CN112987279A - 望远镜以及用于望远镜的电子目镜和目镜适配器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种望远镜，其包括微显示器、合光镜、二向色性分光镜和图像传感器，其中合光镜接收来自物镜的光和来自微显示器的光并使它们混合；二向色性分光镜使经合光镜混合的光中大部分可见光进入通往目镜的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入通往图像传感器的第二光路；图像传感器获得代表由物镜形成的光学影像和微显示器显示的电子图像的探测图像。本申请还公开了用于望远镜的电子目镜和目镜适配器。根据本发明实施例，能够获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像的探测图像。这使得能够获取光学影像和电子图像的配准信息，从而解决电子图像与光学影像之间的配准问题。

Description

望远镜以及用于望远镜的电子目镜和目镜适配器

技术领域

本发明涉及望远镜领域，具体而言涉及一种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。

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显示器显示的电子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。电子图像与光学影像是否配准对于增强现实及混合现实显示的质量影响很大，然而这在现有技术中尚未被关注和解决。

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及目镜适配器，其至少部分地克服现有技术的不足。

根据本发明的一个方面，提供了一种望远镜，其包括镜筒和容纳在镜筒内的物镜，物镜用于形成望远镜所观察对象的光学影像，镜筒上设置有目镜接口，其中望远镜还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自物镜的光和来自微显示器的光并使它们混合，使得由物镜形成的光学影像与微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往目镜接口的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在第二光路中，其接收来自二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由物镜形成的光学影像和微显示器显示的电子图像的探测图像。

优选地，望远镜还可以包括控制器，控制器基于探测图像，计算获得有关所述光学影像和电子图像的配准情况的配准信息。

在一些实施例中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为绿光，并且二向色性分光镜使大部分绿光进入第一光路，而使小部分绿光进入第二光路。

在另一些实施例中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为红光，并且二向色性分光镜使大部分所述红光进入第一光路，而使小部分所述红光进入第二光路。所述预定波长的可见光为波长大于等于690nm的红光，优选为大于等于730nm的红光。

在一些实施例中，控制器可以配置为进行以下处理：

(1)关闭微显示器的显示，通过图像传感器获取第一探测图像；

(2)打开微显示器的显示，通过图像传感器获取第二探测图像；

(3)进行图像处理，将第二探测图像减去第一探测图像，得到差值图像；以及

(4)对第一探测图像和差值探测图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

在另一些实施例中，图像传感器为彩色CMOS图像传感器，并且控制器可以配置为进行以下处理：

(1)在打开微显示器的显示的情况下，通过彩色CMOS图像传感器获取探测图像；

(2)对探测图像进行图像处理，根据色彩提取对应于红外光的图像内容作为第一探测图像，并提取对应于所述预定波长的可见光的图像内容作为第二探测图像；

(3)进行图像处理，将第二探测图像减去第一探测图像，得到差值图像；以及

(4)对第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

优选地，控制器还可以配置为进行以下处理：

(a)基于第一探测图像，解算出望远镜朝向的天文坐标；以及

(b)基于天文坐标产生用于与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像，并控制微显示器显示所述电子图像。

优选地，控制器可以根据配准信息修正微显示器显示的电子图像，以使电子图像与由物镜形成的光学影像相互配准。

优选地，望远镜还可以包括中继透镜，中继透镜设置在合光镜和目镜接口之间的光路中，用于将由物镜形成的光学影像和微显示器显示的电子图像中继成像到目镜接口附近的目标像平面上。在其中中继透镜包括多个透镜的情况下，二向色性分光镜可以设置在所述多个透镜的其中两个透镜之间。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于望远镜的电子目镜，其包括壳体，壳体的一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口，另一端设置有光学目镜，所述电子目镜还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自物镜的光和来自微显示器的光并使它们混合，使得由望远镜物镜形成的光学影像与微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往目镜接口的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在第二光路中，其接收来自二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和微显示器显示的电子图像的探测图像。

根据本发明的又一个方面，还提供了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连接至望远镜镜筒的接物端接口，另一端设置有用于安装目镜的目镜接口，其中，所述目镜适配器还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自物镜的光和来自微显示器的光并使它们混合，使得由望远镜物镜形成的光学影像与微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往目镜接口的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在第二光路中，其接收来自二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和微显示器显示的电子图像的探测图像。

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目镜适配器。

根据本发明实施例，通过在混合了来自物镜的光学影像和来自微显示器的电子图像的光路中设置二向色性分光镜和图像传感器，将至少部分非可见光和少量预定波长的可见光从目视观测光路中分出来并获取这些光对应的图像，能够获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像的探测图像。这使得能够获取光学影像和电子图像的配准信息，从而解决电子图像与光学影像之间的配准问题。

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是根据本发明实施例一的望远镜的结构示意图；

图2是可用于本发明实施例的一种控制方法的流程图；

图3是可用于本发明实施例的另一种控制方法的流程图；

图4示意性地示出了利用图2或图3所示控制方法获得的第一探测图像、第二探测图像和差值图像；

图5为根据本发明实施例二的望远镜的结构示意图；

图6为根据本发明实施例三的望远镜的结构示意图；

图7为根据本发明实施例四的望远镜的结构示意图；以及

图8为根据本发明实施例的电子目镜及目镜适配器的结构示意图。

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望远镜100。图1为望远镜100的结构示意图。如图1所示，望远镜100包括镜筒1和容纳在镜筒1中的物镜2，物镜2用于形成望远镜100所观察对象(例如星座、星云等天体)的光学影像(例如成像在图1所示像平面IM1上)，镜筒1上设置有目镜接口100a，用于连接望远镜目镜3。仅作为示例，图1中示出的望远镜为牛顿反射式望远镜，其中物镜2包括由凹面反射镜构成的主镜2a和由反射镜构成的副镜2b。然而，应该理解，本发明并不限于特定的望远镜类型，根据本发明实施例的望远镜也可以具有由透镜构成的物镜，或者而可以为其它类型的反射式望远镜。

根据本实施例，望远镜100还包括微显示器11、合光镜12、二向色性分光镜13和图像传感器14。

微显示器11用于显示电子图像。例如LCD显示器、OLED显示器等可以用作微显示器11。根据本发明实施例，微显示器11优选由OLED显示器构成，因为微显示器11所显示的图像要与望远镜物镜2形成的光学影像混合在一起显示，而望远镜物镜2形成的光学影像通常亮度较低，OLED显示器相比于例如LCD显示器具有更好的杂散光抑制性能，可以提供更加暗的显示背景，因此有利于提供更好的增强现实或混合现实显示效果。

如图1所示，合光镜12接收来自物镜2的光和来自微显示器11的光，通过分别对它们透射和反射(反之亦然)使它们混合，使得由物镜2形成的光学影像与所述微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到。合光镜12优选为分光棱镜，微显示器11设置在其一侧。在一些情况下，微显示器11可以贴靠在合光棱镜12的侧面上，以实现简单、可靠的安装。

根据本发明实施例，在望眼镜100中提供了二向色性分光镜13和图像传感器14，它们沿光路设置在合光镜12的下游。二向色性分光镜13接收由合光镜12混合的光，根据波长选择性地进行反射和透射，从而使大部分可见光进入通往目镜接口100a的第一光路，而至少部分非可见光和小部分/少量预定波长的可见光进入通往图像传感器14的第二光路。这里，应该理解，“小部分/少量”是相对于“大部分”而言的，而且也是本领域技术人员可以根据图像传感器14对光量的最低要求而确定的。

图像传感器14接收来自二向色性分光镜13的非可见光和预定波长的可见光，以获取代表由物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像的探测图像。

本发明的发明人考虑到：从光谱上来看，来自物镜2的光学影像中包含了从非可见光到可见光的连续光谱，而显示器设备，例如可以用来构成微显示器11的LCD显示器和OLED显示器的光谱基本上仅包含可见光，因此通过二向色性分光镜13分出的非可见光可以用于形成代表仅来自于物镜2的光学影像的图像；同时有选择地分出少量可见光，可以在尽量减小对物镜2形成的光学影像的影响的情况下，用于形成既包含来自于物镜2的光学影像的信息又包含微显示器11显示的电子图像的信息的图像。基于上述考虑，根据本发明实施例提出了上述的分光设计，这使得基于图像传感器14探测到的图像能够获取物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像在混合在一起显示时的配准信息。

二向色性分光镜13所分出的至少部分非可见光优选为红外光。二向色性分光镜13所分出的预定波长的可见光优选为单个波长段的可见光，例如可以为蓝光、绿光或红光。

在一些实施例中，所述预定波长的可见光优选为红光，优选波长大于等于690nm，更优选波长大于等于730nm。二向色性分光镜13使大部分所述预定波长的红光进入通往目镜接口100a的第一光路，而使小部分所述预定波长的红光进入通往图像传感器14的第二光路。从二向色性分光镜13的分光膜的形成工艺上来看，红光与红外光的波长相邻，可以通过形成具有覆盖红光和红外光的波长的单个通带的分光膜来构成二向色性分光镜13，有利于简化二向色性分光镜13的设计和制造，有利于确保分光效果，提高望远镜的显示质量。

在另一些实施例中，所述预定波长的可见光优选为绿光。二向色性分光镜13使大部分绿光进入通往目镜接口100a的第一光路，而使小部分/少量绿光进入通往图像传感器14的第二光路。本发明的发明人通过试验发现，分出绿光的情况下，通过目镜观测到的物镜2所形成的光学影像在色彩平衡上性能更佳。

根据本发明实施例，如图1所示，望远镜100还可以包括控制器15。控制器15基于图像传感器14探测到的图像，计算获得有关来自物镜2的光学影像和来自微显示器11的电子图像在经过合光镜12混合之后的配准情况的配准信息。控制器15例如可以包括存储器和处理器以及其它的支持其功能的电路或机构。

图2和图3分别示出了可用于本发明实施例的基于二向色性分光镜13的分光以及图像传感器14探测到的图像来进行图像配准的两种不同控制方法的流程图。

在图像传感器14为黑白传感器的情况下，控制器15可以采用图2所示的控制方法200。如图2所示，控制方法200包括以下处理：

S210:关闭微显示器的显示，通过图像传感器获取第一探测图像；

S220:打开微显示器的显示，通过图像传感器获取第二探测图像；

S230:进行图像处理，将第二探测图像减去第一探测图像，得到差值图像；以及

S240:对第一探测图像和差值探测图像进行计算和比较，获得有关光学影像与电子图像在经由合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

在处理S210中，关闭微显示器11的显示之后，通过图像传感器14获取的第一探测图像仅包含物镜2所形成的光学影像的信息。“关闭微显示器的显示”在这里可以是直接关闭微显示器11，可以是控制微显示器11显示纯黑图像，也可以是利用例如遮光机构(未示出)遮蔽从微显示器11进入合光镜12的光来实现。相应地，在处理220中，“打开微显示器的显示”也不限于特定的实现方式，在此不再赘述。处理S210中

在处理S220中，打开微显示器的显示之后，通过图像传感器14获取的第二探测图像既包含物镜2所形成的光学影像的信息，又包含微显示器11所显示的电子图像的信息。

接下来，在处理S230中，对第一探测图像和第二探测图像进行图像处理，从而包含光学影像和电子图像信息的第二探测图像中减去仅包含光学影像信息的第一探测图像，可以得到代表微显示器11显示的电子图像的差值图像。

然后，在处理S240中，通过比较第一探测图像和差值图像，可以获得光学影像与电子图像在经由合光镜12混合之后是否配准的信息。

在图像传感器14为彩色CMOS图像传感器的情况下，控制器15可以采用图3所示的控制方法300。如图3所示，控制方法300包括以下处理：

S310:在打开微显示器的显示的情况下，通过彩色CMOS图像传感器获取探测图像；

S320:对探测图像进行图像处理，根据色彩提取对应于红外光的图像内容作为第一探测图像，并提取对应于所述预定波长的可见光的图像内容作为第二探测图像；

S330:进行图像处理，将第二探测图像减去第一探测图像，得到差值图像；以及

S340:对第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关光学影像与电子图像在经由合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

可以看到，控制方法300的处理S330、S340与控制方法200的处理S230、S240相同，不同之处在于控制方法300中获取第一探测图像和第二探测图像的方式不同于控制方法200：在控制方法200中，为了获得第一探测图像和第二探测图像，需要控制微显示器11的显示的开闭并分两次采集图像；而在控制方法300中，在处理S310中利用彩色CMOS图像传感器进行单次图像采集，然后在处理S320中通过图像处理获得第一探测图像和第二探测图像。

控制方法300基于彩色CMOS图像传感器来实现。由于彩色CMOS传感器不仅能够感测不同波长的可见光得到相应色彩的图像，而且能够感测红外光，且红外光对应的图像为白色，从而可以与对应于可见光的具有相应色彩的图像区分开。因此，在处理S310中获取的图像中对应于不同波长的光的信息能够根据色彩被分别提取出来。如以上介绍的，在处理S320中可以提取对应于红外光的、例如白色的图像内容作为第一探测图像，由于红外光来自于物镜2形成的光学影像而微显示器11的电子图像的光谱中不包含红外光，所以第一探测图像代表了由物镜2形成的光学影像；同时，在处理S320中可以提取对应于预定波长的可见光的、例如绿色的图像内容作为第二探测图像，由于物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像的光谱中均包含绿光，所以第二探测图像代表了所述光学影像和电子图像两者。

接下来，在处理S330中，与控制方法200的处理S230中类似，将第二探测图像减去第一探测图像，得到差值图像，该差值图像代表了微显示器11的电子图像。

然后，在处理S340中，通过比较第一探测图像和差值图像，可以获得光学影像与电子图像在经由合光镜12混合之后是否配准的信息。

为了便于理解，仅作为示例，图4示意性地示出了利用图2或图3所示控制方法获得的第一探测图像、第二探测图像和差值图像(图像在此均示出为白色背景中的灰度图像)。图4中图像(a)为第一探测图像的示例(不包括特征F1的标示信息)，其中显示出多个星点；图像(b)为第二探测图像的示例(不包括特征F2的标示信息)，可以看到，相比较于第一探测图像，第二探测图像中包含了更多的星点，很多星点明显是由于错位而产生的“重影”效果；图像(c)为第二探测图像减去第一探测图像得到的差值图像；图片(d)示意性地示出将第一探测图像和差值图像进行比较以获得配准信息的示例，即：在第一探测图像和差值图像中找到对应的特征(例如同一星点)F1、F2，通过比较特征F1和特征F2的位置，可以获得第一探测图像于差值图像之间的位置偏差，从而获得所述光学影像和所述电子图像之间的配准信息。

应该理解，为了获取配准信息，在执行控制方法200或300时，微显示器11显示的电子图像为期望与来自物镜2的光学影像具有对准关系的图像。仅作为示例，该电子图像可以为图像传感器14采集到的光学影像的图像，或者可以时该光学影像的图像经过图像(例如降噪和增强亮度)之后获得的图像。控制方法200、300可以在校准望远镜的过程中执行，也可以根据望远镜所要实现的增强或混合现实显示的需要，在利用望远镜进行观测的过程中执行。

优选地，根据本发明实施例，控制器15还配置为根据上述获取的配准信息进行控制，使得来自物镜2的光学影像与来自微显示器11的电子图像相互配准。优选地，控制器15可以修正微显示器11显示的电子图像，以实现配准。当然，应该理解，控制器15也可以控制例如微显示器11、合光镜或其它元件的位置，从而调整配准情况，本发明在此方面不受限制。

此外，根据本发明实施例，控制器15还可以配置为进行以下处理：

(a)基于第一探测图像，解算出望远镜朝向的天文坐标；以及

(b)基于天文坐标产生用于与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像，并控制微显示器11显示该电子图像。

在处理(a)中，通过望远镜物镜2形成的光学影像中包含的例如星点信息可以从第一探测图像中被识别和提取出来，然后基于多个星点通过星点识别(又称为星图识别)可以直接解算出望远镜朝向的天文坐标。

在处理(b)中，该天文坐标被用来产生与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像。例如，根据望远镜朝向的天文坐标，可以获取有关天区或天体的信息，并形成包含介绍该天区或天体的信息的电子图像。

返回参照图1，优选地，望远镜100还可以包括设置在合光镜12和目镜接口100a之间的光路中的中继透镜16，用于将由物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像中继成像到目镜接口100a附近的目标像平面IM2上。在图1所示示例中，中继透镜16设置在合光镜12与二向色性分光镜13之间，但是本发明并不限于此。

图5为根据本发明实施例二的望远镜100A的结构示意图。根据本发明实施例二的望远镜100A与根据本发明实施例一的望远镜100具有基本上相同的构造，不同之处主要在于：望远镜100A的中继透镜16包括多个透镜，并且二向色性分光镜13设置在中继透镜16的多个透镜的其中两个透镜之间。望远镜100A的这种设置有利于实现更加紧凑的光学系统。

此外，如图5所示，在望远镜100A中还可以包括用于图像传感器14的第一适配透镜组17以及/或者用于微显示器11的第二适配透镜组18。第一适配透镜组17主要用于调节被成像到图像传感器14的感测表面的实像的大小，以适应图像传感器14的感测表面大小。类似地，第二适配透镜组18主要用于通过将微显示器11显示的电子图像成像来调节与来自物镜的光学影像混合的电子图像的大小，使得电子图像能够与光学影像的大小相匹配。第一适配透镜组17和第二适配透镜组18的设置使得在选用图像传感器14和微显示器11时能够有更大的灵活度，有利于降低成本。

图6为根据本发明实施例三的望远镜100B的结构示意图。如图6所示，望远镜100B包括镜筒1和容纳在镜筒1中的物镜2。物镜2用于形成望远镜100B所观察对象的光学影像，镜筒1上设置由目镜接口100a，用于连接目镜3。在图6所示示例中，物镜2由透镜构成。

与望远镜100和望远镜100A相同，望远镜100B还包括微显示器11、合光镜12、二向色性分光镜13和图像传感器14，其中，微显示器11用于显示电子图像；合光镜12接收来自物镜2的光和来自微显示器11的光并使它们混合，使得由物镜2形成的光学影像与微显示器11显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；二向色性分光镜13接收由合光镜2混合的光，根据波长选择性地进行反射和透射，从而使大部分可见光进入通往目镜接口100a的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入通往图像传感器14的第二光路；并且图像传感器14接收所述非可见光和预定波长的可见光，以获得代表物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像的探测图像。望远镜100B还可以包括控制器15，用于实现例如与以上结合实施例一介绍的相同的控制方法以及控制处理，在此不再赘述。

根据本实施例的望远镜100B与根据实施例一的望远镜100和根据实施例二的望远镜100A不同之处主要在于，在望远镜100B中不包括设置在合光镜12与目镜接口100a之间的中继透镜16。望远镜100B可以包括设置在微显示器11与合光镜12之间投射透镜19，用于将微显示器11显示的电子图像投射到目镜接口100a附近的目标像平面IM上。物镜2所形成的光学影像最终也要成像在该目标像平面IM上。

以上介绍的根据本发明实施例的望远镜中，合光镜和二向色性分光镜等元件被设置在望远镜的镜筒中，但是本发明并不限于此。尤其是在对已有的望远镜进行改造的时候，优选通过根据本发明实施例的电子目镜或目镜适配器来以提供增强现实以及/或者混合现实显示功能以及图像配准功能。例如，如图7示意性地示出的，根据本发明实施例四的望远镜100C包括镜筒1、设置在镜筒1内的物镜2以及安装在镜筒1上的根据本发明实施例的电子目镜10或目镜适配器10’。

图8为根据本发明实施例的电子目镜及目镜适配器的结构示意图。在本申请中，电子目镜指的是结合有光学目镜、通过接口与望远镜镜筒可拆卸地结合的望远镜目镜装置，目镜适配器指的是能够分别通过接物端接口和目镜接口与望远镜镜筒及光学目镜可拆卸地结合的适配装置。

如图8所示，根据本发明实施例的目镜适配器10’包括壳体10a，壳体10a的一端设置有用于连接至望远镜镜筒1的接物端接口10b，另一端设置有用于安装光学目镜3的目镜接口10c。

根据本发明实施例的电子目镜10可以由目镜适配器10’通过目镜接口10c结合光学目镜3而构成，也可以是在目镜适配器10’的结构中去除目镜接口10c并固定连接光学目镜3而构成。总之，电子目镜10包括壳体10a，壳体10a的一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口10b，另一端设置有光学目镜3。

根据本发明实施例，电子目镜10及目镜适配器10A’还包括微显示器11、合光镜12、二向色性分光镜13和图像传感器14，其中：

微显示器11用于显示电子图像；

合光镜12接收来自物镜2的光和来自微显示器11的光，通过分别对它们透射和反射(反之亦然)使它们混合，使得由物镜2形成的光学影像与所述微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜13接收由合光镜12混合的光，根据波长选择性地进行反射和透射，从而使大部分可见光进入通往目镜接口100a的第一光路，而至少部分非可见光和小部分/少量预定波长的可见光进入通往图像传感器14的第二光路；并且

图像传感器14接收来自二向色性分光镜13的非可见光和预定波长的可见光，以获取代表由物镜2形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像的探测图像。

电子目镜10及目镜适配器10A’中的微显示器11、合光镜12、二向色性分光镜13和图像传感器14与以上介绍的根据本发明实施例的望远镜中的微显示器、合光镜、二向色性分光镜和图像传感器的结构、设置方式和功能相同，在此不再赘述。

优选地，如图8所示，电子目镜10及目镜适配器10A’还可以包括控制器15。控制器15基于图像传感器14探测到的图像，计算获得有关来自物镜2的光学影像和来自微显示器11的电子图像在经过合光镜12混合之后的配准情况的配准信息。电子目镜10及目镜适配器10A’中的控制器15的结构、设置方式以及执行的控制方法及处理可以参照根据本发明实施例的望远镜中的控制器，在此不再赘述。

此外，优选地，电子目镜10及目镜适配器10A’还可以包括设置在合光镜12和光学目镜3/目镜接口10c之间的光路中的中继透镜16，用于将由望远镜物镜形成的光学影像和微显示器11显示的电子图像中继成像到光学目镜3/目镜接口10c附近的目标像平面IM2上。在图8所示示例中，中继透镜16设置在合光镜12与二向色性分光镜13之间，但是本发明并不限于此。例如，与图5所示结构类似，二向色性分光镜13可以设置在中继透镜16所包括的多个透镜的其中两个透镜之间。这样有利于实现更加紧凑的光学系统。

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 (31)

1.一种望远镜，包括镜筒和容纳在所述镜筒内的物镜，所述物镜用于形成所述望远镜所观察对象的光学影像，所述镜筒上设置有目镜接口，其中所述望远镜还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自所述物镜的光和来自所述微显示器的光并使它们混合，使得由所述物镜形成的光学影像与所述微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往所述目镜接口的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在所述第二光路中，其接收来自所述二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由所述物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像的探测图像。

2.如权利要求1所述的望远镜，还包括控制器，所述控制器基于所述探测图像，计算获得有关所述光学影像和所述电子图像的配准情况的配准信息。

3.如权利要求2所述的望远镜，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为绿光，并且所述二向色性分光镜使大部分绿光进入所述第一光路，而使小部分绿光进入所述第二光路。

4.如权利要求2所述的望远镜，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为红光，并且所述二向色性分光镜使大部分所述红光进入所述第一光路，而使小部分所述红光进入所述第二光路。

5.如权利要求4所述的望远镜，其中，所述预定波长的可见光为波长大于等于690nm的红光，优选为大于等于730nm的红光。

6.如权利要求2所述的望远镜，其中，所述控制器配置为进行以下处理：

关闭所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第一探测图像；

打开所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值探测图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

7.如权利要求2所述的望远镜，其中，所述图像传感器为彩色CMOS图像传感器，并且所述控制器配置为进行以下处理：

在打开所述微显示器的显示的情况下，通过所述彩色CMOS图像传感器获取探测图像；

对所述探测图像进行图像处理，根据色彩提取对应于红外光的图像内容作为第一探测图像，并提取对应于所述预定波长的可见光的图像内容作为第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

8.如权利要求6或7所述的望远镜，其中，所述控制器还配置为进行以下处理：

基于所述第一探测图像，解算出望远镜朝向的天文坐标；以及

基于所述天文坐标产生用于与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像，并控制所述微显示器显示所述电子图像。

9.如权利要求6或7所述的望远镜，其中，所述控制器根据所述配准信息修正所述微显示器显示的电子图像，以使所述电子图像与由所述物镜形成的光学影像相互配准。

10.如权利要求1-7中任一项所述的望远镜，还包括中继透镜，所述中继透镜设置在所述合光镜和所述目镜接口之间的光路中，用于将由所述物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像中继成像到所述目镜接口附近的目标像平面上。

11.如权利要求10所述的望远镜，其中，所述中继透镜包括多个透镜，并且所述二向色性分光镜设置在所述多个透镜的其中两个透镜之间。

12.一种用于望远镜的电子目镜，包括壳体，所述壳体的一端设置有用于连接至望远镜镜筒的接物端接口，另一端设置有光学目镜，所述电子目镜还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自所述物镜的光和来自所述微显示器的光并使它们混合，使得由望远镜物镜形成的光学影像与所述微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往所述光学目镜的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在所述第二光路中，其接收来自所述二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像的探测图像。

13.如权利要求12所述的电子目镜，还包括控制器，所述控制器基于所述探测图像，计算获得有关所述光学影像和所述电子图像的配准情况的配准信息。

14.如权利要求13所述的电子目镜，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为绿光，并且所述二向色性分光镜使大部分绿光进入所述第一光路，而使小部分绿光进入所述第二光路。

15.如权利要求13所述的电子目镜，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为红光，并且所述二向色性分光镜使大部分所述红光进入所述第一光路，而使小部分所述红光进入所述第二光路。

16.如权利要求15所述的电子目镜，其中，所述预定波长的可见光为波长大于等于690nm的红光，优选为大于等于730nm的红光。

17.如权利要求13所述的电子目镜，其中，所述控制器配置为进行以下处理：

关闭所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第一探测图像；

打开所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

18.如权利要求13所述的电子目镜，其中，所述图像传感器为彩色CMOS图像传感器，并且所述控制器配置为进行以下处理：

在打开所述微显示器的显示的情况下，通过所述彩色CMOS图像传感器获取探测图像；

对所述探测图像进行图像处理，根据色彩提取对应于红外光的图像内容作为第一探测图像，并提取对应于所述预定波长的可见光的图像内容作为第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

19.如权利要求17或18所述的电子目镜，其中，所述控制器还配置为进行以下处理：

基于所述第一探测图像，解算出望远镜朝向的天文坐标；以及

基于所述天文坐标产生用于与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像，并控制所述微显示器显示所述电子图像。

20.如权利要求17或18所述的电子目镜，其中，所述控制器根据所述配准信息修正所述微显示器显示的电子图像，以使所述电子图像与由所述物镜形成的光学影像相互配准。

21.如权利要求12-18中任一项所述的电子目镜，还包括中继透镜，所述中继透镜设置在所述合光镜和所述光学目镜之间的光路中，用于将由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像中继成像到所述光学目镜附近的目标像平面上。

22.一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连接至望远镜镜筒的接物端接口，另一端设置有用于安装目镜的目镜接口，其中，所述目镜适配器还包括：

微显示器，用于显示电子图像；

合光镜，其接收来自所述物镜的光和来自所述微显示器的光并使它们混合，使得由望远镜物镜形成的光学影像与所述微显示器显示的电子图像能够在空间上重叠从而被一起观察到；

二向色性分光镜，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，从而使大部分可见光进入通往所述目镜接口的第一光路，而至少部分非可见光和少量预定波长的可见光进入第二光路；以及

图像传感器，设置在所述第二光路中，其接收来自所述二向色性分光镜的非可见光和预定波长的可见光，以获得代表由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像的探测图像。

23.如权利要求22所述的目镜适配器，还包括控制器，所述控制器基于所述探测图像，计算得到有关所述光学影像和所述电子图像的配准情况的配准信息。

24.如权利要求23所述的目镜适配器，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为绿光，并且所述二向色性分光镜使大部分绿光进入所述第一光路，而使小部分绿光进入所述第二光路。

25.如权利要求23所述的目镜适配器，其中，所述至少部分非可见光包括红外光，所述预定波长的可见光为波长大于等于690nm的红光，优选为大于等于730nm的红光，并且所述二向色性分光镜使大部分所述红光进入所述第一光路，而使小部分所述红光进入所述第二光路。

26.如权利要求23所述的目镜适配器，其中，所述控制器配置为进行以下处理：

关闭所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第一探测图像；

打开所述微显示器的显示，通过所述图像传感器获取第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

27.如权利要求24所述的目镜适配器，其中，所述图像传感器为彩色CMOS图像传感器，并且所述控制器配置为进行以下处理：

在打开所述微显示器的显示的情况下，通过所述彩色CMOS图像传感器获取探测图像；

对所述探测图像进行图像处理，根据色彩提取对应于红外光的图像内容作为第一探测图像，并提取对应于所述预定波长的可见光的图像内容作为第二探测图像；

进行图像处理，将所述第二探测图像减去所述第一探测图像，得到差值图像；以及

对所述第一探测图像和差值图像进行计算和比较，获得有关所述光学影像与电子图像在经由所述合光镜混合之后的配准情况的配准信息。

28.如权利要求26或27所述的目镜适配器，其中，所述控制器还配置为进行以下处理：

基于所述第一探测图像，解算出望远镜朝向的天文坐标；以及

基于所述天文坐标产生用于与所述光学影像结合以实现增强或混合现实显示的电子图像，并控制所述微显示器显示所述电子图像。

29.如权利要求26或27所述的目镜适配器，其中，所述控制器根据所述配准信息修正所述微显示器显示的电子图像，以使所述电子图像与由所述物镜形成的光学影像相互配准。

30.如权利要求22-27中任一项所述的目镜适配器，还包括中继透镜，所述中继透镜设置在所述合光镜和所述光学目镜之间的光路中，用于将由望远镜物镜形成的光学影像和所述微显示器显示的电子图像中继成像到所述光学目镜附近的目标像平面上。

31.一种望远镜，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12-21中任一项所述的电子目镜或如权利要求22-30中任一项所述的目镜适配器。

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