视频显示目镜的制作方法

专利名称：视频显示目镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视频显示目镜，它适用于配套天文望远镜、远摄长焦镜头和显微 系统等，不仅有利于用户观看景物图像，而且可对景物图像进行摄录、存储和网络传输。
背景技术：
目前市场上大部分的天文望远镜和显微镜均通过其目镜直接观察物镜焦面上目 标的图像。这种观察方式不能多人同时观察，也不能实时地把观察到的图像进行摄录、存 储，不利于交流。而且，在天文、科研、医疗、检测和公安等领域，往往还需要把观测到的目标 图像适时录制下来。

发明内容
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种视频显示目镜，它不仅可替 换各种望远镜或显微镜的目镜，提供清晰且能供多人同时观看的图像显示，而且可以应用 在不同系列的天文望远镜和显微镜上。本发明技术方案是这样构成的一种视频显示目镜，其特征在于它包括主镜筒、 用来使主镜筒的前端口与显微镜或望远镜的原目镜接口对接的标准连接套以及与主镜筒 连接的显示器；所述主镜筒的筒体内沿光轴方向由前至后依次安装有目镜视场光栏、中继 转接镜及摄像器件的主控板，其中摄像器件的主控板与显示器的显控部件连接输出信号； 所述中继转接镜由中继转接镜前组、已与中继转接镜前组经过像差匹配的中继转接镜后组 以及位于中继转接镜前组和中继转接镜后组之间且能相对主镜筒沿光轴方向进行轴向移 动调节的中继转接镜孔径光栏组成。本发明上述技术方案还做了以下改进
为了便于使主镜筒与显微镜或望远镜的原目镜接口对接，本发明上述技术方案中，所 述标准连接套的后端口套接于主镜筒的前端口外，且两者通过螺纹连接方式进行连接；所 述标准连接套具有能与显微镜或望远镜的原目镜接口匹配套接的外筒壁。各光学元件在设置时应满足以下条件
①MgS MkXMeXMd，
②2彡Md彡2.5，
③20mm 彡 彡 30mm，
④0. 5mm<Δ<4mm,
其中，M目是指显微镜或望远镜被替代的原目镜的放大倍率，Mk是指中继转接镜的放大 倍率，Me是指摄像器件的主控板上的图像大小和显示器上的视频图像大小之间的电子放大 倍率，Md是指摄像器件内置的数码图像变倍率，‘是指中继转接镜前组的焦距值，Δ是 指中继转接镜孔径光栏位置与中继转接镜前组后焦点位置间的位移值。设定以上条件的目的如下
条件①设定的目的是保证本发明所述的视频显示目镜，在显示器上所看到的图像大
3小不小于用显微镜或望远镜原目镜所看到的图像，同时保证所选取的显示器屏幕不会太 大，有利于装置小型化和便携。条件②设定的目的是确保在显示器看到的图像不会因图像的数码放大而使图像 质量下降过大，以利于观察。条件③设定的目的是确保装置的小型化的同时，又不会使选取的中继转接镜后 组的焦距过小，以利于后组镜片的工艺加工，降低了加工成本。条件④设定的目的是既确保能满足长焦距望远镜和显微镜(标准光学筒长 160mm)的出瞳和中继转接镜入瞳相重合的需要，又不会使中继转接镜孔径光栏相对中继转 接镜前组移动量过大，从而简化系统的机械结构。为了让使用者更舒适地观察显示器上的图像，所述显示器的机壳与主镜筒通过旋 转支架连接，所述旋转支架包括与主镜筒后端口连接的前支架、与显示器的机壳连接的后 支架以及连接于前支架和后支架之间的铰接轴。将主镜筒与显示器的机壳之间通过一个可 摆动的旋转支架进行连接，有利于使用者调整合适的观察角度。此外，由于天文望远镜和远摄长焦物镜多数情况都在周围环境较亮的场合工作， 很不利于显示器上图像的观察，因此，为了避免因环境因素而影响显示器图像的观看，所述 显示器的机壳外罩有遮光罩。本发明的工作原理说明如下参见图2和图3所示，由望远镜或显微镜Ob成的中 间像Im (大小尺寸为ΦΜ)，经中继转接镜RL成像在CMOS或CXD摄像器件的成像面Is'上 (大小尺寸为Φ^ )。经摄像器件的主控板上的芯片等器件进行光电和数码转换处理，把图 像信号传递到后端的显示器进行电光转换，并在显示器上显示出拍摄的景物像。所述显示 器(9)上设可装有拍摄、录制、储存和有线或无线传输功能模块中的至少一种功能模块以及 与各功能模块相应的功能按键，从而可根据需要去控制摄像器件的主控板上的功能芯片对 景物进行拍摄或录制，也可以将图像信息存储在内置或外置的记忆卡上，还可以通过显示 器上的输入和/或输出信号接口(如USB接口)把图像信息传输到电脑上。本发明的光学成像关系是望远镜(或显微镜)的物镜Ob将远方的目标成像在其 焦面Im上，望远镜或显微镜的物镜孔径光栏一般设置在物镜的后表面或其后一定的距离 上。中间像Im经中继转接镜RL再成像在摄像器件的主控板的成像面Is'上。望远镜中间 像的大小，可由其物镜的视场角ωΛ和焦距求出φπι=2 ·物'tg obo中继转接镜RL的像方 放大率为ΜΚ=Φ^ /Φ/ =1' /1。与此同时，系统还必须满足望远镜或显微镜的物镜孔 径光栏应与中继转接镜RL的入瞳重合，即Φκ经中继转接镜孔径光栏前的镜组成像后必须 与ΦΑ重合，如图2所示。如果中继转接镜设计成两个望远系统对接，如设中继转接镜孔径 光栏前的望远系统为中继转接镜前组，其焦距值为，中继转接镜孔径光栏后的望远系 统为中继转接镜后组，其焦距值为f^，则中继转接镜的像方放大率为Μκ=- ·β' /fw'。 对接后共同的中继转接镜孔径光栏Φκ对中继转接镜前组成的像和ΦΑ重合，如图3所示。 所述中继转接镜采用双望远系统对接方案，使光学设计简化，容易满足瞳瞳对接，调整装配 也比较方便。更重要的是，只要把中继转接镜孔径光栏稍微移动，就可以满足不同焦距天文 望远镜对瞳瞳对接的要求，而对整体像差不会 带来大的影响。较之现有技术而言，本发明具有以下优点
(1)本发明改变了以往望远镜或显微镜通过人眼直观目镜的传统方式，提供了 一种新型的视频显示目镜，它可替换各种望远镜或显微镜的目镜，提供清晰且能供多人同时观看 的图像显示。在使用时，通过与主镜筒连接的显示器既可清晰又舒适地观察到从望远镜或 显微镜所成的目标图像，又可在实现适时观察的同时兼具常规目镜做不到的摄录和存储功 能，利于图像信息的准确收集和保存，此外，还可通过显示器上的信号输出接口与电脑连 接，实现图像信息的上网传输，从而有利于信息的编辑和交流。(2)本发明装置采用两个望远镜系统对接，并使中继转接镜孔径光栏对中继转接 镜的入瞳和望远镜或显微镜物镜的出瞳位置重合的结构作为中继转接镜的结构型式，这样 可使设计简化，比较容易获得较好的成像质量，满足百万像素高清晰度视频成像的要求。这 样即使采用内置的图像数码变倍功能，也能获得较好的成像质量，同时易于调试、装配。在 使用中，只要稍微移动中继转接镜孔径光栏与中继转接镜前组的距离，就可以应用在不同 系列的天文望远镜和显微镜上。(3)本发明不仅能提供高清晰的图像显示，而且体积小便于携带，价格较低易于普 及。


图1是本发明提供的视频显示目镜的结构示意图。图中标号说明如下1-目镜视 场光栏，2-标准连接座，3-主镜筒，4-中继转接镜前组，5-中继转接镜孔径光栏，6-中继转 接镜后组，7-摄像器件的主控板，8-旋转支架，9-显示器，10-遮光罩。图2是本发明提供的一种光学成像原理示意图。图中标号说明如下ob是望远镜 (或显微镜)的物镜(ι '为其焦距)，5。)3是望远镜(或显微镜)的物镜孔径光栏(其大小为
是望远镜(或显微镜)的焦点，Im是目镜视场光栏(其大小为(K)，RL是中继转接 镜，&是中继转接镜孔径光栏(其大小为Φκ)，Is'是摄像器件的成像面(其大小为Φ^ )， 1和Γ分别表示中继转接镜前主面至目镜视场光栏及中继转接镜后主面至摄像器件成像 面的距离。图3是本发明提供的另一种采用双望远系统对接结构设计的中继转接镜的光学 成像原理示意图。图中标号说明如下ob是望远镜(或显微镜)的物镜(fft'为其焦距)，S。b 是望远镜(或显微镜)的物镜孔径光栏(其大小为6a)，F‘是望远镜(或显微镜)的焦点，Im 是目镜视场光栏(其大小为ΦΜ)，ΚΙ^是中继转接镜前组(其焦距值为fV ), 是中继转接 镜孔径光栏(其大小为Φκ)，Δ是中继转接镜前组焦点与中继转接镜孔径光栏的距离，RLjs 是中继转接镜后组(其焦距值为f ^ ), Is'是摄像器件的成像面(其大小为Φ^ )。图4是用望远镜的原配目镜作为双望远系统的中继转接镜前组和用市场常规的 视频监控摄像镜头作为双望远系统的中继转接镜后组，组成的双望远系统实施例1结构示 意图。图5是图4所示结构的球差、像散、相对畸变和光学传递函数曲线图。图中球差 曲线、像散曲线的横坐标单位是mm ；相对畸变横坐标单位是百分比；光学传递函数(MTF) 曲线图横坐标的单位是线对/mm ；A代表中心视场，B代表0. 75视场，C代表全视场；al 代表波长=0. 486 μ m的各种几何像差曲线，bl代表波长=0. 588 μ m的各种几何像差曲线， cl代表波长=0. 656 μ m的各种几何像差曲线。图6是用望远镜的原配目镜作为双望远系统的中继转接镜前组(第1片至第4片)，用能将中继转接镜前组剩余像差进行像差匹配的中继转接镜后组(第5片至第8片)作为双 望远系统的中继转接镜后组，组成的双望远系统实施例2结构示意图。图7是图6所示结构的球差、像散、相对畸变和光学传递函数(MTF)曲线图。图 中球差曲线、像散曲线的横坐标单位是:mm ；相对畸变曲线的横坐标单位是百分比；光学 传递函数(MTF)曲线图的横坐标的单位是线对/mm ;A代表中心视场，B代表0. 75视场， C代表全视场；al代表波长=0. 486 μ m的各种几何像差曲线，bl代表波长=0. 588 μ m的各 种几何像差曲线，cl代表波长=0. 656 μ m的各种几何像差曲线。
具体实施例方式下面结合说明书附图具体实施方式
和实施例对本发明内容进行详细说明 具体实施例方式
如图1所示为本发明提供的一种视频显示目镜具体实施方式
，其特征在于它包括主 镜筒3、用来使主镜筒3的前端口与显微镜或望远镜的原目镜接口对接的标准连接套2以及 与主镜筒3连接的显示器9 ；所述主镜筒3的筒体内沿光轴方向由前至后依次安装有目镜 视场光栏1、中继转接镜及摄像器件的主控板7，其中摄像器件的主控板7与显示器9的显 控部件连接输出信号；所述中继转接镜由中继转接镜前组4、已与中继转接镜前组4经过像 差匹配的中继转接镜后组6以及位于中继转接镜前组4和中继转接镜后组6之间且能相对 主镜筒3沿光轴方向进行轴向移动调节的中继转接镜孔径光栏5组成，按双望远系统对接 的结构设计而成。所述标准连接套2的后端口套接于主镜筒3的前端口外，且两者通过螺纹连接方 式进行连接；所述标准连接套2具有能与显微镜或望远镜的原目镜接口匹配套接的外筒 壁。标准连接套2的镜筒尺寸和定位端面与目镜视场光栏1 (其口径为ΦΑ=16πιπι)的距离 应按照常规天文望远镜或显微镜目镜筒国家标准设定。各光学元件在设置时应满足以下条件
①MgS MkXMeXMd，
②2彡Md彡2.5，
③20mm 彡 彡 30mm，
④0. 5mm<Δ<4mm,
其中，M目是指显微镜或望远镜被替代的原目镜的放大倍率，Mκ是中继转接镜的放大倍 率，Me是指摄像器件的主控板7上的图像大小和显示器9上的视频图像大小之间的电子放 大倍率，Md是指摄像器件内置的数码图像变倍率，f ^是指中继转接镜前组4的焦距值，Δ 是指中继转接镜孔径光栏5位置与中继转接镜前组4后焦点位置间的位移值。所述显示器9的机壳与主镜筒3通过旋转支架8连接，所述旋转支架8包括与主 镜筒3后端口连接的前支架、与显示器9的机壳连接的后支架以及连接于前支架和后支架 之间的铰接轴。所述显示器9的机壳外罩有遮光罩10。所述遮光罩10可由可拆卸且重量轻的塑 料罩体构成。所述中继转接镜孔径光栏5可通过带有外螺纹壁的安装套安装于主镜筒3的筒体 内。
为了便于调节目镜视场光栏1在光轴轴向上的位置，所述目镜视场光栏1能相对 主镜筒3沿光轴方向进行轴向移动调节。具体地，所述目镜视场光栏1可通过带有外螺纹 壁的安装套安装于主镜筒3的筒体内，或者所述目镜视场光栏1也可以其它可调节的方式 与主镜筒3连接。所述摄像器件最好采用带百万像素以上的CMOS摄像器件或高清CCD摄像器件。无 论望远镜还是显微镜观察的目标基本上都是移动线速度不快或静止的景物，本发明采用价 格较低并具有直接光电及数码转换功能的百万像素左右的CMOS或CCD摄像器件，就能满足 高清晰视频分辨率的要求和扫描电视帧数每秒超过M帧的要求(人眼对超过M帧/秒的 帧幅的变化不会感到其断续)。所述显示器9最好采用液晶显示器(一般选2. 4〃飞〃)，且所述显示器9上设有 拍摄、录制、储存和有线或无线传输功能模块中的至少一种功能模块以及与各功能模块相 应的功能按键，所述显示器9上还设有输入和/或输出信号接口，如USB接口。本发明除了能在市电下工作，也可使用干电池作为内置电源，这样有利于在无外 部电源的情况下仍能工作。(二)实施例
实施例1 (参见图4和图5)
中继转接镜是按双望远系统对接的结构设计的，它由中继转接镜前组4和中继转接镜 后组6组成，其中继转接镜孔径光栏5在中继转接镜前组4与中继转接镜后组6之间。根 据双望远系统对接结构的原理，中继转接镜前组4的物点应在其前焦点上，也就是说目镜 视场光栏1应在中继转接镜前组4的前焦点上，同样中继转接镜后组6的像面应在其后焦 点上。它们的成像倍率礼=^^ /fw'。以往人们以为，只要用原配目镜和视频监控摄像 镜头对接就可以实现中继转接镜成像要求。我们计算了各类目镜与对应的视频监控摄像镜 头对接作为中继转接镜，发现均不能得到好的成像质量。表1是这种组合的其中一个光学 结构数据，图4和图5分别是其结构示意图和像差曲线计算结果。显然这样的成像质量根 本满足不了百万像素级数码成像质量的要求。表1. f 前'=25mm, f 后‘=12. 15mm, N. A=-O. 088，N. A ‘ =0. 1782，Me=-O. 486， ^!=-302. 13mm, fE' =135. 48mm, T0TR=58. 82mm,物高 2 η =14mm,像高
2 η ‘ =7. 24mm (实际高度)
镜片面号半径R (mm)厚度、间隔(mm)ndVd玻璃材料物面OO18. 98176. 641. 51. 6165536. 6F3224. 67. 51.5163764. 07K93-30. 620. 1430. 627. 51.5163764. 07K95-24. 61. 51. 6165536. 6F36-76. 6421. 357OO0. 1842. 472. 461.6204160. 29ZK99-42. 473. 28105. 1682. 551.7883147. 4LAFlO1110. 1030. 4112-53. 1920. 891.7847225. 76ZF13134. 18961. 63
权利要求
1.一种视频显示目镜，其特征在于它包括主镜筒(3)、用来使主镜筒(3)的前端口与 显微镜或望远镜的原目镜接口对接的标准连接套(2)以及与主镜筒(3)连接的显示器(9); 所述主镜筒(3)的筒体内沿光轴方向由前至后依次安装有目镜视场光栏(1)、中继转接镜 及摄像器件的主控板(7)，其中摄像器件的主控板(7)与显示器(9)的显控部件连接输出信 号；所述中继转接镜由中继转接镜前组(4)、已与中继转接镜前组(4)经过像差匹配的中继 转接镜后组(6)以及位于中继转接镜前组(4)和中继转接镜后组(6)之间且能相对主镜筒 (3)沿光轴方向进行轴向移动调节的中继转接镜孔径光栏(5)组成。
2.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于所述标准连接套(2)的后端口套 接于主镜筒(3 )的前端口外，且两者通过螺纹连接方式进行连接；所述标准连接套(2 )具有 能与显微镜或望远镜的原目镜接口匹配套接的外筒壁。
3.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于各光学元件在设置时应满足以 下条件①MgS MkXMeXMd，②2彡Md彡2.5，③20mm 彡 彡 30mm，④0. 5mm<Δ<4mm,其中，M目是指显微镜或望远镜被替代的原目镜的放大倍率，Mk是指中继转接镜的放大 倍率，Me是指摄像器件的主控板(7)上的图像大小和显示器(9)上的视频图像大小之间的 电子放大倍率，Md是指摄像器件内置的数码图像变倍率，‘是指中继转接镜前组(4)的 焦距值，Δ是指中继转接镜孔径光栏(5)位置与中继转接镜前组(4)后焦点位置间的位移值。
4.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于所述显示器(9)的机壳与主镜 筒(3)通过旋转支架(8)连接，所述旋转支架(8)包括与主镜筒(3)后端口连接的前支架、 与显示器(9 )的机壳连接的后支架以及连接于前支架和后支架之间的铰接轴。
5.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于所述显示器(9)的机壳外罩有遮 光罩(10)。
6.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于所述中继转接镜孔径光栏(5)通 过带有外螺纹壁的安装套安装于主镜筒(3)的筒体内。
7.根据权利要求1所述的视频显示目镜，其特征在于所述目镜视场光栏(1)能相对主 镜筒(3)沿光轴方向进行轴向移动调节。
8.根据权利要求7所述的视频显示目镜，其特征在于所述目镜视场光栏(1)通过带有 外螺纹壁的安装套安装于主镜筒(3)的筒体内。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的视频显示目镜，其特征在于所述摄像器件为带 百万像素以上的CMOS摄像器件或高清CXD摄像器件。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的视频显示目镜，其特征在于所述显示器(9)为 液晶显示器，且所述显示器(9)上设有拍摄、录制、储存和有线或无线传输功能模块中的至 少一种功能模块以及与各功能模块相应的功能按键，所述显示器(9)上还设有输入和/或 输出信号接口。
全文摘要
本发明涉及一种视频显示目镜，它包括主镜筒、用来使主镜筒的前端口与显微镜或望远镜的原目镜接口对接的标准连接套以及与主镜筒连接的显示器；所述主镜筒的筒体内沿光轴方向由前至后依次安装有目镜视场光栏、中继转接镜及摄像器件的主控板，其中摄像器件的主控板与显示器的显控部件连接输出信号；所述中继转接镜由中继转接镜前组、已与中继转接镜前组经过像差匹配的中继转接镜后组以及位于中继转接镜前组和中继转接镜后组之间且能相对主镜筒沿光轴方向进行轴向移动调节的中继转接镜孔径光栏组成。本发明不仅可替换各种望远镜或显微镜的目镜，提供清晰且能供多人同时观看的图像显示，而且可以应用在不同系列的天文望远镜和显微镜上。
文档编号G02B25/00GK102103262SQ201110040419
公开日2011年6月22日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者王亦雄, 王亮亮, 赖爱光, 赖英辉 申请人:福鼎市一雄光学仪器有限公司