CN1409170A - 带有照相功能的光学观察器装置 - Google Patents
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Abstract
一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括:一个用来观察物体的望远镜光学系统;一个用来对物体拍照的数字相机系统。该数字相机系统包括一个CCD传感器以及一个光学照相系统,两者之间彼此相连从而使物体通过光学照相系统在传感器的受光面上形成照片图像。一个自动操作的调焦机构,其与望远镜光学系统和照相镜头系统相连从而使物体通过望远镜光学系统聚焦并通过照相镜头系统聚焦。其中各种光学参数在选取上应满足预定的板形件,从而能通过自动调焦机构来正确地对照相镜头系统进行调焦。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有照相功能的光学观察器装置。
背景技术
众所周知,光学观察器装置如双筒望远镜、单筒望远镜等是用来观看体育运动、野生鸟类等的。当使用该装置时,使用者通常是观看那些他或她想要照相的事物。一般来讲,由于需要将光学观察器装置更换成照相机,他或她会在此期间失去机会而无法照到所需的图像。为此就有人提出了一种内置相机的光学观察器装置,这样在用光学视镜连续观察的同时就能用其中的相机即刻进行照相。
例如,日本实用新案的公开文本(KOKAI)No.6-2330公开了一种双筒望远镜和相机的组合装置,其中的相机仅是简单地装在双筒望远镜上。即,该相机仅仅是简单地叠加到双筒望远镜上的,因此这种带有相机的双筒望远镜非常笨重。
当然,该双筒望远镜包括一对望远镜的镜头系统,而相机则包括一个照相的镜头系统。在用这对望远镜的镜头系统观察物体时,可通过相机将观察物体照下来。然而,日本专利文献(KOKAI)No.6-2330中并没有公开物体是如何通过这对望远镜镜头系统进行观测以及如何通过照相镜头系统进行聚焦的。即,由于这对望远镜镜头系统独立于照相镜头系统,因此尽管物体通过这对望远镜镜头系统作为聚焦图像而被观测,但是并不代表被观测的图像能通过照相镜头系统有效地聚焦成像。也就是说,No.6-2330中并没有揭示这种带有相机的双筒望远镜是否适于实用。
一般来讲,望远镜的镜头系统包括一个物镜系统和一个目镜系统,其中上述两者之间彼此相连,这样当物镜系统的后焦点与目镜系统的前焦点基本重合时,则无限远处的物体汇聚于焦点。这样,为了将近处的物体聚焦,必需要相对地移动物镜系统和目镜系统使两者相对分开。即,望远镜的镜头系统中必需有一个调焦机构才能使近处的物体汇聚于焦点上。
例如,在双筒望远镜中,调焦机构可以是一个具有聚焦旋转轮的运动转换机构,该机构将聚焦旋转轮的旋转运动转换成望远镜镜头系统中物镜系统和目镜系统之间的平移运动。即,在双筒望远镜中,通过手动旋转该聚焦旋转轮将近处物体汇聚于焦点。
在前面日本专利文献(KOKAI)No.6-2330中所公开的带有相机的双筒望远镜中,该望远镜的两个镜头系统都用作相机的光学观察系统,这样,通过望远镜两个镜头系统所观察到的物体可由其中的相机照下来。然而,前述日本专利文献(KOKAI)No.6-2330并没有提到其中相机的调焦问题。
美国专利文献US4,067,027中公开了另一种带有相机的双筒望远镜,其中的相机使用卤化银胶片。在这种带有相机的双筒望远镜中,在一对望远镜的镜头系统中有一个第一调焦机构从而将物体汇聚于焦点,在其中相机的照相镜头系统中有一个第二调焦机构从而将物体汇聚于焦点。第一和第二调焦机构共用一个旋转轮,并在操作上彼此相连从而可通过共用旋转轮的手工旋转来一起操作。即,当望远镜的镜头系统所观察的物体通过第一调焦机构汇聚于焦点时,所观察的物体也同时由照相的镜头系统通过第二调焦机构的操作而聚焦于卤化银胶片的帧面上。
当物体通过这对望远镜镜头系统进行观测时,该被观测物体必须始终能够通过照相镜头系统聚焦成像,这样才能通过相机拍到满意的景像。然而,在照相镜头系统是以手动方式进行调焦时,物体不可能在任何时候都能通过照相镜头系统聚焦成像。
一般来讲,在采用卤化银胶片的相机中,照相镜头系统的调焦机构在设计上必须使照相镜头系统所获得的光学图像的模糊度在允许的弥散圈之内,这样才能将光学图像聚焦成图像。众所周知,所能允许的弥散圈主要是由卤化银胶片中使用的感光材料的特性来确定。例如,在一个35mm的卤化银胶片中,所能允许的弥散圈的直径δ大约为30um或者是一帧胶片对角线长度的1/1000,这里是以一个标准人的分辨能力为准。
还有,照相镜头系统的焦深(focal depth)是根据所能允许的弥散圈的直径δ由如下公式确定:
FOCAL DEPTH(焦深)=2×δ×F
这里,“F”是指照相镜头系统的f数。
因此,所拍物体就必须汇聚于上述焦深的范围之内才能使所拍物体获得清晰的图像。照相镜头系统的焦深会随着上述参数(δ、F)以及卤化银胶片感光性的变化而变化。因此,必须根据照相镜头系统所需的调焦精度来选择合适的参数值。
另一方面,当光学观察器装置如双筒望远镜、单筒望远镜等采用数字相机并使用固态图像传感器如CCD(电荷耦合装置)时,其它各种参数都必须考虑进来才能使照相镜头系统的调焦获得满意的精度。
简而言之,现在还没有人提出下面这个问题,即带有照相功能的光学观察器装置要如何设计才能使照相镜头系统的调焦在手动方式下获得满意的调焦精度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括望远镜镜头系统和照相镜头系统,其中至少是照相镜头系统的调焦是以自动调焦方式快速实现的并具有所需的调焦精度。
本发明的另一个目的是提供一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括望远镜镜头系统和照相镜头系统,两者在构造上能使望远镜镜头系统的调焦和照相镜头系统的调焦以自动调焦方式快速实现的并具有所需的调焦精度。
本发明的第一方面是提供一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括:一个望远镜光学系统,该望远镜光学系统包括一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统以便对物进体行观察,并且光学正像和目镜系统能沿着望远镜光学系统的光轴相对于光学物镜系统进行移动;在望远镜光学系统旁边有一个能够旋转的空心轴;一个光学照相系统,装在空心轴中;一个第一调焦机构,其用来将空心轴的旋转运动转换成光学正像和目镜系统与光学物镜系统之间的平移运动从而通过望远镜光学系统对物体聚焦;一个第二调焦机构,其用来将空心轴的旋转运动转换成光学照相系统的平移运动从而通过光学照相系统对物体聚焦;一个驱动系统,该驱动系统旋转驱动空心轴,一个调焦控制系统则用来控制驱动系统从而使物体通过光学照相系统的调焦操作自动进行。
一种带有照相功能的光学观察器装置,其进一步包括一个布置在光学照相系统后面并与之相齐的固态图像传感器,这样即能聚焦在固态图像传感器的受光面上。这时,这种带有照相功能的光学观察器装置在构造上优选地满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且 F<6
其中“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其被定义为固态成像传感器受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统半视场角“θ”(单位为弧度)的视场比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距(pixel pitch);
该调焦控制系统可包括:一个第一计算系统,其连续地计算出从固态图像传感器限定的一帧图像预定区域内所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;一个第二计算系统,其用来计算出第一计算系统所求取的所有差值的总和;一个计算操作系统,其重复地对第一和第二计算系统进行操作,从而在驱动系统驱动光学照相系统平移期间从第二计算系统连续地获取该总和的数值;一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;一个停止系统,其用来使驱动系统停下来从而使光学照相系统在最后一个总值小于倒数第二个总值时停止平移。
作为选择,该调焦控制系统可包括:一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的距离;一个计算系统,其计算出相应于距离检测系统所检测物距来计算光学照相系统的调焦位置;一个位置检测系统,其用来检测光学照相系统在其平移路径上的位置;一个启动系统,其用来启动驱动系统从而使光学照相系统朝着计算系统所计算出的调焦位置平移;以及一个停止系统,当位置检测系统检测出光学照相系统到达调焦位置时,该停止系统用来使驱动系统停下来,从而结束光学照相系统的平移运动。
可以用一个第一望远镜光学系统和一个第二望远镜光学系统来代替前面的望远镜光学系统。这时,第一和第二望远镜光学系统的每一个都包括:一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统以便对物进体行观察,并且光学正像和目镜系统可沿着第二望远镜光学系统的光轴相对于光学物镜系统进行移动。在第一和第二望远镜光学系统之间布置有一个空心轴,并且第一调焦机构将空心轴的旋转运动转换成每一个望远镜光学系统中光学正像和目镜系统与光学物镜系统之间的平移运动从而通过第一和第二望远镜光学系统将物体聚焦成像。
本发明这种带有照相功能的光学观察器装置可包括一个容纳有第一和第二望远镜系统的壳体。该壳体可包括两个彼此之间可移动连接的壳体部分。第一和第二望远镜光学系统分别装在这两个壳体部分中,这样第一和第二望远镜光学系统光轴之间的距离可通过一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对移动而调节。作为优选,其中一个壳体部分是在另一壳体部分中滑动连接,这样通过一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对滑动就能使第一和第二望远镜光学系统的光轴在同一个几何平面内移动。
作为选择,这种带有照相功能的光学观察器装置可包括一对筒件,这对筒件分别容纳第一和第二望远镜镜头系统,并能绕着空心轴的中心轴旋转从而调节第一和第二望远镜光学系统光轴之间的距离。作为优选,第一和第二望远镜光学系统中的物镜系统成为光学照相系统的一部分,并且容纳有光学照相系统中物镜系统部分的筒件在结构上可使部分光束穿过光学照相系统的物镜系统部分并引入光学照相系统。
本发明的第二方面是提供一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括:一个用来观测物体的望远镜光学系统以及一个包括光学照相系统和固态图像传感器的数字相机系统,该固态图像传感器布置在光学照相系统后面并与之相齐;一个调焦机构,其与光学照相系统相连使光学照相系统产生平移运动从而通过光学照相系统将物体在固态图像传感器的受光面上形成图像;以及一个自动控制系统,其用来自动操作调焦机构从而以自动调焦的方式使物体通过光学照相系统汇聚成像。这种带有照相功能的光学观察器装置在构造上优选地满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且 F<6
其中“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其被定义为固态成像传感器受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统半视场角“θ”(单位为弧度)的比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距(pixel pitch)。
在本发明的第二方面中,自动控制系统可包括:一个驱动系统,该驱动系统对调焦机构进行操作从而使光学照相系统产生平移;一个第一计算系统,其连续地计算出从固态图像传感器一帧图像预定区域所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;一个第二计算系统,其用来计算出第一计算系统所求取的所有差值的总和;一个计算操作系统,其重复地对第一和第二计算系统进行操作,从而在驱动系统驱动光学照相系统平移期间从第二计算系统连续地获取该总和的数值;一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;一个停止系统,当最后一个总值小于倒数第二个总值时,其用来使驱动系统停下来从而使光学照相系统停止平移。
作为选择,该自动控制系统可包括:一个驱动系统,该驱动系统对调焦机构进行操作从而使光学照相系统产生平移;一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的物距;一个计算系统,其计算出相应于距离检测系统所检测物距来计算光学照相系统的调焦位置;一个位置检测系统,其用来检测光学照相系统在其平移路径上的位置;一个启动系统,其用来启动驱动系统从而使光学照相系统朝着计算系统所计算出的调焦位置平移;以及一个停止系统,当位置检测系统检测出光学照相系统到达调焦位置时,其用来使驱动系统停下来从而结束光学照相系统的平移运动。
在本发明的第二方面中,这种带有照相功能的光学观察器装置可进一步包括一个与望远镜镜头系统相连的调焦机构,其用来通过望远镜光学系统将物体汇聚成像,同时望远镜光学系统的这个调焦机构在操作上与光学照相系统的调焦机构相连从而自动进行望远镜光学系统的调焦。
光学照相系统的调焦机构可作为运动转换机构使用从而将旋转运动转换成光学照相系统的平移运动,这样在旋转运动和平移运动之间建立起线性关系或非线性关系。
本发明的第三方面是提供一种带有照相功能的双筒望远镜装置,其包括:一对用来观测物体的望远镜光学系统,其中每一个望远镜光学系统都包括一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统,光学正像和目镜系统都能沿着各自望远镜光学系统的光轴相对于光学物镜系统进行移动;在两个望远镜光学系统之间布置有一个空心轴,一个数字相机系统,包括装在空心轴中的光学照相系统,同时有一个固态图像传感器布置在光学照相系统后面并与之对齐;一个与这对望远镜光学系统和空心轴相连的第一调焦机构,其用来将空心轴的旋转运动转换成每一望远镜光学系统中光学正像和目镜系统与光学物镜系统之间的平移运动从而通过望远镜光学系统将物体聚焦成像;一个与光学照相系统和空心轴相连的第二调焦机构,其用来将空心轴的旋转运动转换成光学照相系统相对于固态图像传感器的平移运动从而通过将物体在固态图像传感器的受光面上聚焦成像;以及一个自动控制系统,其用来自动操作第二调焦机构从而以自动调焦的方式使物体通过光学照相系统聚焦成像。这种带有照相功能的双筒望远镜在构造上满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且 F<6
其中“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其被定义为固态成像传感器受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统半视场角“θ”(单位为弧度)的视场比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距(pixel pitch)。
在这种带有照相功能的双筒望远镜中,该自动控制系统可包括:一个驱动系统,该驱动系统对调焦机构进行操作从而使光学照相系统产生平移;一个第一计算系统,其连续地计算出从固态图像传感器限定的一帧图像预定区域内所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;一个第二计算系统,其用来计算出第一计算系统所求取的所有差值的总和;一个计算操作系统,其重复地对第一和第二计算系统进行操作,从而在驱动系统驱动光学照相系统平移期间从第二计算系统连续地获取该总和的数值;一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;一个停止系统,当最后一个总值小于倒数第二个总值时,其用来使驱动系统停下来从而使光学照相系统停止平移。
作为选择,该自动控制系统可包括:一个驱动系统,该驱动系统对调焦机构进行操作从而使光学照相系统产生平移;一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的物距;一个计算系统,其相应于距离检测系统所检测物距来计算光学照相系统的调焦位置;一个位置检测系统,其用来检测光学照相系统在其平移路径的位置;一个启动系统,其用来启动驱动系统从而使光学照相系统朝着计算系统所计算出的调焦位置平移;以及一个停止系统,当位置检测系统检测出光学照相系统到达调焦位置时,其用来使驱动系统停下来从而结束光学照相系统的平移运动。
作为优选,在这种带有照相功能的双筒望远镜中,用于这对望远镜光学系统的第一调焦机构在操作上与光学照相系统的第二调焦机构相连从而自动地对这对望远镜光学系统进行调焦。
在这种带有照相功能的双筒望远镜中,光学照相系统的第二调焦机构可作为运动转换机构使用从而将空心轴的旋转运动转换成光学照相系统的平移运动,这样在空心轴的旋转运动和光学照相系统的平移运动之间建立起线性关系或非线性关系。
这种带有照相功能的双筒望远镜可包括一个收容这对望远镜光学系统的壳体。该壳体可包括两个彼此之间可移动连接的壳体部分。相应的望远镜光学系统分别装在这两个壳体部分中,这样望远镜光学系统光轴之间的距离可通过一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对移动而调节。作为优选,其中一个壳体部分是在另一壳体部分中滑动连接,这样通过一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对滑动就能使第一和第二望远镜光学系统的光轴在同一个几何平面内移动。
作为选择,这种带有照相功能的双筒望远镜可包括一对筒件,这对筒件分别容纳各自的望远镜光学系统,并能绕着空心轴的中心轴旋转从而调节望远镜光学系统光轴之间的距离。作为优选,这时,一个望远镜光学系统中的物镜系统形成一部分光学照相系统,并且容纳有光学照相系统中物镜系统部分的筒件在结构上可使部分光束穿过光学照相系统的物镜系统部分并引入光学照相系统。
附图说明
参考附图,通过下面的说明将更好地理解本发明的上述目的以及其它目的,其中:
图1是本发明带有数字相机的双筒望远镜的第一实施例的平面剖视图;
图2是沿图1中II-II线的剖视图,其中可移动的壳体部分相对于主壳体部分处于收起位置;
图3是与图2类似的剖视图,其中可移动的壳体部分相对于主壳体部分处于伸出位置;
图4是装在一个由主壳体部分和可移动壳体部分所形成的壳体中的支撑板装置的平面视图;
图5是布置在支撑板组件上的左右安装板的平面视图;
图6是沿着图5中线VI-VI的立面图;
图7是沿着图1中线VII-VII的剖视图;
图8是类似于图7的剖视图,其示出的是图1到图7所示实施例的变化。
图9是图1到8中所示带有数字相机的双筒望远镜的第一实施例的控制方块图;
图10是图9中所示微处理器中执行的AF操作步骤的流程图;
图11类似于图1,是一个平面剖视图,其所示是本发明带有数字相机的双筒望远镜的第二实施例;
图12是图11所示带有数字相机的双筒望远镜的第二实施例的控制方块图;
图13是图12中所示微处理器中执行的AF操作步骤的流程图;
图14类似于图12,为带有数字相机的双筒望远镜第二实施例第一变形的控制方块图;
图15是图14中所示微处理器中执行的AF操作步骤的流程图;
图16类似于图1,为带有数字相机的双筒望远镜第二实施例第二变形的平面剖视图;
图17是本发明带有数字相机的双筒望远镜的第三实施例的平面剖视示意图;
图18是沿图17中线XVIII-XVIII的剖视图。
具体实施方式
图1到图7所示为本发明一种带有照相功能的光学观察器装置的第一实施例,其在结构上是一种带有数字相机的双筒望远镜。
首先,参见图1,其所示为带有数字相机的双筒望远镜的内部结构,图2所示为图1中线II-II的剖视图。如这些附图所示,这种带有数字相机的双筒望远镜包括一个壳体10以及装在壳体10中在光学上彼此相同的一对望远镜镜头系统12R和12L,其中壳体10包括一个主壳体部分10A和一个可移动壳体部分10B。望远镜镜头系统12R和12L分别用于人的左右眼睛,并且在布置上相对于其中线为对称布置。
右边的望远镜镜头系统12R装在主壳体部分10A中,其包括一个物镜系统14R、一个正像棱镜系统16R和一个目镜系统18R。主壳体部分10A的前壁上有一个窗口19R,该窗口19R与右边的望远镜镜头系统的物镜系统14R对齐。
左边的望远镜镜头系统12L装在可移动壳体部分10B中,其包括一个物镜系统14L、一个正像系统16L和一个目镜系统18L。可移动壳体部分10B的前壁上有一个窗口19L,该窗口19L与左边的望远镜镜头系统的物镜系统14L对齐。
可移动壳体部分10B与主壳体部分10A可滑动地连接,从而在彼此之间可相对移动。即,可移动壳体部分10B能相对于主壳体部分10A在图2所示的收起位置和图3所示最大伸出位置之间移动。
在壳体部分10A和10B的滑动面上作用有适当的摩擦力,这样只有在一定的拉力作用在可移动壳体部分10B上才能使可移动壳体部分10B从主壳体部分10A伸出。与此相似,只有在一定的收力作用在可移动壳体部分10B上才能使可移动壳体部分10B收回到主壳体部分10A上。这样在壳体部分10A和10B滑动表面上施加合适的摩擦力,就能使可移动壳体部分10B保持并停在(图2)收起位置和(图3)最大伸出位置之间的任一位置。
如图2和图3所示,当可移动壳体部分10B从主壳体部分10A伸出时,左边的望远镜镜头系统12L与可移动壳体部分10B一起移动,而右边的望远镜镜头系统12R则保持在主壳体部分10A中。这样,只要将可移动壳体部分10B从主壳体部分10A拉出就能调节左右望远镜镜头系统12R和12L光轴之间的距离,从而使该距离与使用者的光瞳间距一致。即,通过使可移动壳体部分10B相对于主壳体部分10A的相对滑动就能进行光瞳间距调节。
在本实施例中,右侧望远镜镜头系统12R的物镜系统14R装在相对于主壳体部分10A的一个固定位置处,但正像棱镜系统16R和目镜系统18R可相对于物镜系统14R前后移动,从而通过右边的望远镜镜头系统12R使被观察的物体汇聚于焦点。同样,左侧望远镜镜头系统12L的物镜系统14L装在相对于可移动壳体部分10B的一个固定位置处,但正像棱镜系统16L和目镜系统18L可相对于物镜系统14L前后移动,从而通过左边的望远镜镜头系统12L使被观察的物体汇聚于焦点。
为了对进行光瞳间距调节并对左右望远镜镜头系统12L和12R进行调焦,如图4所示,壳体10上带有一个支撑板组件20,并且左右望远镜镜头系统12L和12R都安装在该支撑板组件20上,其安装方式将在下面详细描述。注意,在图1中,尽管可以看到支撑板组件20,但为了避免视图过于复杂,图1中没有显示。
如图4所示,支撑板组件20包括一个矩形板件20A和一个可滑动地安装在矩形板件20A上的滑动板件20B。矩形板件20A具有一个长边和一个长度小于长边的侧边。滑动板件20B包括一个宽度与矩形板件20A侧边基本相等的矩形部分22以及一个从矩形部分22一体伸出的部分24,部分22和24的纵向长度基本等于矩形板件20A的纵向长度。
滑动板件20B具有一对位于矩形部分22中导槽26、以及一个位于伸出部分24中导槽27。另一方面,有一对凸件26’和一个凸件27’固定在矩形板件20A上,这样这对凸件26’就能滑动地容置在这对导槽26中,并且凸件27’就能滑动地容置在导槽27中。导槽26和27伸出以便彼此平行,同时每一个槽都具有一个长度,该长度对应于可移动壳体部分10B在(图2)收起位置和(图3)最大伸出位置之间的移动距离。
如图2、3所示,支撑板组件20布置在壳体10中从而与壳体10的底面分开。矩形板件20A是以一种适当的方式固定连接在主壳体部分10A上。如图2所示,滑动板件20B具有一个从矩形部分22一体伸出的突起28,并且该突起28是以固定的方式连接在可移动壳体部分10B中的间壁29上。这样,当可移动壳体部分10B相对于主壳体部分10A移动时,滑动板件20B就能与可移动壳体部分10B一起移动。
右边望远镜镜头系统12R的物镜系统14R牢牢固定在矩形板件20A上用标记14R’表示的阴影线区域,并且左边望远镜镜头系统12L的物镜系统14L牢牢固定在滑动板件20B的矩形部分22上用标记14L’表示的阴影线区域。
图5所示是布置在支撑板组件20上的左右安装板30L和30R,如图1所示,相应的正像棱镜系统16L和16R分别安装在左右安装板30L和30R上。此外,如图5和图6所示,左右安装板30L和30R都在各自的后侧边分别具有立板32R和32L,并且如图1所示,目镜系统18L和18R分别安装在立板32L和32R上。
右边的安装板30R由矩形板件20A可移动地支撑起来,这样正像棱镜系统16R和目镜系统18R可相对于物镜系统14R前后移动。同样,左边的安装板30L由滑动板件20B可移动地支撑起来,这样正像棱镜系统16L和目镜系统18L可相对于物镜系统14L前后移动。
特别是,如图5和图6所示,右边的安装板30R上有一个导块34R固定在其下面右侧边缘附近。导块34R上形成有导槽36R(见图6),如图2和3所示,其可用来滑动地接收矩形板件20A的右侧边。此外,右边的安装板30R沿其左侧边还具有一个侧壁38R,侧壁38R的下部形成了一个隆起部分40R,该隆起部分40R中有一个通孔以便滑动地接收导杆42R。导杆42R的端部通过一对从矩形板件20A一体伸出的固定件44R固定支撑(图1和图4)。这样,承载着正像棱镜系统16R和目镜系统18R的右边的安装板30R就能相对于物镜系统14R前后平移。
同样,如图5和图6所示,左边的安装板30L上有一个导块34L固定在其下面左侧边缘附近。导块34L上形成有导槽36L(见图6),如图2和3所示,其可用来滑动地接收滑动板件20B的左侧边。此外,左边的安装板30L沿其右侧边还具有一个侧壁38L,侧壁38L的下部形成了一个隆起部分40L,该隆起部分40L中有一个通孔以便滑动地接收导杆42L。导杆42L的端部通过一对从滑动板件20B一体伸出的固定件44L固定支撑(图1和图4)。这样,承载着正像棱镜系统16L和目镜系统18L的、左边的安装板30L就能相对于物镜系统14L前后平移。
注意,如上所述,图1中也没有显示支撑板组件20,而只显示出固定件44R和44L。
利用上述结构,通过移动将可移动壳体部分10B移向或远离主壳体部分10A就能进行左右望远镜镜头系统12L和12R的光瞳间距调节。此外,还能通过安装板30R相对于物镜系统14R的前后平移来对右边的望远镜镜头系统12R进行调焦,同时,通过安装板30L相对于物镜系统14L的前后平移来对左边的望远镜镜头系统12L进行调焦。
为了同时移动左右安装板30L和30R以改变左右安装板30L和30R之间的距离,安装板30L和30R通过一个可伸缩连接件46相互连接起来。
特别如图5所示,可伸缩连接件46包括一个矩形的板形件46A和一个叉件46B,并且板形件46A可滑动地容置在叉件46B中。板形件46A的前端固定连接在侧壁38R的隆起部分40R的下面,叉件46B的前端固定连接在侧壁38L的隆起部分40L的下面。部件46A和46B的长度都大于可移动壳体部分10B从(图2)收起位置到(图3)最大伸出位置之间的移动距离。即,当可移动壳体部分10B从(图2)收起位置伸展到(图3)最大伸出位置时,部件46A和46B之间始终保持滑动连接。这样,就能同时产生平移,从而保证安装板30L和30R以及左光学系统(16L,18L)和右光学系统(16R,18R)始终保持同步平移。
注意,如图5所示,板形件46A上形成有一个矩形孔47,其作用将在下面描述。
图7是沿着图1中线VII-VII的剖视图。从图1和图7可以看出,主壳体部分10A的前壁上有一个圆形窗口48,并且当可移动壳体部分10B处于收起位置时(图2),该圆形窗口48位于壳体10前壁的中心位置。
如图1和图7所示,主壳体部分10A有一个内前套筒50,该内前套筒50从主壳体部分10A前壁的内壁面上一体伸出围绕圆形窗口48,以便同时其与主壳体部分10A的顶壁一体形成。此外,内后套筒52与主壳体部分10A顶壁一体形成并挂在吊在上面,内后套筒52与内前套筒50对齐。
空心轴54位于内前和内后套筒50和52之间并被其支撑。空心轴54具有一个与之一体形成的转轮56。如图7所示,主壳体部分10A顶壁上有一个矩形窗口58,一部分转轮56从该矩形窗口58露到外面。这样使用者用手指转动转轮56的露出部分就能使空心轴54产生旋转运动。
空心轴54从前端到转轮56之间的外周面具有外螺纹60,环形件62与空心轴54的外螺纹60螺纹连接。如图2、3和7所示,环形件62上一体形成有一个径向突起64,同时有一个从径向突起64上一体突出的矩形突起65。矩形突起65插装到可伸缩连接件46的板形件46A内形成的矩形孔47中。
通过上述结构,当用手驱动转轮56使空心轴54产生旋转运动时,环形件62就会沿着空心轴54的纵向中轴移动,从而使安装板30L和30R产生同步平移,并进而使安装其上的左光学系统(16L,18L)和右光学系统(16R,18R)同步平移。即,通过螺纹连接在一起的空心轴54和环形件62形成了一个用来将转轮56的旋转运动转换左光学系统(16L,18L)和右光学系统(16R,18R)平移运动的运动转换机构,该运动转换机构用作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构。
左右望远镜镜头系统12L和12R中每一个系统的光路设计都要使无限远的物体在正像系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)处于距物镜系统(14R,14L)的最近时能够汇聚焦点。因此,在将近端物体汇聚于焦点之前,必须使正像系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)远离相应的物镜系统(14R,14L)。当正像系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)与相应的物镜系统(14R,14L)相距最远时,就能将最近的物体汇聚于焦点。
如图1和图7所示,空心轴54中有一个镜筒66,包括有第一镜头系统68和第二镜头系统70的照相镜头系统67就放在镜筒66中。另一方面,图像传感器控制电路板72固定连接在主壳体10A后壁的内表面上,同时有一个CCD图像传感器74安装在图像传感器控制电路板72上从而使CCD图像传感器74的受光面与镜筒66中的照相镜头系统67对齐。内后套筒52的后端具有一个内环法兰75,一个光学低通滤波器76安装在75中。简而言之,照相镜头系统67、CCD图像传感器74以及光学低通滤波器76形成了一个数字相机,被拍物体通过照相镜头系统67和光学低通滤波器76汇聚在CCD图像传感器74的受光面上。
注意,如下所述,本发明照相镜头系统67的调焦是自动进行的。
例如,在将数字相机前1.5米远的——即最近的物体拍成焦点图像时,与普通的数字相机一样,必须在照相镜头系统67中使用调焦机构。此外,照相镜头系统67的调焦机构在操作上优选与左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构相接近并相关联,这里因为望远镜镜头系统12L和12R相当于该内置相机的观察视镜系统。即,当物体通过照相镜头系统67自动聚焦于CCD图像传感器74的受光面上时,被观察的物体须通过左右望远镜镜头系统12L和12R作为聚焦的图象来观测。
最后,在空心轴54的内周面和镜筒66的外周面上分别形成内螺纹和外螺纹,就可使镜筒66与空心轴54实现螺纹配合。将镜筒66的前端部插入内前套筒50中,同时在镜筒66的前端部相对地设置一对键槽78,每一个键槽78都从镜筒66的前端部向后延伸一预定的距离。另一方面,内前套筒50的内壁中相对地设置两个孔,将两个销钉80安装在孔中从而如图7所示与键槽78配合以防止镜筒66的旋转运动。
因此,当转轮56旋转起来时,镜筒66会因空心轴54和镜筒66之间的螺纹配合而沿着照相镜头系统67的光轴平移。即,空心轴54内周面和镜筒66外周面上形成的内螺纹和外螺纹构成了一个用来将转轮56的旋转运动转换成镜筒66平移运动的运动转换机构,该运动转换机构用作照相镜头系统67的调焦机构。
空心轴54外周面上形成的外螺纹60相对于空心轴54内周面上形成的内螺纹为反向螺纹。因此,当正像棱镜系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)向后移动远离各自的物镜系统(14R,14L)时,镜筒66向前移动远离CCD图像传感器74。这样,当正像棱镜系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)向后移动从而将近处的物体汇聚于望远镜镜头系统(12R,12L)的焦点时,由于镜筒66以及照相镜头系统67的前向运动将近处的被观测物体汇聚在CCD图像传感器74的受光面上。
注意,空心轴54外周面上形成的外螺纹60具有一个螺距,该螺距由左右望远镜镜头系统12L和12R的光学特性确定,空心轴54内周面上形成的内螺纹具有一个螺距,其由照相镜头系统67的光学特性确定。
如图2、3和7所示,主壳体10A底壁内有一个内螺纹孔81,其用来将这种带有数字相机的双筒望远镜安装在一个三角架云台上。即,当这种带有数字相机的双筒望远镜安装在一个三脚架云台上时,同螺纹孔81与三脚架云台的外螺纹配合。从如图2可知,当可移动壳体部分10B处于收起位置时,内螺纹孔81位于收起的壳体10的中心及照相镜头系统67的光轴下面。还有,如图7所示,内螺纹孔81与主壳体部分10A的前底边相邻。
如图1、2和3所示,主壳体10A右端部带有一个电源电路板82,其与固装在主壳体部分10A中的结构框83相连。还有,如图2、3和7所示,主壳体部分10A中有一个主控电路板84,其布置在支撑板组件20的下面。尽管图中没有示出,但显然主控电路板84是以适当的方式固定在主壳体部分10A的底面上的。各种电气元件如微计算机、存储器等都安装在主控电路板84上。
在本实施例中,如图2、3和7所示,一个液晶显示(LCD)板单元86布置在主壳体部分10A的顶壁上。该LCD板单元86为可旋转地安装在枢轴88上,该枢轴88可由主壳体部分10A的顶壁以适当的方式支撑,并沿着主壳体部分10A的顶部前缘延伸。LCD板单元86通常都处于在图7实线所示的收起位置,此时,LCD板单元86的显示屏就面向主壳体部分10A的顶面。这样,当LCD板单元86处于收起位置时,使用者或者观察者就不能观看LCD板单元86的显示屏。当LCD板单元86从收起位置手动旋转到图7中虚线所示的显示位置时,使用者或者观察者就能观看LCD板单元86的显示屏了。
如图1、2、3所示,可移动壳体部分10B的左端部由间壁29隔开,从而形成一个电池腔90以便容纳两节电池92。电池92通过一个柔性的电源线(图中未示出)为电源电路板82供电,该电池92同时还通过柔性的电源线(图中未示出)为图像传感器控制电路板72、主控电路板84、LCD板单元86等供电。
如图2、3所示,有两个连接端子94和95安装在电源电路板82上,其可通过主壳体部分10A前壁上的两个接口从外侧与之相接。注意,在图1中,只由附图标记95’示出供连接端子95使用的两个接口中的一个。在本实施例中,连接端子94用作视频接线端子,其用来将数字相机与家庭用的电视相接,连接端子95用作USB(通用串行总线)连接端子,其用来将数字相机与个人电脑相接。如图1、2、3所示,电源电路板82和连接端子94和95被一个由电导体如铜、钢等构成的电磁屏蔽体96罩着。
如图2、3和7所示,有一个合适的存贮卡驱动器如CF(紧凑式Compact Flash)卡驱动器97安装在主控电路板84的下面,并布置在主壳体部分10A的底壁和主控电路板84之间的空间。存贮卡或CF卡为可拆地装载在CF卡驱动器97中。
本发明中由于照相镜头系统67的焦深很浅,因此必须自动进行照相镜头系统67的调焦。即,由于照相镜头系统67的焦深很浅,因此照相镜头系统67的调焦机构要求高度的调焦精度。此时,由于调焦精度要求很高,因此不可能通过手动方式来实现照相镜头系统67的调焦。简而言之,照相镜头系统67调焦机构的调焦精度高到了无法用手动方式对照相镜头系统67的调焦机构进行操作的程度。
另一方面,由于望远镜镜头系统12L和12R所要求的调焦精度远远低于照相镜头系统67所要求的调焦精度,因此可以用手动方式来操作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构。特别是左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构的调焦精度将取决于使用者眼睛的自聚焦能力。即,当通过左右望远镜镜头系统12L和12R将物体汇聚于屈光度为±0.5的焦点时,使用者或者观察者可通过其眼睛的自聚焦能力而观测到调焦适当的物体图像。因此,就能以手动方式对望远镜镜头系统12L和12R进行调焦。
因此,在本实施例中,当这种带有数字相机的双筒望远镜仅用作普通的双筒望远镜时,可通过手动旋转旋转轮56的形式来对左右望远镜镜头系统12L和12R进行调焦。然而,正如后面所述的那样,在用数字相机拍照时,左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构和照相镜头系统67的调焦机构以自动的方式操作来实现调焦左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦以及照相镜头系统67的调焦。
为了自动进行左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦以及照相镜头系统67的调焦,如图7所示,一部分旋转轮56以齿轮98的形式形成。另一方面,电机100如步进电机固定安装在支撑板组件20的矩形板件20A上,同时步进电机100的输出轴与离合器102如电磁(E/M)离合器相连。一个齿轮104固定安装在E/M离合器102的输出轴上,并与旋转轮56的齿轮98啮合。
当带有数字相机的双筒望远镜仅用作普通的双筒望远镜时,电磁离合器102切换到关(OFF)从而使齿轮104与步进电机100分开,以便手动驱动旋转轮56操作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构从而使物体通过望远镜镜头系统12L和12R聚焦成像。
注意,在手动操作旋转轮56时,尽管照相镜头系统67的调焦机构也被操作,但不能进行拍照。
另一方面是用内置数字相机进行拍照的情况。此时,电磁离合器102切换到开(ON)从而使齿轮104与步进电机100啮合。这样步进电机100自动驱动旋转轮56从而以自动方式操作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构和照相镜头系统67的调焦机构。
图8是类似于图7,其示出的是前述带有数字相机的双筒望远镜的实施例的一种变化。注意,在图8中,类似于图7的结构特征采用相同的附图标记。
在图8所示的实施例中,左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构或运动转换机构是由空心轴54外表面上形成的凸轮槽106、短柱形凸轮从动件108形成。其中凸轮从动件108从环形件62的内表面伸出并与凸轮槽98接合。注意在图8中,虚线所示的凸轮槽106在一个平面上形成展开。这样,类似于前述的实施例,转轮56的旋转运动将转换成右光学系统(16R,18R)和左光学系统(16L,18L)的平移运动。
此外,在本实施例中,照相镜头系统67的调焦机构或运动转换机构是由空心轴54外表面上形成的凸轮槽110以及短柱形凸轮从动件112所形成,其中凸轮从动件112从镜筒66的外表面伸出并与凸轮槽110接合。注意,类似于凸轮槽106,虚线所示的凸轮槽110在一个平面上形成展开。这样,类似于前述的实施例,就能将转轮56的旋转运动转换成镜筒66的平移运动。
如图8所示,凸轮槽106与110的方向相反。因此,当手动转轮56使正像棱镜系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)向后移动远离各自的物镜系统(14R,14L)时,镜筒66向前移动远离CCD图像传感器74。这样,类似于前述实施例,当正像棱镜系统(16R,16L)和目镜系统(18R,18L)向后移动从而将近处的物体汇聚于望远镜镜头系统(12R,12L)的焦点时,由于镜筒66以及照相镜头系统67的前向运动而将近处的被观测物体汇聚在CCD图像传感器74的受光面上。
在前述图1到图7的实施例中,由于左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构或运动转换机构是由内外螺纹形成的,因此在转轮56的旋转运动与右光学系统(16R,18R)和左光学系统(16L,18L)的平移运动之间是线性关系。同样,由于照相镜头系统67的调焦机构或运动转换机构是由内外螺纹形成的,因此在转轮56的旋转运动与照相镜头系统67的平移运动之间是线性关系。
然而现实中右光学系统(16R,18R)和左光学系统(16L,18L)的调焦位置与从左右光学系统(16L,18L,16R,18R)的调焦位置到物镜系统(14R,14L)的距离之间不必是线性关系。与之相似,照相镜头系统67的调焦位置与从照相镜头系统67的调焦位置到CCD图像传感器74受光面的距离之间也不必是线性关系。
因此,在左右光学系统(16L,18L,16R,18R)和照相镜头系统67精确定位在其相应的调焦位置之前,如图8所示,必须用凸轮槽(106,110)和凸轮从动件(108,112)形成运动转换机构,才能相对于物镜镜头系统14L和14R以及CCD图像传感器74非线性地移动左右光学系统(16L,18L,16R,18R)和照相镜头系统67。简而言之,通过使用凸轮槽106和110以及凸轮从动件108和112就能将左右光学系统(16L,18L,16R,18R)和照相镜头精确定位在它们各自的调焦位置处。
当然,由于左右望远镜镜头系统12L和12R以及照相镜头系统67具有一定的焦深,因此利用内外螺纹来形成相应的运动转换机构并没有什么问题。然而,被拍物体离数字相机双筒望远镜越近,越难在光学系统(16R;18R;16L;18L或67)的调焦位置与相应的距离之间建立起近似线性的关系。例如,当左右望远镜镜头系统12L和12R以及照相镜头系统67在设计上使一个离数字相机双筒望远镜小于1.0米的最近物体能够汇聚成像时,其将无法在光学系统(16R;18R;16L;18L或67)的调焦位置与相应的距离之间建立起近似线性的关系。这时,如图8所示,必须用相应的凸轮槽106和110以及相应的凸轮从动件108和凸轮从动件112来形成调焦机构或运动转换机构。
图9所示为图1至8所示带有数字相机的双筒望远镜的控制方块图。在图9中,微计算机114安装在主控制电路板84上,其用来在整体上控制带有数字相机的双筒望远镜。如图所示,微计算机114包括一个中央处理单元(CPU)114A、一个用来存贮程序和常量的只读存贮器(ROM)114B、一个用来存贮临时数据的随机读取存贮器(RAM)114C、以及一个输入/输出接口电路(I/O)114D。
尽管图1-8中没有显示,但可将各种开关布置在主壳体部分10A的顶壁上。图9中所示与本发明相关的开关有电源开/闭开关116、释放开关部件118以及模式选择开关120等。
电源开/闭开关116可做成一种能开启位置和关闭位置移动的滑动开关。当电源开/闭开关116处于关闭位置时,微计算机114处于睡眠状态或最小耗电状态,这时微计算机114只监测是否对电源开/闭开关116进行了操作。即,在睡眠状态时,除了电源开/闭开关之外,其它所有开关都被禁用。
当电源开/闭开关116从关闭位置移到开启位置时,微计算机114监视是否对各个开关进行了操作。
释放开关部件118可用作自回型下压开关,其包括两个相互连接的开关部件118A和118B。开关部件118A用作测光开关部件(P-SW),开关部件118B用来释放开关部件(R-SW)。当释放开关部件118压下一半时,测光开关部件118A(P-SW)打开,从而由微计算机114进行光度测量。此外,释放开关部件118完全压下时,开关部件118B(R-SW)接通,从而由微计算机114进行拍照操作。
模式选择开关120可用作数字旋转开关以便从各种模式中选择一个模式如显示模式、复制模式等。当选择显示模式时,被拍物体作为运动图像在LCD板单元86上显示出来,并且在选择复制模式时,被拍物体作为静止图像在LCD板单元86上显示出来,这将在下面详细论述。
在图9中,用来驱动CCD图像传感器74的CCD驱动电路122在微计算机114的控制下进行操作。用来驱动LCD板单元86的LCD驱动电路124在微计算机114的控制下进行操作。电路驱动电路126用来输出一串驱动脉冲从而驱动步进电机100,电路驱动电路也在微计算机114的控制下进行操作。用来驱动E/M离合器104的离合器驱动电路128也在微计算机114的控制下进行操作。主控电路板84上有一个帧存贮器129。
当电源开/闭开关116处于关闭位置时,电磁离合器102关闭,此时就能如前所述用手动方式驱动旋转轮56来操作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构。当电源开/闭开关116从关闭位置移动开启位置时,电磁离合器102接通,此时不能手动驱动旋转轮56。
在电磁离合器102接通期间,当释放开关部件118压下一半从而使测光开关部件118A接通时,步进电机100被驱动从而以自动调焦(AF)模式来操作左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构以及照相镜头系统67的调焦机构,这一点将在后面详细论述。注意,在测光开关部件118A接通期间,微计算机114进行光度测量。
如上所述,被拍物体通过照相镜头系统67和光学低通滤波器76在CCD图像传感器74的受光面上形成光学图像。在电源开/闭开关116接通时,该物像就由CCD图像传感器74转换成一帧模拟的图像像素信号。当操作模式选择开关120而选择显示模式时,就能以适当地间隔将一帧模拟的疏化图像像素信号连续地从CCD图像传感器74读出,每一帧模拟疏化的图像像素信号都会经过适当地处理并转换成一帧数字图像像素信号。这一帧数字图像像素信号连续地保存在主控电路板84上的帧存贮器129中,并可作为数字视频信号从帧存贮器中读取。该数字视频信号转换成一个模拟视频信号,物像根据视频信号以运动图像的形式在LCD板单元86上复制出来。即,使用者或者观察者就能在LCD板单元86上监视被拍物体。
当释放开关部件118完全压下从而使测光开关部件118A接通时,不经疏化地从CCD图像传感器74读取一帧全模拟静态图像像素信号,其经过适当地处理并转换成一帧全数字静态图像像素信号。然后,这一帧全数字静态图像像素信号保存在主控电路板84的帧存贮器129中,其可用于合适的图像处理过程。之后,就将处理后的一帧数字静态图像像素信号以给定的格式保存在CF卡驱动器97中的CF卡存贮器中。
当用模式选择开关120选择复制模式时,每一帧的数字静态图像像素信号都经疏化处理并从CF卡驱动器97的CF卡存贮器中读出,经处理后产生视频信号。然后,基于视频信号将被拍下的图像作为一个静态图像在LCD板单元86上复制出来。作为选择,视频信号可通过视频连接端子94送到家用电视机中从而在家用电视上复制出拍下的图像。
还有,每一帧的数字静态图像像素信号都可通过UBS连接端子95从CF存贮卡送到一台带有打印机的个人电脑,从而利用打印机为拍下的图像作为硬拷贝打印出来。当然,当个人电脑带有CF存贮卡驱动器时,可将CF存贮卡从CF存贮卡驱动器97上拆下来,装载到个人电脑的CF存贮卡驱动器中。
在以自动调焦方式对照相镜头系统67进行正确且适当地调焦之前,这种带有数字相机的双筒望远镜在构造上必须满足预定的板形件,这一点将在下面详细论述。
在图1-7的实施例以及图8所示的修改后的实施例中,照相镜头系统67在光路设计上应能如前所述以自动调焦(AF)方式使数字相机前1.0米处的物体聚焦成像,如上所述。在这种板形件下,在获得所需的调焦精度之前,必须很好地确定出照相镜头系统67的景深,景深由照相镜头系统67的焦距“f”、照相镜头系统67的f数F、CCD图像传感器74可允许的弥散圈的直径δ确定等确定。
如上所述,在一架采用35mm卤化银胶片的相机中,所能允许的弥散圈的直径δ被定义为一胶片框对角线长度的1/1000。然而,在采用CCD图像传感器74的数字相机中,所能允许的弥散圈的直径δ采用下式定义:
δ=aP
其中:“P”为CCD图像传感器74的像素距(pixel pitch);
“a”为合适的常数。
当所能允许的弥散圈的直径δ简单地定义为CCD图像传感器74的像素距时,常数“a”被定义为1时。在本实施例中,由于CCD图像传感器74中带有光学低通滤波器76,因此常数“a”可在“1.4”到“3.0”之间的范围选取。
特别是在CCD图像传感器74中没有光学低通滤波器76时,并且在被拍物体具有的空间频率与CCD图像传感器74的像素距重合时,复制图像在相关的空间频率区域处会产生莫阿干涉条纹。简而言之,由于光学低通滤波器76的存在,当一个近乎等于CCD图像传感器像素距的高空间频率分量从照相镜头系统67捕获的光束中去掉时,由此,能防止莫阿干涉条纹的产生。因此,常数“a”的设定值就能大于1(大约从“1.4”到“3.0”)。
简单的说,分别用“Di”和“Do”表示照相镜头系统67的焦深和景深,焦深Di和景深Do表示如下:
Di=aPF
Do=f2/DI=f2/aPF
另一方面,照相镜头系统67的焦长“f”定义如下:
f=y/tan(ω/T)
这里:“y”为CCD图像传感器74的最大成像高度(mm),其定义为CCD图像传感器74受光面的对角线长度的一半;
“ω”为左右望远镜镜头系统12L和12R的半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与照相镜头系统67的半视场角“θ”的视场比(T=ω/θ);
因此,照相镜头系统67的景深“Do”可表示为:
Do=y2/[tan2(ω/T)×aPF]
由于左右望远镜镜头系统12L和12R是用来放大及观测远距离物体的,因此望远镜镜头系统12L和12R的实际视场角很小。即“ω/T”非常小,因此可以认为参数“tan(ω/T)”就是“ω/T”(tan(ω/T)≈ω/T)。此外,常数“a”可根据数字静态图像像素信号帧的处理情况来从上述的范围选择(大约从“1.4”到“3.0”)。例如,当一帧数字静态图像像素信号经处理后复制在LCD板单元86上或家用电视机上时,常数“a”的值在选择上不同于一帧数字静态图像像素信号经处理后利用一台与个人电脑相连的打印机以硬拷贝形式打印出来时所选取的值。这样,常数“a”就可从前述的公式中省掉。
简而言之,上述公式中照相镜头系统67的景深“Do”可修改为:
Do∝y2/[(ω/T)2×PF]
当然,该公式就成为一个判据,其表示:当无限远的物体汇聚于焦点时,照相镜头系统67的景深。一般来讲,由于从照相镜头系统67到被拍物体的距离是用米来表示的,因此该公式除以1000即得:
Do/1000∝y2/[1000×PF(ω/T)2]
这样,要想以自动调焦方式来正确操作照相镜头系统67的调焦机构,就必须选择参数“y”、“ω”、“P”、“T”和“F”的值并使其满足下式:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80
在该式中,y2/[1000×PF(ω/T)2]的值越大,照相镜头系统67的焦深越浅。当y2/[1000×PF(ω/T)2]大于判据值上限80时,就很难以手动方式操作照相镜头系统67的调焦机构,此时必须以自动调焦方式来操作照相镜头系统67的调焦机构。判据值“80”是由照相镜头系统已往设计所积累的经验所获得的,在照相镜头系统的设计领域中是公知的。尽管判据值“80”多少可变,但其形成了照相镜头系统67调焦机构是以手动方式进行还是以自动调焦方式进行的判据。
在选取参数“y”、“ω”、“P”、“T”和“F”的数值时必须使y2/[1000×PF(ω/T)2]超过判据值“80”,这其中要考虑到各种情况,这一点将在下面描述。
首先,像素距“P”要随着所采用的CCD图像传感器74的类型而变化,这会影响到CCD图像传感器74的灵敏度以及照相镜头系统67的f数“F”。即,为了提高CCD图像传感器74的灵敏度,必须使CCD图像传感器74的像素距“P”变大,即减少CCD图像传感器74的像素数;或者必须使CCD图像传感器74的最大成像高度“y”更大。
当CCD图像传感器74的像素数减少时,在CCD图像传感器74最大成像高度“y”为常数的板形件下,所拍图片的质量会下降。另一方面,当CCD图像传感器74的像素数增加时,在CCD图像传感器74最大成像高度“y”为常数的板形件下,对应于每一像素的像素区域会变小,这将降低CCD图像传感器74的灵敏度。
为了提高CCD图像传感器74的灵敏度,必须增加CCD图像传感器74的最大成像高度“y”。最大成像高度“y”的增加会导致使用大型CCD图像传感器(74)。这时,如果照相镜头系统67的视场角保持为常数,照相镜头系统67的焦距“f”将变得相当长,这就要求照相镜头系统(67)很大。此外,在一般情况下,CCD图像传感器的灵敏度要低于卤化银胶片的灵敏度。
将上述的板形件考虑进来,就必须将照相镜头系统67的f数F设定到小于“6”(F<6)。
使“y2/[1000×PF(ω/T)2]”的设定值小于“80”即意味着使“y/ω/T”变得更小,像素距“P”更大,或者f数“F”更大。使“y/ω/T”变小意味着最大成像高度“y”变小或者视场角比“T”变小。正如前面的讨论,当最大成像高度“y”变小同时CCD图像传感器74的像素数不减少时,CCD图像传感器74的灵敏度下降。当CCD图像传感器74的像素距增加即CCD图像传感器74的像素数减少时,为了保持CCD图像传感器74的灵敏度,拍出图像的质量会下降。另一方面,当视场角比“T”太大时,照相镜头系统67的照相区域将大于左右望远镜镜头系统12L和12R的视域,此时,左右望远镜镜头系统12L和12R就不能用作照相镜头系统67的光学取景透镜系统。此外,像素距“P”和f数“F”的增加如前所述会产生不好的效果。
在任何时候,考虑到上述问题,参数“y”、“ω”、“P”、“T”和“F”的数值在选取上必须满足前面的板形件才能保证自动调焦方式来实现照相镜头系统67调焦机构的正确操作。
例如,当采用1/3英寸的CCD图像传感器(74)时,参数“y”、“ω”、“P”、“T”和“F”的数值可选择为:
y=2.98mm
ω=0.06231弧度(3.57°)
P=0.0047mm(4.7um)
T=0.78
F=2.8
这时,“y2/[1000×PF(ω/T)2]”的值为“106”。
此外,当采用1/2.7英寸的CCD图像传感器(74)时,参数“y”、“ω”、“P”、“T”和“F”的数值可选择为:
y=3.32mm
ω=0.06231弧度(3.57°)
P=0.0042mm(4.2um)
T=0.70
F=2.8
这时,“y2/[1000×PF(ω/T)2]”的值为“118”。
简单地说,要想以自动调焦方式正确地对照相镜头系统67的调焦机构进行操作,就必须使第一实施例中带有数字相机的双筒望远镜在构造上满足下式:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80并且F<6
图10是微计算机114中执行的自动调焦(AF)操作步骤的流程图。释放开关部件118压下一半从而使测光开关部件118A接通从而执行AF操作程序。并且只要测光开关部件118A处于接通状态就一直进行AF操作程序。注意,AF操作程序是基于所谓的对比方法来进行的。
在步骤1001中,驱动步进电机100从而使镜筒66移向其最接近CCD图像传感器74的最后位置。当然,此时左右光学系统(16L;18L;16R;18R)移向最接近物镜系统14R和14L的最前位置。
在步骤1002中,监视镜筒66是否到达最后位置。当确认镜筒66已到达最后位置时,程序进到步骤1003,步进电机100反向驱动从而使镜筒66从最后位置向前移动。然后,在步骤1004中,将变量“i”设定为“1”。
在步骤1005,相对于一帧信号预定区域的部分数字图像像素信号从帧存贮器129中读出,其中,一帧数字像素信号根据从CCD图像传感器74连续读取的一帧模拟图像像素信号连续更新。然后,在步骤1006中,根据从帧存贮器129读取的数字图像像素信号进行对比计算。即,在对比计算中,连续地计算出两个连续数字图像像素信号之间的亮度差Bi,同时所计算出的所有差值Bi总合后形成总差值∑Bi。
在步骤1007中,确定出变量“i”的值是否为大于“1”。在开始阶段,由于i=1(即,每次仅执行一次对比计算),因此控制程序进到步骤1008,这里变量“i”的值累加“1”。之后,控制回到步骤1005。即,基于从帧存贮器129继续读取的部分数字图像像素信号再次进行对比计算,从而形成总差值∑Bi(步骤1005和步骤1006)。
此时,由于i=2,因此控制程序从步骤1007进到1009,并在这里确定前一次的总差值∑B(i-1)是否小于当前的总差值∑Bi。如果∑B(i-1)<∑Bi,控制程序就进到步骤1008,并在这里使变量“i”的值累加“1”。之后,控制程序回到步骤1005,即基于从帧存贮器129继续读取的部分数字图像像素信号再次进行对比计算,从而形成总差值∑Bi(步骤1005和步骤1006)。并将倒数第二个总差值∑B(i-1)与最后一个总差值∑Bi进行比较(步骤1009)。只要倒数第二个总差值∑B(i-1)小于最后一个总差值∑Bi,就重复进行对比计算。
在步骤1009中,当倒数第二个总差值∑B(i-1)大于最后一个总差值∑Bi,那么就认为连续两个数字图像像素信号的亮度差Bi比较达到最大,即此时,通过照相镜头系统67聚焦到CCD图像传感器74受光面上的图像最为清晰。此时,控制程序从步骤1009进到步骤1010,并在这里使步进电机100停下来,从而完成望远镜镜头系统12L和12R以及照相镜头系统67的调焦。
图11是本发明带有数字相机的双筒望远镜的第二实施例,其在结构上也是带有数字相机的双筒望远镜。图11类似于图1,是一个平面剖视图,并且第二实施例与第一实施例基本采用相同的方式形成。注意,在图11中,类似于图1的特征采用相同的附图标记。
在第二实施例中,不用对比方法来进行望远镜镜头系统12R和12L以及照相镜头系统67的自动调焦操作。而是将一个距离检测仪130安装在电源电路板82上并与右望远镜镜头系统12R中的半透明反射镜132相连。
距离检测仪130由行式图像传感器和布置在半透明反射镜132中彼此相邻的一对半球透镜构成。半透明反射镜132由框结构83(图2和图3)支撑,并布置在物镜系统14R和正像棱镜系统16R之间从而相对于望远镜镜头系统12R的光轴成45度角。当物像光束射到物镜系统14R时,一部分光束被半透明反射镜132反射而指向距离检测仪130,其余的光束穿过半透明反射镜132射向正像棱镜系统16R。
如图11所示,其中一半穿过物镜系统12R一半区域的反射光束射到一个半球透镜上,剩下一半穿过物镜系统12R另一半区域的反射光束射到另一个半球透镜上,这样通过这对半球透镜就在行式图像传感器上形成两个物像。行式图像传感器上形成的两个物像的距离会随着数字相机双筒望远镜到这个在行式图像传感器上形成物像的物体的距离的变化而变化。
注意,尽管在图11中所示半透明反射镜会妨碍光学系统(16R和18R)的运动,但这仅是因此图1是图11是准备方案。因此,在实际使用时,壳体10要大一些从而能够允许光学系统(16R和18R)进行移动。
图12是带有数字相机的双筒望远镜的第二实施例的控制方块图,其与图9所示的控制方块图基本一样,除了前者多一个距离检测仪130、一个由镜筒66承载的位置检测器134、一个与位置检测器134相连并布置在镜筒66移动路径上的直线刻度尺135。
在第二实施例中,被距离检测仪130检测的像距与一个与像距对应的物距的关系先要进行校正,校正的数据在ROM114B中以二维的像距/物距表保存起来。这样,当距离检测仪130检测出像距时,微计算机114就能参照二维像距/物距表查找到被测像距的相应物距。
位置检测器134以电子方式读取直线刻度尺135的刻度从而检测出镜筒66的位置,同时照相镜头系统67的调焦位置由位置检测器134所读取的直线刻度尺135的刻度来表示。在图12中,直线刻度尺135刻度的读取由虚线箭头表示。照相镜头系统67调焦位置和距离检测仪130所测物距之间的关系也要在前被校正好,同时校正数据在ROM114B中以二维的物距/调焦位置表保存起来。这样当一个物距根据距离检测仪130所测像距获得时,照相镜头系统67相应的调焦位置就能参考物距/调焦位置表由所获得物距查找出来。
类似于前述的第一实施例,当电源开/闭开关116处于关闭位置时,电磁离合器102关闭,这样如前所述就能通过手动旋转轮56来操作左右望远镜镜头系统12R和12L调焦机构。当电源开/闭开关116处于接通位置时,电磁离合器102打开,此时就无法以手动方式驱动旋转轮56。
因此,在第二实施例中,在电磁离合器102处于接通状态时,左右望远镜镜头系统12L和12R的调焦机构以及照相镜头系统67的调焦机构在自动调焦(AF)模式下通过半压下释放开关部件118同时由步进电机100操作。
图13是图12中所示微处理器114中执行的AF操作步骤的流程图。其中释放开关部件118压下一半从而使测光开关部件118A接通并执行AF操作程序。并且只要测光开关部件118A处于接通状态就一直进行AF操作程序。
在步骤1301中,从距离检测仪130中提取像距。然后在步骤1302中,参考像距/物距表对应于检测的像距查找相应的物距,同时在步骤1303中,参考物距/调焦位置表对应于所查到的物距为照相镜头系统67查找相应的调焦位置,以及直线刻度尺135上的相应刻度。
在步骤1304中,驱动步进电机100从而使镜筒66以及照相镜头系统67移向相应的调焦位置。然后,在步骤1305中,监测镜筒66是否到达了调焦位置。当确定镜筒66已经到达调焦位置时,控制程序进入步骤1306,并在这里停止驱动步进电机100,完成望远镜镜头系统12L和12R和照相镜头系统67的调焦。
图14类似于图12,所示为带有数字相机的双筒望远镜第二实施例第一变形的控制方块图。注意,在图14中,与图12相同的特征采用相同的附图标记。
在第二实施例的第一变形中,用脉冲计数器134’代替位置检测器134从而检测出从电路驱动电路126到步进电机100的驱动脉冲数。一旦望远镜镜头系统12L和12R和照相镜头系统67进行自动调焦,镜筒66都要先移到最接近CCD图像传感器74的最后位置,然后再从最后位置向前移。在镜筒66前移的过程中,由马达电路驱动电路126输出的驱动脉冲数由脉冲计数器134’计取,该脉冲数表示镜筒66的移动距离。这样,照相镜头系统67的调焦位置就可用脉冲计数器134’输出的脉冲数来表示。
照相镜头系统67的调焦位置和被距离检测仪130检测的物距之间的关系要先进行校正,校正的数据在ROM114B中以二维的物距/调焦位置表保存起来。这样,当基于距离检测仪130检测出像距获取到物距时,就能参照二维物距/调焦位置表查找到与所获物距对应的调焦位置。
图15是图14中所示微计算机114中执行的AF操作步骤的流程图。类似于前面第二实施例的情况,释放开关部件118压下一半使测光开关部件118A接通从而执行AF操作程序。并且只要测光开关部件118A处于接通状态就一直进行AF操作程序。
在步骤1501中,驱动步进电机100从而使镜筒66移向与CCD图像传感器74最接近的最后位置。当然,此时左右光学系统(16L;18L和16R;18R)都移向与物镜系统14L和14R最接近的最前位置。
在步骤1502中,从距离检测仪130中提取像距。然后在步骤1503中,参考像距/物距表来给所测得的像距查找一个对应的物距,同时在步骤1504中,参考物距/调焦位置表来给所查得的物距为照相镜头系统查找一个对应的调焦位置,其可用脉冲计数器134’输出的脉冲数来表示。
在步骤1505中,监视镜筒66是否到达最后位置。当确认镜筒66已到达最后位置时,控制程序进到步骤1506,这里步进电机100反向驱动从而使镜筒66从最后位置向前移动。
在步骤1507中,从马达驱动电路126输出到步进电机100的驱动脉冲数从脉冲计数器134’提取出来。然后在步骤1508中,确定镜筒66的移动距离是否与所提取的驱动脉冲数所表示的距离一致,即照相镜头系统67是否到达了相关的调焦位置。如果照相镜头系统67没有到达调焦位置,控制程序回到步骤1507,重复进行步骤1507和1508直到照相镜头系统67到达调焦位置。
当确认照相镜头系统67到达了调焦位置,控制程序就从步骤1508进到1509,并在这里停止步进电机100的驱动,从而完成望远镜镜头系统12L和12R以及照相镜头系统67的自动调焦。
在图14所示的第二实施例的第一变形中,可用ROM114B中保存的计数程序代替脉冲计数器134’。当然,此时的驱动脉冲可从电路驱动电路126直接输入到微计算机114的I/O114D中。
图16类似于图1,所示为带有数字相机的双筒望远镜第二实施例第二变形的平面剖视图。注意,在图16中与图11相同的特征采用相同的附图标记。
在第二实施例的第二变形中,用一个包括一对检测元件136的距离检测器来代替距离检测仪130和半透明反射镜132组件的组合。检测元件136固定连接在主壳体部分10A的前壁上从而相对于主壳体部分10A的前壁内的圆形窗口48布置在径向和水平方向,如图16所示。
每一个检测元件136都由行式图像传感器和布置在行式图像传感器上的半球透镜构成。被照相镜头系统67捕获的物体通过相应的半球透镜作为物像汇聚在每个检测元件136的行式图像传感器上,汇聚在行式图像传感器上的物像的位置会随着带数字相机的双筒望远镜到物体距离的变化而变化。这样,就能采用与图11所示距离检测仪130中大致相同的方式来根据检测元件136行式图像传感器上的形成的物像之间的像距来测得物距。
如图16所示,在第二实施例的第二变形中,由于检测元件136之间的距离要远远大于图11所示距离检测仪130的半球透镜之间的距离,因此就能更精确地用这个带有一对检测元件136的距离测量仪来测出物距。
图17和图18所示是本发明带有照相功能的光学取景装置的第三实施例,其在构造上也是一种带有数字相机的双筒望远镜。
在图17所示的第三实施例中,带有数字相机的双筒望远镜包括一对镜筒138L和138R,其用来容纳供人的左右眼使用的左右望远镜镜头系统139L和139R。右镜筒138R包括一个主镜筒部分140R和一个与之相连的可移动镜筒部分142R。同样,左镜筒138L包括一个主镜筒部分140L和一个与之相连的可移动镜筒部分142L。
右望远镜镜头系统139R包括一个物镜系统144R、一个正像棱镜系统146R和一个目镜系统148R,左望远镜镜头系统139L包括一个物镜系统144L、一个正像棱镜系统146L和一个目镜系统148L。注意,在图17中,正像棱镜系统146R和146L都用点划线所示的框表示。
物镜系统144R和正像棱镜系统146R装在主镜筒部分140R中,另一方面,目镜系统148R则装在套筒件150R中,该套筒件150R可滑动地容置在可移动镜筒部分142R中。主镜筒部分140R具有一个绕其后端部内壁面形成的锥螺纹152R,而可移动镜筒部分142R具有一个绕其前端部外壁面形成的154R。即,可移动镜筒部分142R可通过锥螺纹152R和154R的配合而装在主镜筒部分140R的后端部。这样,当可移动镜筒部分142R旋转时,目镜系统148R可相对于物镜系统144R前后移动从而通过望远镜镜头系统139R将观测到的物体聚焦成像。简单地说,锥螺纹152R和154R形成了望远镜镜头系统139R的调焦机构。
同样,物镜系统144L和正像棱镜系统146L装在主镜筒部分140L中。另一方面,目镜系统148L则装在套筒件150L中,并且该套筒件150L可滑动地容置在可移动镜筒部分142L中。主镜筒部分140L具有一个绕其后端部内壁面形成的锥螺纹152L,而可移动镜筒部分142L具有一个绕其前端部外壁面形成的154L。即,可移动镜筒部分142L可通过锥螺纹152L和154L的配合而装在主镜筒部分140L的后端部。这样,当可移动镜筒部分142L旋转时,目镜系统148L可相对于物镜系统144L前后移动从而通过望远镜镜头系统139L将观测到的物体聚焦成像。简单地说,锥螺纹152L和154L形成了望远镜镜头系统139L的调焦机构。
尽管每一个套筒件150R、150L都可利用相应可移动镜筒部分142R、142L中的可滑动地连接相对于相应的可移动镜筒部分142R、142L进行移动,但每一个套筒件150R、150L都不能随意移动,因为在每一个套筒件150R、150L和相应可移动镜筒部分142R、142L的滑动面间都有粘度很高的油脂。因此,相对于可移动镜筒部分142R、142L来移动套筒件150R、150L,就能根据人眼的视力来调节屈光度。
为了同时旋转可移动镜筒部分142R和142L,在镜筒138R和138L之间有一个空心轴156,并且空心轴156的后端部形成齿轮158。另一方面,可移动镜筒部分142R和142L的后端部也形成齿轮160R和160L。相应的齿轮160R和160L在操作上通过其间的行星齿轮162R和162L的中介作用与空心轴156的齿轮158相连。即,行星齿轮162R与齿轮158和齿轮160R啮合,行星齿轮162L与齿轮158和齿轮160L啮合。在这种布置中,可移动镜筒部分142R和142L可通过空心轴156的旋转同时转动,从而对左右望远镜镜头系统139R和139L同步调焦。
尽管图1为避免示图过于复杂没有显示,但这种带数字相机的双筒望远镜还包括:一个用来支撑右镜筒138R的右结构框;一个用来支撑左镜筒138L的左结构框;将左右框通过枢轴连接在一共用轴;以及布置在左右结构框之间的中央结构框可旋转地支撑起共用轴。此外,相应的行星齿轮162R和162L被左右结构框可旋转地支撑起来,同时空心轴156被中央结构框可旋转地支撑起来。在这种结构中,右左镜筒138R和138L能绕着共用轴旋转从而调节右左望远镜镜头系统139R和139L光轴之间的距离从而使该距离与使用者的光瞳间距一致。即,使右左镜筒138R和138L绕共用轴旋转就能对进行光瞳间距调节。
如图17和图18所示,空心轴156的中间部分沿径向一体增大形成一个旋转轮164,并且该旋转轮164可由使用者手指手动操作。即,手动操作旋转轮164就能进行左右望远镜镜头系统139L和139R的手动调焦。
如图18所示,有一个套筒件166插到并适当地固定到空心轴156中从而与空心轴156一起旋转,同时镜筒168可滑动地容置在套筒件166中。一个照相镜头系统169装在镜筒168中,其包括第一镜头系统170和一个与170相连的第二镜头系统172。镜筒168绕其外壁面形成有凸轮槽,同时套筒件166具有一个销钉式凸轮从动件174,套筒件166沿径向从其内壁面向内突起从而如图17所示使销钉式凸轮从动件174接合在凸轮槽中。
此外,如图18所示,有一对键槽176沿径向在套筒件166的前端部形成,每一个键槽176都从套筒件166前端缘向后延伸一定的距离。另一方面,有一对销钉178沿径向布置在镜筒168的前端,同时沿径向向外伸出从而与这对键槽176配合。这样,镜筒168可在套筒件166中沿轴向滑动,但其不能相对于套筒件166进行旋转。结果,当空心轴156旋转时,镜筒168会因凸轮槽中的177而在套筒件166中沿轴向移动。简单地说,177和凸轮槽形成了照相镜头系统169的调焦机构。
凸轮槽在结构应能使镜筒168相对于可移动镜筒部分142L和142R反向移动。即,例如在空心轴156旋转而导致可移动镜筒部分142L和142R向前移时,镜筒168向后移。
如图17所示,在主镜筒部分中有一个半透明反射镜180,其布置在物镜系统144R和正像棱镜系统146R之间从而相对于右望远镜镜头系统139R的光轴形成45度角。此外,在主镜筒部分140R的侧壁上形成有一个窗口182,其与半透明反射镜180相对,窗口外布置有一个与半透明反射镜180平行的全反射玻璃184。简单地说,如图17所示,全反射玻璃184通过窗口182与半透明反射镜180相对,其在布置上相对于照相镜头系统169的光轴形成45度角。注意,全反射玻璃184由前述的中央结构框(图中未示出)适当地支撑。
在物像光束射到物镜系统144R上时,一部分光束穿过半透明反射镜180射向正像棱镜系统146R,由此可通过目镜系统148R可观测到物体。另一方面,余下部分的光束被半透明反射镜180反射以通过窗口182射向全反射玻璃184,然后射到照相镜头系统169。即在第三实施例中,右望远镜镜头系统139R的物镜系统144R形成部分照相镜头系统169。
如图17和18所示,CCD图像传感器186布置在空心轴156的后面,并由前述的中央结构框(图中未示出)支撑,从而使CCD图像传感器186的受光面与镜筒168中的照相镜头系统169对齐。这样通过左右望远镜镜头系统139L和139R观测物体的同时,物体就在CCD图像传感器186的受光面上形成被拍图像。简单地说,照相镜头系统169和CCD图像传感器186形成数字相机。
与第一实施例(图1到图8)相似,在第三实施例中,当这种带有数字相机的双筒望远镜仅用作普通的双筒望远镜时,就能通过手动旋转旋转轮164而对左右望远镜镜头系统139L和139R进行调焦。然而,在用内置的数字相机进行拍照时,由于照相镜头系统169的焦深很浅,左右望远镜镜头系统139L和139R的调焦以及照相镜头系统169的调焦必须自动进行。
为了自动进行左右望远镜镜头系统139L和139R的调焦以及照相镜头系统169的调焦,如图18所示,一部分旋转轮164形成有齿轮188。此外,步进电机190和电磁离合器192布置在空心轴156的旁边,并被前述的中央结构框适当地支撑。步进电机190的输出轴与电磁离合器192相连,同时齿轮194固定安装在电磁离合器192的输出轴上,并与旋转轮164的齿轮188啮合。
尽管图17和图18没有显示出来,但可将各种开关适当地布置在例如前述的以支撑右主镜筒部分140R的右结构框(图中未示出)上。这些开关包括电源开/闭开关、释放开关以及模式选择开关,参见图9到图14。此外,尽管在图17和图18没有显示出来,但可将一个LCD板安装在例如前面的中央结构框上。
类似于第一实施例,在第三实施例中,要使照相镜头系统169的调焦能以自动方式正确进行,第三实施例的带有数字相机的双筒望远镜必须满足下式:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且F<6
此外,在第三实施例中,可参照图10、图13或图15,以基本相同的方式进行自动调焦操作。
在前面的实施例中,尽管左右望远镜镜头系统(12L和12R;139L和139R)的调焦机构以及照相镜头系统(67;169)的调焦机构在操作上彼此相连,但仅对照相镜头系统的调焦机构可进行自动调焦操作。当然,此时左右望远镜镜头系统的调焦机构可始终以手动驱动旋转轮(56,164)方式进行调焦。然而,左右望远镜镜头系统的调焦机构也可以始终自动方式进行调焦。此时,不必使用旋转轮(56,164)和电磁离合器(102,192)。
此外,尽管前述的实施例是针对一种带有数字相机的双筒望远镜而言的,但是本发明的原理也适用于其它带有数字相机的光学观察器如带有数字相机的单筒望远镜。
最后,本领域的普通技术人员都清楚本发明前面优选实施例的说明以及各种变化和改进都不脱离本发明的精神和范围。
Claims (26)
1、一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括:
一个望远镜光学系统,该望远镜光学系统包括一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统以便对物进体行观察,所述光学正像和目镜系统能沿着所述望远镜光学系统的光轴相对于所述光学物镜系统进行移动;
在所述望远镜光学系统旁边有一个能够旋转的空心轴;
装在所述空心轴中的一个光学照相系统;
一个第一调焦机构,其用来将所述空心轴的旋转运动转换成所述光学正像和目镜系统与所述光学物镜系统之间的平移运动从而通过所述望远镜光学系统将物体汇聚于焦点;
一个第二调焦机构,其用来将所述空心轴的旋转运动转换成所述光学照相系统的平移运动从而通过所述光学照相系统将物体汇聚成像;
一个驱动系统,其用来旋转驱动所述空心轴;
一个调焦控制系统,其用来控制所述驱动系统从而以自动方式进行所述光学照相系统的调焦操作。
2、如权利要求1所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其进一步包括一个布置在所述光学照相系统后面并与之相齐的固态图像传感器,这样就能聚焦在所述固态图像传感器的受光面上。
3、如权利要求2所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且 F<6
其中:“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其定义为固态成像传感受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统的半视场角“θ”(单位为弧度)的视场比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距。
4、如权利要求2所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述调焦控制系统可包括:
一个第一计算系统,其连续地计算出从由所述固态图像传感器限定的一帧图框预定区域内所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;
一个第二计算系统,其用来计算出所述第一计算系统所求取的所有差值的总和;
一个计算操作系统,其重复地对所述第一和第二计算系统进行操作,从而在所述驱动系统驱动所述光学照相系统平移期间从第二计算系统连续地获取该总和的数值;
一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较,从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;以及
一个停止系统,当所述最后一个总值小于倒数第二个总值时停止平移,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平移。
5、如权利要求2所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述调焦控制系统可包括:
一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的物距;
一个计算系统,其相应于所述距离检测系统所检测的所述物距来计算所述光学照相系统的调焦位置;
一个位置检测系统,其用来检测所述光学照相系统在其平移路径的位置;
一个启动系统,其用来启动所述驱动系统从而使所述光学照相系统朝着所述计算系统所计算出的所述调焦位置平移;以及
一个停止系统,当所述位置检测系统检测出所述光学照相系统到达所述调焦位置时停下来,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平移运动。
6、如权利要求1所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述的望远镜光学系统被定义为一个第一望远镜光学系统,
其进一步包括一个第二望远镜光学系统,该第二望远镜光学系统包括一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统以便对物进体行观察,所述光学正像和目镜系统能沿着所述第二望远镜光学系统的光轴相对于所述光学物镜系统进行移动,所述空心轴布置在所述第一和第二望远镜光学系统之间,并且所述第一调焦机构进一步将所述空心轴的旋转运动转换成所述第二望远镜光学系统中所述光学正像和目镜系统与所述第二望远镜光学系统中所述光学物镜系统之间的相对平移运动从而通过所述第二望远镜光学系统将物体汇聚成像。
7、如权利要求6所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其进一步包括一个容纳有所述第一和第二望远镜系统的壳体,所述壳体包括两个彼此之间可移动连接的壳体部分,所述第一和第二望远镜光学系统分别装在所述两个壳体部分中,这样所述第一和第二望远镜光学系统光轴之间的距离可通过一个所述壳体部分相对于另一壳体部分的相对移动而调节。
8、如权利要求7所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述一个壳体部分是在另一壳体部分中滑动连接,这样通过所述一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对滑动就能使所述第一和第二望远镜光学系统的光轴在同一个几何平面内移动。
9、如权利要求6所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其进一步包括一对筒件,这对筒件分别容纳所述第一和第二望远镜镜头系统,并能绕着所述空心轴的中心轴旋转从而调节所述第一和第二望远镜光学系统光轴之间的距离。
10、如权利要求9所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述第一和第二望远镜光学系统中的所述光学物镜系统形成所述的光学照相系统的一部分,并且容纳有所述物镜系统部分形成的该部分所述光学照相系统中的筒件在结构上可使一部分光束穿过所述光学照相系统的所述物镜系统部分并导入所述光学照相系统。
11、一种带有照相功能的光学观察器装置,其包括:
一个用来观测物体的望远镜光学系统,
一个包括光学照相系统和固态图像传感器的数字相机系统,该固态图像传感器布置在所述光学照相系统后面并与之相齐;
一个调焦机构,其与所述光学照相系统相连从而使所述光学照相系统产生平移运动从而通过所述光学照相系统将物体在所述固态图像传感器的受光面上形成图像;以及
一个自动控制系统,其用来自动操作所述调焦机构从而以自动调焦的方式使物体通过所述光学照相系统聚焦成像;
其中,满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且F<6
其中:“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其定义为固态成像传感受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统半视场角“θ”(单位为弧度)的视场比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距。
12、如权利要求11所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述自动控制系统包括:
一个驱动系统,其用来对所述调焦机构进行操作从而使所述光学照相系统产生平移;
一个第一计算系统,其连续地计算出从由所述固态图像传感器限定的一帧图框预定区域内所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;
一个第二计算系统,其用来计算出所述第一计算系统所求取的所有差值的总和;
一个计算操作系统,其重复地对所述第一和第二计算系统进行操作,从而在所述驱动系统驱动所述光学照相系统平移期间从所述第二计算系统连续地获取该总和的数值;
一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从所述第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;
一个停止系统,当所述最后一个总值小于倒数第二个总值时,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平缓移动。
13、如权利要求11所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述自动控制系统包括:
一个驱动系统,该驱动系统对所述调焦机构进行操作从而使所述光学照相系统产生平移;
一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的物距;
一个计算系统,其相应于所述距离检测系统所检测的所述物距来计算所述光学照相系统的调焦位置;
一个位置检测系统,其用来检测所述光学照相系统在其平移路径的位置;
一个启动系统,其用来启动所述驱动系统从而使所述光学照相系统朝着所述计算系统所计算出的所述调焦位置平移;以及
一个停止系统,当所述位置检测系统检测出所述光学照相系统到达所述调焦位置时停下来,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平移运动。
14、如权利要求11所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其进一步包括一个与所述望远镜镜头系统相连的调焦机构,该调焦机构用来通过所述望远镜光学系统将物体聚焦成像,所述望远镜光学系统的这个调焦机构在操作上与所述光学照相系统的调焦机构相连从而自动进行所述望远镜光学系统的调焦。
15、如权利要求11所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述光学照相系统的所述调焦机构用作将旋转运动转换成所述光学照相系统的平移运动的运动转换机构,从而在所述光学照相系统的所述旋转运动和平移运动之间建立起线性关系。
16、如权利要求11所述的一种带有照相功能的光学观察器装置,其中所述光学照相系统的所述调焦机构用作将旋转运动转换成所述光学照相系统的平移运动的运动转换机构,从而在所述旋转运动和所述光学照相系统的平移运动之建立起线性关系。
17、一种带有照相功能的双筒望远镜装置,其包括:
一对用来观测物体的望远镜光学系统,其中每一个望远镜光学系统都包括一个光学物镜系统、光学正像系统以及一个光学目镜系统,所述光学正像和目镜系统分别可沿着各自望远镜光学系统的光轴相对于所述光学物镜系统进行移动;
在所述两个望远镜光学系统之间布置有一个可旋转的空心轴;
一个数字相机系统,其包括装在所述空心轴中的光学照相系统,以及一个布置在所述光学照相系统后面并与之对齐的固态图像传感器;
与所述这对望远镜光学系统和所述空心轴相连的第一调焦机构,其用来将所述空心轴的旋转运动转换成每一望远镜光学系统中所述光学正像和目镜系统与每一望远镜光学系统中所述光学物镜系统之间的相对平移运动从而通过所述这对望远镜光学系统将物体聚焦成像;
一个与所述光学照相系统和所述空心轴相连的第二调焦机构,其用来将所述空心轴的旋转运动转换成所述光学照相系统相对于所述固态图像传感器的平移运动从而将物体在固态图像传感器的受光面上聚焦成像;以及
一个自动控制系统,其用来自动操作所述第二调焦机构从而以自动调焦的方式使物体通过所述光学照相系统汇聚成像;
其中,满足如下条件:
y2/[1000×PF(ω/T)2]>80 并且 F<6
其中:“F”为光学照相系统的f数;
“y”为固态图像传感器的最大成像高度(mm),其定义为固态成像传感受光面的对角线长度的一半;
“ω”为望远镜光学系统半视场角(单位为弧度);
“T”为半视场角“ω”与光学照相系统半视场角“θ”(单位为弧度)的视场比,(T=ω/θ);以及
“P”为固态图像传感器像素距。
18、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述.该自动控制系统可包括:
一个驱动系统,该驱动系统对所述调焦机构进行操作从而使所述光学照相系统产生平移;
一个第一计算系统,其连续地计算出从由所述固态图像传感器限定的一帧图框预定区内所获得的两个连续数字像素信号的亮度差;
一个第二计算系统,其用来计算出所述第一计算系统所求取的所有差值的总和;
一个计算操作系统,其重复地对所述第一和第二计算系统进行操作,从而在所述驱动系统驱动所述光学照相系统平移期间从所述第二计算系统连续地获取该总和的数值;
一个比较系统,其将最后一次计算的总值即从第二计算系统获取的最近一次的总值与倒数第二次计算的总值即从第二计算系统获取的最后一个总值前的一个总值进行比较从而确定最后一个总值是否小于倒数第二个总值;
一个停止系统,当所述最后一个总值小于倒数第二个总值时停止平移,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平缓移动。
19、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述自动控制系统包括:
一个驱动系统,该驱动系统对所述调焦机构进行操作从而使所述光学照相系统产生平移;
一个距离检测系统,其用来检测这种带有照相功能的光学视镜系统到物体的物距;
一个计算系统,其相应于所述距离检测系统所检测的所述物距来计算所述光学照相系统的调焦位置;
一个位置检测系统,其用来检测所述光学照相系统在其平移路径的位置;
一个启动系统,其用来启动所述驱动系统从而使所述光学照相系统朝着所述计算系统所计算出的所述调焦位置平移;以及
一个停止系统,当所述位置检测系统检测出所述光学照相系统到达所述调焦位置时停下来,其用来使所述驱动系统停下来从而结束所述光学照相系统的平移运动。
20、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述这对望远镜光学系统的所述第一调焦机构在操作上与所述光学照相系统的所述第二调焦机构相连从而自动地对所述这对望远镜光学系统进行调焦。
21、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述光学照相系统的所述第二调焦机构用作将所述空心轴的旋转运动转换成所述光学照相系统的平移运动的运动转换机构,从而在所述空心轴的旋转运动和所述光学照相系统的平移运动之间建立起线性关系。
22、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述光学照相系统的所述第二调焦机构用作将所述空心轴的旋转运动转换成所述光学照相系统的平移运动的运动转换机构,从而在所述空心轴的旋转运动和所述光学照相系统的平移运动之间建立起非线性关系。
23、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其进一步包括一个收容所述这对望远镜光学系统的壳体,所述壳体包括两个彼此之间可移动连接的壳体部分,相应的望远镜光学系统分别装在所述这两个壳体部分中,这样所述望远镜光学系统光轴之间的距离可通过一个所述壳体部分相对于另一壳体部分的相对移动而调节。
24、如权利要求23所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述一个壳体部分是在另一壳体部分中滑动连接,这样通过所述一个壳体部分相对于另一壳体部分的相对滑动就能使所述第一和第二望远镜光学系统的光轴在同一个几何平面内移动。
25、如权利要求17所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其进一步包括一对筒件,所述这对筒件分别容纳所述相应的望远镜光学系统,并能绕着所述空心轴的中心轴旋转从而调节所述望远镜光学系统光轴之间的距离。
26.如权利要求25所述的一种带有照相功能的双筒望远镜,其中所述一个望远镜光学系统中的所述物镜系统形成一部分所述光学照相系统,并且容纳有所述物镜系统形成的该部分所述光学照相系统的筒件在结构上能使一部分光束穿过所述光学照相系统的所述物镜系统部分并导入所述光学照相系统。
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