焦望远镜进行调节，从而实现对望远镜自动聚焦及望远镜类型改变系统；进一步地，只需要一片液体变焦透镜且对口径和焦距要求不高，成本低；望远光路比较短，且包含水平和竖直部分，可以做到非常小巧；直视观察和望远观察两种模式快速切换，不影响正常观察的视野，在必要时切换到望远观察模式可清晰观察远处目标，适合长时间穿戴使用；直视观察时支持视力矫正。
另外，本申请实施例的基于眼调节的望远镜自动聚焦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申请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。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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。
在本申请的描述中，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申请中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请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，本申请的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，包括：可变焦望远镜、距离自动获取与采集装置和聚焦调节及望远镜类型变换装置；
所述可变焦望远镜包括变焦透镜组，所述变焦透镜组包括液体透镜与物镜间距可变的透镜组，用于对所述可变焦望远镜的焦距进行实时变化及快速调节；
所述距离自动获取与采集装置，用于实时获取观察目标与所述可变焦望远镜之间的距离信息并反馈至所述可变焦望远镜的自动控制端；
聚焦调节及望远镜类型变换装置，用于根据所述观察目标的变化情况对所述可变焦望远镜的焦距调节及类型改变，以在所述观察目标的距离状态满足预设要求时停止对所述可变焦望远镜调焦；
所述可变焦望远镜还包括：上液晶窗口和下液晶窗口；
通过所述上液晶窗口实现变焦望远功能和通过所述下液晶窗口实现视力矫正功能，以及所述多功能自动变焦望远镜系统实现双视窗观察目标物；
其中，所述上液晶窗口和所述下液晶窗口分时复用。
2.根据权利要求1所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，所述可变焦望远镜还包括：可变曲率的目镜；
通过改变所述目镜的曲率实现多功能地自动焦距调节；其中，对所述目镜的曲率实时变化及精准控制，所述液体透镜的曲率随着所述观察目标的距离改变而逐渐变化。
3.根据权利要求2所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，
所述聚焦调节及望远镜类型变换装置，还用于通过对焦距与信号的对应控制算法实现所述透镜的焦距调节与控制。
4.根据权利要求3所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，
所述距离自动获取与采集装置包括激光测距、红外测距、雷达测距中的一种或者多种；以及
通过无线传输方式或有线传输方式实时传输所述距离信息至处理器实现分析并通过计算得出对应的调焦控制信号。
5.根据权利要求4所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，
所述距离自动获取与采集装置根据所述观察目标的观察情况，实现高精度距离的测量，从而根据距离信号反馈调节所述液体透镜的焦距，以使所述望远镜的观测距离达到目镜的自动调焦的目的；
其中，通过所述观测距离与目镜焦距的映射关系变化改变望远镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，所述可变焦望远镜，还包括：压电陶瓷和补偿棱镜；
在实现视力矫正功能过程中，通过所述压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全透射，实现所述下液晶窗口开启；
在实现变焦望远功能过程中，通过所述压电陶瓷调节使得所述补偿棱镜实现全反射，实现所述上液晶窗口关闭。
7.根据权利要求1所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，
所述物镜为玻璃透镜，所述玻璃透镜根据观察视窗大小使用多种类型的透镜以便改变观察口径及视场。
8.根据权利要求1所述的多功能自动变焦望远镜系统，其特征在于，变焦类型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，所述伽利略望远镜实现正立的像，目镜被设置为凹透镜；所述开普勒望远镜实现倒立的像，目镜被设置为凹透镜；通过改变目镜形态实现望远镜类型的变化。
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