CN112859322A - 电子目镜、目镜适配器及望远镜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于望远镜的电子目镜，其包括合光镜、中继透镜和光学目镜以及设置在合光镜一侧的微显示器，中继透镜将由望远镜物镜形成的像成像到目标像平面上；合光镜和微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器的光经由合光镜混合并进入中继透镜，并且微显示器所显示的图像经由中继透镜被成像到目标像平面上。本申请还公开了望远镜和用于望远镜的目镜适配器。根据本发明实施例，通过提供设置于合光镜下游的中继透镜，调整了要通过光学目镜观测的实像平面的位置，使得光学目镜可以采用已有的各种不同规格的、接口标准化的目镜，极大地提高了设备的适配性能，并显著降低成本。

Description

电子目镜、目镜适配器及望远镜

技术领域

本发明涉及望远镜领域，具体而言涉及望远镜以及用于望远镜的电子目镜和目镜适配器。

背景技术

望远镜是一种利用透镜或凹面反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用望远镜进行观测时，来自遥远物体的光线通过透镜的折射或通过凹面镜的反射，会聚成像，再经过具有一定放大倍率的目镜而被看到。对于不同的观测对象、不同的观测条件以及观测目的，人们经常需要更换望远镜目镜，例如具有不同放大倍率或者不同滤光功能的目镜。适应于上述需求，望远镜目镜已经形成为规格多样化、接口标准化的配件，能够方便地被装配到望远镜主体上并与望远镜物镜的光学系统匹配。

近年来，人们开始在望远镜上引入例如增强现实(AR,Augmented Reality)显示以及混合现实(MR,Mixed Reality)显示，其中将通过望远镜物镜获得的光学影像与例如电子显示的图像混合输出到同一光路中，最后例如可以通过目镜一起呈现给观测者。望远镜中结合增强现实或混合现实显示等功能，需要对望远镜及其配件的构造进行改造。在这样的改造过程中如何保持甚至提高望远镜的光学以及其他方面的性能还有待于人们不断探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种望远镜以及用于望远镜的电子目镜和目镜适配器，其在实现更加丰富的目视观测体验的情况下提高了设备的适配性能，有利于提高使用灵活性和降低成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于望远镜的电子目镜，该电子目镜包括沿光路依次设置的合光镜、中继透镜和光学目镜以及设置在合光镜一侧的微显示器，其中中继透镜设置成将由望远镜物镜形成的像中继成像到光学目镜的物方焦平面附近的目标像平面上；并且合光镜和微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器的光经由合光镜混合并进入中继透镜，并且微显示器所显示的图像经由中继透镜被成像到目标像平面上。

优选地，电子目镜还包括孔径匹配用光阑，所述孔径匹配用光阑设置于中继透镜中，用于将微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由望远镜物镜形成的像的孔径角基本上相同。

优选地，中继透镜可以包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于孔径匹配用光阑上游的上游透镜，并且孔径匹配用光阑设置在上游透镜的预定平面上，使得微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同，其中以相同角度入射上游透镜的光线在经上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

优选地，中继透镜构造为使得上游透镜的预定平面位于透镜表面上或者位于透镜之间的空隙中。

优选地，微显示器为平板型显示器，合光镜为具有立方体外形的棱镜，并且微显示器设置为贴合在棱镜的一个表面上。

在一些实施例中，电子目镜还可以包括壳体，微显示器、合光镜和中继透镜设置在壳体内，光学目镜安装在壳体的一端，而壳体的另一端设置有接物端接口，用于连接至望远镜的镜筒。

优选地，电子目镜还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，二向色性分光镜设置在来自望远镜物镜的光所经过的光路中并位于光学目镜的上游，其根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往光学目镜的光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器；图像传感器接收所述非可见光，以探测经由望远镜物镜形成的光学影像。

优选地，电子目镜还包括处理单元，其接收图像传感器所探测到的光学影像，并基于光学影像生成要通过微显示器显示的图像。

优选地，所述二向色性分光镜使红外光进入传感器探测光路中。

优选地，所述二向色性分光镜设置在中继透镜和光学目镜之间。

根据本发明另一个方面，提供一种用于望远镜的目镜适配器，所述目镜适配器包括壳体，壳体的一端设置有用于安装目镜的目镜接口，另一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口，其中目镜适配器还包括设置在壳体内并沿从接物端接口到目镜接口的光路依次布置的合光镜和中继透镜以及设置在所述合光镜的一侧的微显示器；中继透镜设置成将由望远镜物镜形成的像中继成像到目镜接口附近的目标像平面上；并且合光镜和微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器的光经由合光镜混合并进入中继透镜，并且微显示器所显示的图像经由中继透镜被成像到目标像平面上。

优选地，目镜适配器还包括孔径匹配用光阑，孔径匹配用光阑设置于中继透镜中，用于将微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由望远镜物镜形成的像的孔径角基本上相同。

优选地，中继透镜包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于孔径匹配用光阑上游的上游透镜，孔径匹配用光阑设置在上游透镜的所述预定平面上，使得微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本相同，其中以相同角度入射上游透镜的光线在经上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

优选地，目镜适配器还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，二向色性分光镜设置在来自望远镜物镜的光所经过的光路中并位于目镜接口的上游，其根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往目镜接口的光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器；并且图像传感器接收所述非可见光，以探测经由望远镜物镜形成的光学影像。

优选地，目镜适配器还包括处理单元，其接收图像传感器所探测到的光学影像，并基于所述光学影像生成要通过微显示器显示的图像。

优选地，二向色性分光镜设置在中继透镜和目镜接口之间。

根据本发明的又一个方面，提供了一种望远镜，其包括镜筒、设置在镜筒内的物镜、以及安装在镜筒上的如上所述的电子目镜或如上所述的目镜适配器。

根据本发明的又一个方面，提供了一种望远镜，其包括镜筒和安装在镜筒内的物镜，镜筒上设置有目镜接口，其中，望远镜还包括设置在镜筒内并沿从物镜到目镜接口的光路依次布置的合光镜和中继透镜以及设置在合光镜的一侧的微显示器；物镜在第一实像平面上形成实像；中继透镜设置成将第一实像平面中继成像到目镜接口附近的第二实像平面上；并且合光镜设置在第一实像平面的下游，合光镜和微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器的光经由合光镜混合并进入中继透镜，并且微显示器所显示的图像经由中继透镜被成像到第二实像平面上。

优选地，物镜包括由凹面反射镜构成的主镜。更优选地，望远镜为牛顿反射式望远镜。更优选地，合光镜与物镜沿物镜的光轴对准布置，第一实像平面垂直于物镜的光轴。

优选地，望远镜还包括设置在物镜和合光镜之间的反射镜，反射镜设置成将来自物镜的至少部分光朝向合光镜反射，从而将第一实像平面定位在合光镜的第一侧面处，并且微显示器设置在合光镜的与第一侧面垂直的第二侧面上。

优选地，目镜接口为标准接口。

优选地，望远镜还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，二向色性分光镜设置在合光镜与目镜接口之间，其接收由合光镜混合的光，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往目镜接口的光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器；图像传感器接收来自二向色性镜的非可见光，以探测经由物镜形成的光学影像。

优选地，反射镜为二向色性镜，其反射可见光，并透射至少部分非可见光；并且望远镜还包括沿反射镜的透射方向设置在反射镜下游的图像传感器，其接收反射镜透射的非可见光，以探测经由物镜形成的光学影像。

优选地，望远镜还包括处理单元，其接收图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像生成虚拟图像，并且微显示器被驱动以显示虚拟图像。

优选地，望远镜还包括微显示器驱动器，其连接至处理单元和微显示器，并驱动微显示器显示虚拟图像。

优选地，望远镜还包括处理单元，其接收图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像进行星点识别，从而实时地获得望远镜的朝向。

优选地，望远镜还包括孔径匹配用光阑，孔径匹配用光阑设置于中继透镜中，用于将微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由物镜形成的像的孔径角基本上相同。

优选地，中继透镜包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于孔径匹配用光阑上游的上游透镜，孔径匹配用光阑设置在上游透镜的预定平面上，使得微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本相同，其中以相同角度入射上游透镜的光线在经上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

根据本发明的又一个方面，提供了一种望远镜，其包括镜筒和安装在镜筒内的物镜，镜筒上设置有目镜接口，望远镜还包括反射镜和图像传感器。反射镜为二向色性镜，其设置在物镜和目镜接口之间的光路中，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往目镜接口的目视观察光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器；并且图像传感器接收来自二向色性镜的非可见光，以探测经由物镜形成的光学影像。

优选地，望远镜还包括处理单元，其接收图像传感器探测到的光学影像，基于该光学影像生成虚拟图像；并且望远镜还包括合光镜和设置在合光镜一侧的微显示器，合光镜设置在反射镜和目镜接口之间的光路中，合光镜和微显示器设置为使得来自反射镜的光和微显示器的光经由合光镜混合并送入目视观察光路，并且微显示器被驱动以显示虚拟图像。

优选地，望远镜还包括处理单元，其接收图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像进行星点识别，从而实时地获得望远镜的朝向。

根据本发明实施例，通过提供设置于合光镜下游的中继透镜，调整了要通过光学目镜观测的实像平面的位置，使得光学目镜可以采用已有的各种不同规格的、接口标准化的目镜，极大地提高了设备的适配性能，并显著降低成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明实施例一的电子目镜及目镜适配器的结构示意图；

图2示意性地示出了孔径匹配用光阑设置在中继透镜中的一个示例；

图3为根据本发明实施例二的电子目镜及目镜适配器的结构示意图；

图4为根据本发明实施例三的电子目镜及目镜适配器的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的望远镜的示例一的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的望远镜的示例二的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的望远镜的示例三的结构示意图；

图8为根据本发明实施例的望远镜的示例四的结构示意图；以及

图9为根据本发明另一实施例的望远镜的示例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先，参照图1介绍根据本发明实施例一的用于望远镜的电子目镜10及目镜适配器。图1为电子目镜10的结构示意图。如图1所示，电子目镜10包括光路依次设置的合光镜11、中继透镜12和光学目镜13以及设置在合光镜11一侧的微显示器14。

中继透镜12将由望远镜物镜(图1中未示出)形成的像(位于图中所示物镜像平面IM1)中继(relay)成像到光学目镜13的物方焦平面附近的目标像平面IM2上。

如图1所示，合光镜11和微显示器14设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器14的光分别经过合光镜11的反射或透射而被混合并进入中继透镜12。优选地，合光镜11可以为具有立方体外形的合光棱镜，并且合光镜11和微显示器14可以设置为使得物镜像平面IM1和微显示器14分别位于合光镜11的两个相互垂直的侧面上。微显示器14优选为平板型显示器，并且微显示器14可以贴合在合光棱镜11的一个表面上。这样有利于简便又可靠地保持微显示器14与合光镜11之间的位置关系，从而提高显示的效果。

应该理解，只要能够将来自物镜的光和来自微显示器14的光混合并送入中继透镜12并且微显示器14所显示的图像经由中继透镜12能够被成像到目标像平面IM2上，物镜像平面IM1与微显示器14之间并不限于相互垂直的位置关系；根据所采用的合光镜的不同，物镜像平面IM1与微显示器14之间可以具有其他的角度关系，而本发明在此方面不受限制。

在根据本发明实施例的电子目镜10中，为了使望远镜物镜的光学影像与微显示器显示的图像能够被一起观测到以实现例如混合现实显示，望远镜物镜的像平面IM1与微显示器14在光路中应具有等效的位置，从而物镜像平面IM1位于合光镜11的上游。本发明的发明人发现，相对于没有增加合光镜11的例如传统望远镜光学系统或目镜光学系统，在电子目镜10中光学目镜13距离物镜像平面IM1的距离必须增大以容纳合光镜11(传统光学目镜的工作距很小)，这种情况下导致光学目镜13需要具有相比已有的、规格化的望远镜目镜更长的工作距，用户才能通过光学目镜13轻松、清晰地观测到合光之后的图像。换句话说，因为增加合光镜，所以导致光学目镜13需要改造，甚至需要定制。这是极为不方便的，而且成本很高。

为此，本发明的发明人提出在合光镜11与光学目镜13之间增加中继透镜12。如上文中已经介绍的，中继透镜12将由望远镜物镜形成的像(位于图中所示物镜像平面IM1)中继成像到光学目镜13的物方焦平面附近的目标像平面IM2上，同样将微显示器14所显示的图像成像到目标像平面IM2上。这里，光学目镜13的物方焦平面的位置例如可以依据已有的具有标准接口的光学目镜的物方焦平面位置来确定。由此，根据本发明实施例的电子目镜中，光学目镜13可以采用已有的各种不同规格的、接口标准化的目镜，极大地提高了设备的适配性能，并显著降低成本。

此外，相对于将中继透镜设置在微显示器与合光镜之间的方案，根据本发明实施例的电子目镜中，结构更加紧凑，而且更加容易实现望远镜物镜的光学影像与微显示器显示的图像的重叠。

此外，本发明的发明人还发现：来自望远镜物镜的光学影像(由望远镜物镜所形成的像)的光出射张角/孔径角很小。与此同时，现有的可用作微显示器14的显示器例如有LCD显示器、OLED显示器等，这些显示器显示的图像的光出射张角相对于望远镜物镜的像的光出射张角而言大得多。光出射张角的大小不同，导致能够观察到对应的像/图像的角度范围不同。当用户相对于光学目镜在垂直于光轴的方向上移动眼睛以变化观察的角度时，用户只能在一个较小的角度范围内看到来自物镜的光学影像，但是能够在一个相对大得多的角度范围内一直都看到微显示器显示的图像，从而造成用户并不能够总是同时观察到来自物镜的光学影像和来自微显示器的图像，降低了混合现实显示以及/或者增强现实显示的真实感。

为此，优选地，在根据本发明实施例的电子目镜中可以进一步包括孔径匹配用光阑15，该孔径匹配用光阑15用于将微显示器14显示的图像的孔径角缩小至与由望远镜物镜形成的像/光学影像的孔径角基本上相同，从而使用户能够同步地观察到来自物镜的光学影像和来自微显示器的图像，而不会出现来自微显示器的图像单独被呈现的情况。优选地，孔径匹配用光阑15设置在中继透镜12中。

更优选地，如图2所示，中继透镜12可以包括多个透镜，所述多个透镜可以包括位于孔径匹配光阑15上游的透镜(为方便起见，以下称为“上游透镜”)12a，并且孔径匹配用光阑15设置在上游透镜12a的预定平面FP上，使得微显示器14显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同。这里，预定平面FP为这样一个平面，即以相同角度入射上游透镜的光线在经上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。为了更清楚地显示如此设置的孔径匹配用光阑15对光出射张角的限制作用，图2中示例性地示出了物镜像平面IM1上的轴上点A和轴外点B到它们在目标像平面IM2上的像点A’、B’的光线图。微显示器14位于与该物镜像平面IM1等效的光路位置上，所以微显示器14显示的图像可以认为位于像平面IM1上。图2示出像平面IM1上的轴上点A与轴外点B上分别发出发散的光线，其中点线表示来自点A和点B的向上张角相同的光线，点划线表示来自点A和点B的向下张角相同的光线。由于点线相对于上游透镜12a具有相同的入射角，所以在上游透镜12a的预定平面FP上会聚到一点，即点P₁。类似地，点划线在上游透镜12a的预定平面FP上也会聚到一点，即点P₂。通过在上游透镜12a的预定平面FP上设置光阑15，可以对像平面IM1上的不同位置的点的光出射张角起到相同的限制作用，从而使得微显示器14显示的图像上不同位置的点的光出射张角基本上相同。

为了方便地设置孔径匹配用光阑15，优选地，中继透镜12构造为使得上游透镜12a的预定平面FP位于透镜表面上或者位于透镜之间的空隙中。孔径匹配用光阑15可以是额外设置的遮光元件，也可以形成为例如透镜的一部分，例如涂覆在透镜表面上的遮光层等等；本发明在此方面不受限制。

返回参照图1，根据本发明实施例的电子目镜10可以包括壳体10a，合光镜11、中继透镜12和微显示器14可以设置在壳体10a中。壳体10a的一端可以设置有用于与望远镜镜筒连接的接物端接口10b。尽管图中将接物端接口10b示出为从壳体10a上伸出的部分，但是这仅仅是示例和示意性的。本发明并不限于接物端接口10b的具体形状结构，例如，在一些情况下，壳体10a的外表面的局部可以形成为用于与望远镜镜筒连接的接物端接口10b。

在一些实现方式中，光学目镜13可以直接固定地装配在壳体10a上，形成集成的电子目镜10。在另一些实现方式中，壳体10a的另一端可以设置有用于接收光学目镜13的目镜接口10c，并且目镜接口10c优选为标准的目镜接口。

在根据本发明实施例的电子目镜包括用于接收光学目镜13的目镜接口10c的实现方式中，电子目镜中除了光学目镜13以外的部分构成根据本发明实施例的目镜适配器。具体而言，根据本发明实施例一的用于望远镜的目镜适配器可以包括壳体10a，壳体10a的一端设置有用于安装目镜的目镜接口10c，另一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口10b，并且该目镜适配器还包括设置在壳体10a内并沿从接物端接口10b到目镜接口10c的光路依次布置的合光镜11和中继透镜12以及设置在合光镜11的一侧的微显示器14。根据本发明实施例的目镜适配器中，中继透镜12设置成将由望远镜物镜形成的像(位于图1所示的物镜像平面IM1)中继成像到目镜接口10c附近的目标像平面IM2上；合光镜11和微显示器14设置为使得来自望远镜物镜的光和来自微显示器14的光经由合光镜11混合并进入中继透镜12，并且微显示器14所显示的图像经由中继透镜12被成像到目标像平面IM2上。

根据本发明实施例的目镜适配器可以配合不同规格的光学目镜使用，并提供如以上结合电子目镜所介绍的有益技术效果，在此不再赘述。

接下来，结合图3介绍根据本发明实施例二的电子目镜10’及目镜适配器。图3为电子目镜10’的结构示意图。根据本发明实施例二的电子目镜10’与根据本发明实施例一的电子目镜10具有基本上相同的构造，不同之处主要在于，电子目镜10’还包括二向色性分光镜16和图像传感器18。根据本实施例，二向色性分光镜16设置在来自望远镜物镜的光所经过的光路中并位于光学目镜13的上游。优选地，如图3所示，二向色性分光镜16设置在中继透镜12与光学目镜13之间。根据实施例二，二向色性分光镜16用于根据波长选择性地进行反射和透射，其中透射可见光使之进入通往光学目镜13/目镜接口10c的光路中，而反射至少部分非可见光使之进入图像传感器17。图像传感器17接收所述非可见光，以探测经由望远镜物镜形成的光学影像。优选地，二向色性分光镜16使红外光进入图像传感器17。

如图3所示，电子目镜10’可以进一步包括处理单元18，处理单元18接收图像传感器17所探测到的光学影像，并基于所述光学影像生成要通过微显示器14显示的虚拟图像。

由于微显示器14发出的光的光谱中基本上不包括红外光，所以二向色性分光镜16分出的红外光基本上都来源于望远镜物镜获得的光学影像。图像传感器17探测来自二向色性分光镜16的红外光，获得红外影像，处理单元18基于该红外影像，生成要通过微显示器14显示的图像。这样，一方面，由于人眼对于红外光不敏感，所以从物镜的光学影像中分光出红外光并不影响通过光学目镜13观察到的光学影像的亮度和色彩等方面的质量；另一方面，获取到的红外影像可以用来生成与来自物镜的光学影像配合显示的虚拟图像，有利于提高光学影像与虚拟图像之间的配准度。

在一些实现方式中，处理单元18例如基于图像传感器17所探测到的光学影像进行星点识别(又称为星图识别)，从而实时地获得望远镜的朝向。虚拟图像可以是例如根据望远镜的实时朝向从已有的天文图像库中调取的图像。该调取的图像优选根据望远镜的视野进行截取和修剪。作为替代或补充，虚拟图像可以包括根据望远镜的实时朝向所获取的、与望远镜当前所观测的星点、星座、星云等有关的信息，从而与来自望远镜物镜的光学影像叠置时，提供增强现实显示。作为替代或补充，虚拟图像可以是通过对图像传感器探测到的光学影像的渲染(例如通过赋予不同的色彩，提高亮度等方式)而得到的图像。

类似地，可以理解根据本发明实施例二的目镜适配器与根据本发明实施例一的目镜适配器具有基本上相同的结构，不同之处在于前者还进一步包括了如上所述设置的二向色性分光镜16和图像传感器17，并且还可以进一步包括以上介绍的处理单元18，在此不再赘述。

图4为根据本发明实施例三的电子目镜10”及目镜适配器的结构示意图。根据本发明实施例三的电子目镜10”及目镜适配器与根据本发明实施例二的电子目镜10’及目镜适配器具有基本上相同的构造，不同之处主要在于，根据实施例三，二向色性分光镜16反射可见光使之进入通往光学目镜13/目镜接口10c的光路中，而透射至少部分非可见光使之进入图像传感器17。

此外，如图4所示，根据本发明实施例三的电子目镜10”及目镜适配器除了可以包括与电子目镜10’中相同的处理单元18以外，还可以包括微显示器驱动器19。微显示器驱动器19连接至处理单元18和微显示器14，用于驱动微显示器14显示处理单元18生成的虚拟图像。

以上结合图1至图4介绍了根据本发明实施例的电子目镜及目镜适配器。下面将结合图5至图8介绍根据本发明实施例的望远镜。

根据本发明实施例，还提供了一种为了更加便于理解，

图5为根据本发明实施例的望远镜的示例一(望远镜100)的结构示意图。如图5所示，望远镜100包括镜筒20、设置在镜筒20内的物镜30以及安装在镜筒20上的如上所述的根据本发明实施例的电子目镜或目镜适配器。尽管图5中示出望远镜100包括根据本发明实施例一的电子目镜10或目镜适配器，但是应该理解，望远镜100也可以包括根据本发明其它实施例的电子目镜或目镜适配器。还应该理解，尽管图5所示望远镜100中光学目镜13/目镜接口10a与物镜30的光轴是共轴的，但是应该理解，它们也可以彼此垂直的布置，而本发明在此方面不受限制。此外，尽管图5中将物镜30示出为透镜形式的，但是根据本发明实施例的望远镜100中物镜30也可以是凹面反射镜形式的。

图6为根据本发明实施例的望远镜的示例二(望远镜100A)的结构示意图。与图5所示望远镜100中电子目镜通过接口与望远镜镜筒20相连不同，在图6所示示例中，望远镜100A将根据本发明实施例的电子目镜中的合光镜11和中继透镜12结合到镜筒20内部。

具体而言，如图6所示，望远镜100A包括镜筒20和安装在镜筒20内的物镜30，镜筒20上设置有目镜接口10a。望远镜100A还包括设置在镜筒20内并沿从物镜30到目镜接口10c的光路依次布置的合光镜11和中继透镜12以及设置在合光镜11一侧的微显示器14。物镜30在像平面(即第一实像平面)IM1上形成实像，并且中继透镜12将物镜像平面IM1中继成像到目镜接口10c附近的目标像平面(即第二实像平面)IM2上。合光镜11设置在像平面IM1的下游，来自物镜30的光和来自微显示器14的光经由合光镜11混合并进入中继透镜12，并且微显示器14所显示的图像经由中继透镜12也被成像到目标像平面IM2上。

望远镜镜筒具有较大的空间，通过将合光镜和中继透镜结合到镜筒内部，可以实现集成、紧凑的结构，便于使用。用户可以通过打开/关闭微显示器来控制是否进行混合现实和/或增强现实显示。

优选地，如图6所示，望远镜100A还包括孔径匹配用光阑15。孔径匹配用光阑15优选设置于中继透镜12中，用于将微显示器14显示的图像的孔径角缩小至与由物镜30形成的像的孔径角基本上相同。中继透镜12可以包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于孔径匹配用光阑15上游的上游透镜12a；优选地，孔径匹配用光阑15设置在上游透镜12a的预定平面上，使得微显示器14显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同。这里，预定平面FP为这样一个平面，即以相同角度入射上游透镜的光线在经上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

图7为根据本发明实施例的望远镜的示例三(望远镜100B)的结构示意图。图7所示望远镜100B与图6所示望远镜100A具有基本上相同的结构，主要不同之处在于，望远镜100B中光学目镜13/目镜接口10a与物镜30的光轴是彼此垂直布置的。

尽管图7中示出物镜30为透镜，但是在望远镜100B也可以是反射式望远镜，其中物镜30包括由凹面反射镜构成的主镜。这种情况下，合光镜11被用作反射式望远镜的物镜中的副镜反射镜，有利于简化结构，减小望远镜外形尺寸。应该注意的是，此时，合光镜11与物镜30沿物镜光轴对准，物镜像平面IM1垂直与物镜光轴，这与现有的反射式望远镜中的物镜像平面的位置是显著不同的。

此外，图7中示出，望远镜100B还可以包括二向色性分光镜16和图像传感器17。二向色性分光镜16可以设置在合光镜11与目镜接口10c之间。在图7所示示例中，二向色性分光镜16设置在中继透镜12与目镜接口10c之间。在有些情况下，二向色性分光镜16可以设置在合光镜11与中继透镜12之间。在另一些情况下，中继透镜12包括多个透镜，二向色性分光镜16也可以设置在中继透镜12的其中两个透镜之间。

二项色性分光镜16接收由合光镜11混合之后的光，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往目镜接口10c的光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器17。图像传感器17接收来自二向色性分光镜16的非可见光，以探测经由物镜30形成的光学影像。二项色性分光镜16优选使红外光进入图像传感器17。如图7所示，望远镜100B还可以包括处理单元18和微显示器驱动器19，其工作方式与如上结合电子目镜和目镜适配器介绍的一样，在此不再赘述。

图8为根据本发明实施例的望远镜的示例四(望远镜100C)的结构示意图。图8所示望远镜100C为牛顿反射式望远镜，其物镜30包括由凹面反射镜构成的主镜30a以及由平面反射镜构成的副镜30b。副镜(反射镜)30b设置成将来自物镜30的至少部分光朝向合光镜11反射，从而将物镜像平面IM1定位在合光镜11的第一侧面处。微显示器14设置在合光镜11的与所述第一侧面垂直的第二侧面上。

在图8所示的优选实现方式中，副镜30b由二向色性镜构成，并且用作如上介绍的二项色性分光镜16。具体而言，该副镜30b反射可见光，并透射至少部分非可见光；并且望远镜100C还包括沿副镜30b的透射方向设置在副镜下游的图像传感器17，图像传感器17接收副镜30b透射的非可见光，以探测经由物镜30形成的光学影像。如图8所示，望远镜100C还可以包括处理单元18和微显示器驱动器19，其工作方式与如上介绍的处理单元18和微显示器驱动器19一样，在此不再赘述。

应该理解的是，望远镜100C也可以是其它类型的反射式望远镜，具有由凹面反射镜构成的主镜，并不限于牛顿反射式望远镜。

图9为根据本发明另一实施例的望远镜的示例(望远镜200)的结构示意图。根据本实施例，如图9所示，望远镜200包括镜筒20和安装在镜筒20内的物镜30，镜筒20上设置有目镜接口10c，用于接收目镜13。望远镜200还包括反射镜16和图像传感器17。反射镜16为二向色性镜，其设置在物镜30和目镜接口10c/光学目镜13之间的光路中，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往目镜接口10c/光学目镜13的目视观察光路中，而使至少部分非可见光进入图像传感器17。图像传感器17接收来自二向色性镜16的非可见光，以探测经由物镜30形成的光学影像。优选地，二向色性分光镜16使红外光进入图像传感器17。

根据本实施例，一方面，由于人眼对于非可见光不敏感，所以从物镜的光学影像中分光出非可见光并不影响通过光学目镜13观察到的光学影像的亮度和色彩等方面的质量；另一方面，现有的技术已经允许利用图像传感器来探测非可见光的光学影像，特别是例如CMOS传感器对于红外光就很敏感，基于图像传感器探测到的非可见光光学影像，可以获得望远镜物镜30的实际观测情况，以用于提供更多的功能和帮助。

相比较于利用二向色性分光，分出可见光用于摄像，分出红外光用于导星的望远镜，根据本实施例的望远镜200将二向色性分光与目视系统(光学目镜)结合使用更加合理，因为人眼本身对于非可见光是不敏感的，而通过摄像等设备进行天体观测时红外成像是一项很重要的功能。

如图9所示，望远镜200可以进一步包括处理单元18，处理单元18接收图像传感器17所探测到的光学影像并进行图像处理。在一些实现方式中，处理单元18基于图像传感器17探测的光学影像进行星点识别，从而获得望远镜的实时朝向，并且利用该实时朝向确定或校准望远镜200的定位，从而例如望远镜200找星的过程中提供导航。

在另一些实现方式中，处理单元18基于图像传感器17探测的光学影像生成虚拟图像。虚拟图像可以是例如根据处理单元18通过星点识别所获得的望远镜实时朝向，从已有的天文图像库中调取的图像。该调取的图像优选根据望远镜的视野进行截取和修剪。作为替代或补充，虚拟图像可以包括根据望远镜的实时朝向所获取的、与望远镜当前所观测的星点、星座、星云等有关的信息，从而与来自望远镜物镜的光学影像叠置时，提供增强现实显示。作为替代或补充，虚拟图像可以是通过对图像传感器探测到的光学影像的渲染(例如通过赋予不同的色彩，提高亮度等方式)而得到的图像。虚拟图像可以传送至望远镜200外部的设备，用于显示给用户，也可以通过望远镜200进一步包括的合光镜和微显示器显示给用户。后一种情况下，望远镜200的构造类似于图8所示望远镜100C，其中合光镜11设置在反射镜16和目镜接口10c之间的光路中，合光镜11和微显示器14设置为使得来自反射镜16的光和微显示器14的光经由合光镜混合并送入目视观察光路，并且微显示器14被驱动以显示虚拟图像。

在图9所示示例中，望远镜200为牛顿反射式望远镜，其物镜30包括由凹面反射镜构成的主镜30a，并且反射镜16构成了物镜30中的副镜30b。应该理解的是，这仅仅是示例性的，根据本实施例的望远镜200并不限于反射式望远镜，而是也可以实现为透射式望远镜；本发明在此方面并不受限制。

根据本发明实施例的望远镜中的目镜接口优选为标准接口。

需要说明的是，本申请附图所示的各种结构并非按照尺寸比例绘制的，各光学元件在绘制时主要表达它们的相对位置关系，而其它结构的形状、位置仅为示意性的。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (33)

1.一种用于望远镜的电子目镜，包括沿光路依次设置的合光镜、中继透镜和光学目镜以及设置在合光镜一侧的微显示器，其中，

所述中继透镜设置成将由望远镜物镜形成的像中继成像到所述光学目镜的物方焦平面附近的目标像平面上；并且

所述合光镜和所述微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自所述微显示器的光经由所述合光镜混合并进入所述中继透镜，并且所述微显示器所显示的图像经由所述中继透镜被成像到所述目标像平面上。

2.如权利要求1所述的电子目镜，其中，还包括孔径匹配用光阑，所述孔径匹配用光阑设置于所述中继透镜中，用于将所述微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由望远镜物镜形成的像的孔径角基本上相同。

3.如权利要求2所述的电子目镜，其中，所述中继透镜包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于所述孔径匹配用光阑上游的上游透镜，所述孔径匹配用光阑设置在所述上游透镜的预定平面上，使得所述微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同，其中以相同角度入射所述上游透镜的光线在经所述上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

4.如权利要求3所述的电子目镜，其中，所述中继透镜构造为使得所述上游透镜的所述预定平面位于透镜表面上或者位于透镜之间的空隙中。

5.如权利要求1所述的电子目镜，其中，所述微显示器为平板型显示器，所述合光镜为具有立方体外形的棱镜，并且所述微显示器设置为贴合在所述棱镜的一个表面上。

6.如权利要求1所述的电子目镜，其中，还包括壳体，所述微显示器、合光镜和中继透镜设置在所述壳体内，所述光学目镜安装在所述壳体的一端，而所述壳体的另一端设置有接物端接口，用于连接至望远镜的镜筒。

7.如权利要求1-6中任一项所述的电子目镜，其中，还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，

所述二向色性分光镜设置在来自望远镜物镜的光所经过的光路中并位于所述光学目镜的上游，其根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往所述光学目镜的光路中，而使至少部分非可见光进入所述图像传感器；

所述图像传感器接收所述非可见光，以探测经由望远镜物镜形成的光学影像。

8.如权利要求7所述的电子目镜，其中，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，并基于所述光学影像生成要通过所述微显示器显示的图像。

9.如权利要求7所述的电子目镜，其中，所述二向色性分光镜使红外光进入所述传感器探测光路中。

10.如权利要求9所述的电子目镜，其中，所述二向色性分光镜设置在所述中继透镜和所述光学目镜之间。

11.一种用于望远镜的目镜适配器，所述目镜适配器包括壳体，所述壳体的一端设置有用于安装目镜的目镜接口，另一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口，其中

所述目镜适配器还包括设置在所述壳体内并沿从所述接物端接口到所述目镜接口的光路依次布置的合光镜和中继透镜以及设置在所述合光镜的一侧的微显示器；

所述中继透镜设置成将由望远镜物镜形成的像中继成像到所述目镜接口附近的目标像平面上；并且

所述合光镜和所述微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自所述微显示器的光经由所述合光镜混合并进入所述中继透镜，并且所述微显示器所显示的图像经由所述中继透镜被成像到所述目标像平面上。

12.如权利要求11所述的目镜适配器，其中，还包括孔径匹配用光阑，所述孔径匹配用光阑设置于所述中继透镜中，用于将所述微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由望远镜物镜形成的像的孔径角基本上相同。

13.如权利要求12所述的目镜适配器，其中，所述中继透镜包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于所述孔径匹配用光阑上游的上游透镜，所述孔径匹配用光阑设置在所述上游透镜的预定平面上，使得所述微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同，其中以相同角度入射所述上游透镜的光线在经所述上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

14.如权利要求11-13中任一项所述的目镜适配器，其中，还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，

所述二向色性分光镜设置在来自望远镜物镜的光所经过的光路中并位于所述目镜接口的上游，其根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往所述目镜接口的光路中，而使至少部分非可见光进入所述图像传感器；并且

所述图像传感器接收所述非可见光，以探测经由望远镜物镜形成的光学影像。

15.如权利要求14所述的目镜适配器，其中，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，并基于所述光学影像生成要通过所述微显示器显示的图像。

16.如权利要求14所述的目镜适配器，其中，所述二向色性分光镜设置在所述中继透镜和所述目镜接口之间。

17.一种望远镜，包括镜筒、设置在所述镜筒内的物镜、以及安装在所述镜筒上的如权利要求1-10中任一项所述的电子目镜或如权利要求11-16中任一项所述的目镜适配器。

18.一种望远镜，包括镜筒和安装在镜筒内的物镜，所述镜筒上设置有目镜接口，其中，

所述望远镜还包括设置在所述镜筒内并沿从所述物镜到所述目镜接口的光路依次布置的合光镜和中继透镜以及设置在所述合光镜的一侧的微显示器；

所述物镜在第一实像平面上形成实像；

所述中继透镜设置成将所述第一实像平面中继成像到所述目镜接口附近的第二实像平面上；并且

所述合光镜设置在所述第一实像平面的下游，所述合光镜和所述微显示器设置为使得来自望远镜物镜的光和来自所述微显示器的光经由所述合光镜混合并进入所述中继透镜，并且所述微显示器所显示的图像经由所述中继透镜被成像到所述第二实像平面上。

19.如权利要求18所述的望远镜，其中，所述物镜包括由凹面反射镜构成的主镜。

20.如权利要求19所述的望远镜，其中，所述望远镜为牛顿反射式望远镜。

21.如权利要求20所述的望远镜，其中，所述合光镜与所述物镜沿所述物镜的光轴对准布置，所述第一实像平面垂直于所述物镜的光轴。

22.如权利要求18所述的望远镜，还包括设置在所述物镜和所述合光镜之间的反射镜，所述反射镜设置成将来自所述物镜的至少部分光朝向所述合光镜反射，从而将所述第一实像平面定位在所述合光镜的第一侧面处，并且所述微显示器设置在所述合光镜的与所述第一侧面垂直的第二侧面上。

23.如权利要求18-22中任一项所述的望远镜，其中，所述目镜接口为标准接口。

24.如权利要求18-21中任一项所述的望远镜，其中，还包括二向色性分光镜和图像传感器，其中，

所述二向色性分光镜设置在所述合光镜与所述目镜接口之间，其接收由所述合光镜混合的光，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往所述目镜接口的光路中，而使至少部分非可见光进入所述图像传感器；

所述图像传感器接收来自所述二向色性镜的非可见光，以探测经由所述物镜形成的光学影像。

25.如权利要求22所述的望远镜，其中，所述反射镜为二向色性镜，其反射可见光，并透射至少部分非可见光；并且

所述望远镜还包括沿所述反射镜的透射方向设置在所述反射镜下游的图像传感器，其接收所述反射镜透射的非可见光，以探测经由所述物镜形成的光学影像。

26.如权利要求24或25所述的望远镜，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像生成虚拟图像，并且所述微显示器被驱动以显示所述虚拟图像。

27.如权利要求26所述的望远镜，还包括微显示器驱动器，其连接至所述处理单元和所述微显示器，并驱动所述微显示器显示所述虚拟图像。

28.如权利要求24或25所述的望远镜，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像进行星点识别，从而实时地获得所述望远镜的朝向。

29.如权利要求18-22中任一项所述的望远镜，其中，还包括孔径匹配用光阑，所述孔径匹配用光阑设置于所述中继透镜中，用于将所述微显示器显示的图像的孔径角缩小至与由所述物镜形成的像的孔径角基本上相同。

30.如权利要求29所述的望远镜，其中，所述中继透镜包括多个透镜，所述多个透镜包括沿光路位于所述孔径匹配用光阑上游的上游透镜，所述孔径匹配用光阑设置在所述上游透镜的预定平面上，使得所述微显示器显示的图像上不同位置的点的孔径角基本上相同，其中以相同角度入射所述上游透镜的光线在经所述上游透镜折射之后会聚到所述预定平面上的基本上同一点。

31.一种望远镜，包括镜筒和安装在镜筒内的物镜，所述镜筒上设置有目镜接口，所述望远镜还包括反射镜和图像传感器，其中，

所述反射镜为二向色性镜，其设置在所述物镜和所述目镜接口之间的光路中，根据波长选择性地进行反射和透射，使可见光进入通往所述目镜接口的目视观察光路中，而使至少部分非可见光进入所述图像传感器；并且

所述图像传感器接收来自所述二向色性镜的非可见光，以探测经由所述物镜形成的光学影像。

32.如权利要求31所述的望远镜，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像生成虚拟图像；

所述望远镜还包括合光镜和设置在合光镜一侧的微显示器，所述合光镜设置在所述反射镜和所述目镜接口之间的光路中，所述合光镜和所述微显示器设置为使得来自所述反射镜的光和所述微显示器的光经由所述合光镜混合并送入所述目视观察光路，并且所述微显示器被驱动以显示所述虚拟图像。

33.如权利要求31所述的望远镜，还包括处理单元，其接收所述图像传感器所探测到的光学影像，基于该光学影像进行星点识别，从而实时地获得所述望远镜的朝向。

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